CN201963475U - 垂直轴风力发电机的周向拉索结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其中的风力发电机包括塔柱和风轮，所述风轮包括支撑轮及叶片，所述支撑轮由若干支撑杆组成，所述叶片与所述支撑杆连接；还包括拉索，该拉索分别与相邻两叶片连接。本实用新型利用拉索结构将各叶片周向连接在一起，限制相邻叶片间位置的变化，有效的防止了叶片在旋转过程中的周向抖动，使各叶片提供给发电机的扭矩均匀化，同时延长了发电机的使用寿命。实用新型人提供了拉索与叶片的最佳连接位点，该连接位点稳定性最好，且不影响风轮的气动性。与现有技术刚性连接支撑杆组成刚性支撑轮相比，既大大简化结构，而且不影响风轮气动特性，可以有效提高风功率系数，因此具有很好的应用前景和市场前景。

Description

垂直轴风力发电机的周向拉索结构

技术领域

本实用新型涉及一种垂直轴风力发电机，尤其是一种垂直轴风力发电机的周向拉索结构。

背景技术

垂直轴风力发电机一般包括塔柱、风轮和发电机，发电机设置在所述塔柱上，所述风轮包括支撑轮及叶片，支撑轮由若干支撑杆组成，叶片与该支撑杆连接，支撑杆与发电机的转动件连接。当叶片在风力作用下旋转时，由于风向及风速等在不同的高度、不同的位置有很大的不同，叶片在不同位置时所受的驱动扭矩也是不同的。当支撑叶片的各支撑杆彼此之间是相互独立设置时，会导致如下问题发生：

1)叶片产生周向抖动；

2)风轮整体的驱动扭矩振动波幅大，发电机与支撑杆连接处受力不均匀；

3)支撑杆载荷波幅大，降低风轮、支撑杆和发电机的疲劳寿命。

小型风力发电机中常规的解决办法是将各支撑杆刚性连接，组成一个刚性的支撑轮，很小的风力发电机则一般用加强支撑杆刚性的办法来部分地解决上述问题。

但是，对于大型风力发电机，这种常规做法不仅不经济，而且由于提高支撑杆的刚性或组成刚性支撑轮使得风轮的转动惯量增加、气动特性变坏，导致发电效率大大降低，甚至会造成结构上根本无法实现的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是改进现有技术的问题，提供一种垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其可简单地将各独立的叶片连成一个完整的风轮，其有效防止叶片抖动，并使得各支撑杆驱动发电机的扭矩均匀化。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其中的所述风力发电机包括塔柱、风轮和发电机，所述风轮包括支撑轮及叶片，一个所述支撑轮包括若干支撑杆，所述支撑杆沿径向设置，各个支撑杆的一端在周向均布固定在所述塔柱上的所述发电机外置转子上构成支撑轮，所述叶片与所述支撑杆的另一端固定连接；所述周向拉索结构包括若干根柔性构件，每根所述柔性构件置于所述风轮的相邻的两个所述叶片和/或支撑杆之间，柔性构件的两端与风轮上的叶片和/或支撑杆连接，在所述风轮的周向形成一封闭柔性构件环，使得所有的所述叶片和/或支撑杆连接起来。

所述柔性构件在周向形成的所述封闭柔性构件环优选在一个水平面内。

可以在不同高度的水平面内设置多个这样的封闭柔性构件环，即所述风轮上的所述封闭柔性构件环设置多个，在不同的水平面上。

所述风轮一般可包括上下两个所述支撑轮，即一个所述叶片通过上下两根支撑杆连接所述塔柱。且带动两个发电机运转。则在两个支撑轮上的每两根支撑杆之间均可以设置所述柔性构件形成所述的封闭柔性构件环。

所述风轮上还可以包括支架轮，其包括若干支架杆，每个该支架杆的一端连接一轴承的外圈，另一端与一个所述叶片连接，所述支架轮的轴承外圈套设在所述塔柱上设有的该轴承的内圈上固定。在该支架轮上也可以设置所述的封闭柔性构件环。

