CN202468158U - 一种浮动无轴环型垂直叶片风能机 - Google Patents

一种浮动无轴环型垂直叶片风能机 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，属风能发电技术领域，其特征在于：底座上置有环形凹槽，风能机底部旋转体形状与环形凹槽内腔动配合吻合一致，呈环形；弧形叶片与风能机底部环形旋转体上侧面垂直连接固定，均布，且同向中心对称设置；环形旋转体的外缘或内缘与传动齿连接，并通过传动齿与风能机组齿轮啮合连动。本实用新型优点是：环形旋转体半浮动结构设计，运动无功损耗少；叶片弧形设计以及在环形旋转体上同向中心对称设置，可同时聚集利用地表上数百米至数千米高度内的不同水平面上的各不同风向的风力资源，单机功率可达数万至数百万千瓦甚至千万千瓦以上；该风能机质量大、惯性大，以50赫兹的频率输出电力直接并网技术难度小。

Description

一种浮动无轴环型垂直叶片风能机
技术领域
本发明涉及一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，属风能发电技术领域。 
背景技术
我国风能资源丰富。据中国气象科学研究院的初步测算，我国陆地10m高度处可开发储量为2.53亿kw，海上可开发储量为7.5亿kw，总计约达10亿kw，风能利用潜力巨大。 
现代风能利用的主要方式是风力发电，风力发电的优越性：⑴建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多；⑵风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题；⑶除常规保养外，没有煤电、油电与核电所需的任何其他燃料消耗，运行成本低；⑷最重要的是，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，全世界各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。风力发电的核心是风轮机，风轮机为风力聚能装置，分为水平轴和垂直轴两大类，目前使用的规模风力发电系统主要是水平轴式风力聚能装置。但是水平轴式风能机必须迎风聚能，风能利用空间基本只能在地表以上100米以下的数十米空间，且不能提供连续稳定的电力输出，单机装机功率非常有限。如，丹麦现拥有风力发电机3000多座，但年发电仅100亿度。据粗略估计，仅在这个层面上，近期可利用的风能总功率约为10～100亿kw，这个数值已经比全世界可以利用的水力资源大10倍。如果可以利用数千米高空范围的风力，那么风能甚至可以直接提供给我们全世界使用的电力。2005年以来我国每年风电新增装机容量连年翻番。其中，2005年装机容量达126万kw，至2008年底风电装机容量已超过1000万kw。据全球风能协会（GWRC）最新报告显示:2010年，我国新增1890万kw的风能容量，从而使总装机容量达到4470万kw。 
自然界的风速、风向会随海拔高度的不同而出现剧烈变化，大型垂直叶片风能机不存在迎风面问题，可同时聚集不同水平面上的不同风向的能量。但是，目前非主流使用的垂直轴式风能机，同样存在聚能功率小、效率低且电力输出不稳定等问题。 
发明内容
本发明的目的是克服现有风力发电技术存在聚能功率小、效率低、且电