所述柔性构件可以是拉索，优选为钢索。

所述柔性构件与所述风轮的所述连接点可以是在所述叶片上，或者是在所述支撑杆上。

该连接点以在所述支撑杆与所述叶片的连接处即主支点上为最佳，这样既可消除叶片因周向连接而附加的应力，也可有效防止叶片的周向摆动，也可将各叶片产生的对发电机的扭矩均匀化。

当封闭柔性构件环设置在支撑杆中部附近时，不仅叶片仍会有较大的摆动，而且连接点处受力大，需要特别加强，而一般支撑杆和叶片连接处即主支点处本身就足够强，在该处连接柔性构件无需另外再设置加强结构。

当叶片超长或上下支撑轮间距较大时，也可在所述支撑杆与所述叶片的支撑位置以外的叶片处，连接所述柔性构件并形成周向封闭环。当封闭柔性构件环直接设置在叶片上时，不仅叶片在连接处需要加强，而且周向钢索会对叶片产生一个附加的约束力，叶片本身的强度设计也必须考虑此点。

本实用新型的实用新型思路为：当拉索周向围成一周后，使原本相互独立的叶片及支撑杆，利用周向封闭的钢索或其它柔性构件的连接环，构成一个整体的风轮。这种周向连接结构使得各叶片间距的变化就被限制在拉索的拉伸变形范围内。某两相邻叶片间距有变小趋势时，必有其它相邻叶片间距增大，通过周向钢索的力传递，就可约束其间距变小的趋势。周向拉索的力传递，还可均匀化叶轮扭矩。叶片在不同位置时，驱动发电机转动的风扭矩有大有小，并且在有些位置的叶片受到风力矩的作用会产生阻止风轮转动的阻力矩，采用周向拉索后，驱动扭矩大，叶片和与之连接的支撑杆会带动驱动扭矩小的或驱动扭矩是负的叶片支撑杆，这样会使整个风轮中各支撑杆传递到发电机的扭矩均匀化，使得转动平稳化。由于在周向设置的拉索，不仅其截面小，而且基本是顺着叶片转动时产生的尾流方向，因此基本上不会影响叶片的气动特性，故而不会影响风力发电机的发电效率。

之所以必须采用钢索或其它柔性构件连接，而不能用刚性构件连接，是因为在一个封闭环内，不同的位置会有受拉和受压两种情况，刚性构件在受压时易发生失稳破坏。

所述封闭柔性构件环为钢索或其它柔性构件，其强度必须能够承受叶片产生的最大切向力与最小切向力的差值，当周向连接点设置在支撑杆内侧(离叶片较远)时，还必须考虑力矩平衡引起的放大效应。

所述柔性构件预紧力以安装时基本拉直为准。预紧力约在100N～800N左右为宜。柔性构件预紧力过小，牵拉过松，难以起到周向防摆动及驱动力矩均匀化的作用，预紧力过大，牵拉过紧，，则对支撑杆或叶片的附加应力过大，易引起相关部位的破坏。

本实用新型提供的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，通过在风轮上设置封闭的柔性构件环，将原来相对独立的各叶片和支撑杆连接成一体，可有效防止叶片周向抖动，改善风轮的运动性能和受力情况，并使得各支撑杆驱动发电机的扭矩均匀化，显著提高发电效率，且其结构简单、安装方便，并且对气动特性基本没有影响。

附图说明

图1为本实用新型提供的垂直轴风力发电机的周向拉索结构在风力发电机上叶片和支撑杆连接处设置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的垂直轴风力发电机的周向拉索结构在支撑杆上设置的结构示意图。

图3为本实用新型提供的垂直轴风力发电机的周向拉索结构在叶片上设置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其中的所述风力发电机包括塔柱1、风轮和发电机，所述风轮包括支撑轮及叶片2，所述支撑轮包括若干支撑杆3，所述支撑杆3沿径向设置并置于同一水平面内，各个支撑杆3的内端在周向均布固定在所述发电机外置转子4上，所述叶片2与所述支撑杆3的外端固定连接；所述支撑杆固设在所述塔柱1上的发电机外置转子4上构成支撑轮；所述首相拉索结构包括若干根柔性构件即钢制拉索即钢索5，每根钢索5置于所述风轮的相邻的两个所述叶片和/或支撑杆之间，柔性构件的两端在所述支撑杆3与所述叶片2的连接处即主支点A上连接，在所述风轮的周向形成一封闭拉索环，使得所有的所述叶片和支撑杆连接起来。

如图1所示，所述风轮包括上下两个所述支撑轮，即一个所述叶片2通过上下两根支撑杆3连接塔柱1。且带动两个发电机运转。

如图1所示的实施例是最佳实施例，利用拉索结构将各叶片周向连接在一起，限制相邻叶片间位置的变化，有效的防止了叶片在旋转过程中的周向抖动，使各叶片提供给发电机的扭矩均匀化，同时延长了发电机的使用寿命。实施例1提供了钢索与叶片的最佳连接位点，该连接位点稳定性最好，且不影响风轮的气动性，主支点处本身就具有足够强的，在此连接拉索，不用额外地进行增加强度的设计。与现有技术刚性连接支撑杆组成刚性支撑轮相比，既大大简化结构，而且不影响风轮气动特性，可以有效提高风功率系数，因此，具有很好的应用前景和市场前景。

可以在上下两个支撑轮上的主支点A上均连接拉索，形成上下两个封闭拉索环。

如图2所示为另外一种周向拉索结构的实施例，与实施例1的区别点在于拉索连接在支撑杆3上。当封闭柔性构件环设置在支撑杆中部附近时，不仅叶片仍会有较大的摆动，而且连接点处受力大，需要特别加强。

如图3所示为又一种周向拉索结构的实施例，与实施例1的区别点在于拉索连接在叶片2上。当封闭柔性构件环直接设置在叶片上时，不仅叶片在连接处需要加强，而且周向钢索会对叶片产生一个附加的约束力，叶片本身的强度设计也必须考虑此点。

当叶片超长或上下支撑轮间距较大时，也可在所述支撑杆与所述叶片的支撑位置以外的叶片处，连接所述柔性构件而增加更多的周向封闭环。

如图2、图3提供的两个实施例，拉索的连接点没有设置在最佳位置上，但这样的结构也可达到预期的效果，也是在本申请的保护范围之内的。

上述三种结构也可以叠加组合使用。

所述拉索封闭柔性构件环为钢索或其它柔性构件，其强度必须能够承受叶片产生的最大切向力与最小切向力的差值，当周向连接点设置在支撑杆内侧(离叶片较远)时，还必须考虑力矩平衡引起的放大效应。

所述拉索预紧力以安装时基本拉直为准，预紧力约在100N～800N左右。过松，则难以起到周向防摆动及驱动力矩均匀化的作用，过紧，则对支撑杆或叶片的附加应力过大，易引起相关部位的破坏。

Claims (8)

1.一种垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其中的所述风力发电机包括塔柱、风轮和发电机，所述风轮包括支撑轮及叶片，一个所述支撑轮包括若干支撑杆，所述支撑杆沿径向设置，各个支撑杆的一端在周向均布固定在所述塔柱上的所述发电机外置转子上构成支撑轮，所述叶片与所述支撑杆的另一端固定连接；其特征在于：所述周向拉索结构包括若干根柔性构件，每根所述柔性构件置于所述风轮的相邻的两个所述叶片和/或支撑杆之间，所述柔性构件的两端与所述风轮上的叶片和/或支撑杆连接，在所述风轮的周向形成一封闭柔性构件环，使得所有的所述叶片和/或支撑杆连接起来。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：所述柔性构件在周向形成的所述封闭柔性构件环在一个水平面内。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：所述风轮上的所述封闭柔性构件环设置多个，在不同的水平面上。

4.根据权利要求1或2或3所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：所述柔性构件与所述风轮的连接点在所述支撑杆与所述叶片的连接处即主支点上。

5.根据权利要求1或2或3所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：在所述支撑杆与所述叶片的支撑位置以外的叶片处，再连接一或多个所述柔性构件并形成周向封闭环。

6.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：在所述支撑杆与所述叶片的支撑位置以外的叶片处，再连接一或多个所述柔性构件并形成周向封闭环。

7.根据权利要求1或2或3所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：所述柔性构件的预紧力以安装时拉直为准。

8.根据权利要求1或2或3所述的垂直轴风力发电机的周向拉索结构，其特征在于：所述柔性构件的预紧力为100N～800N。

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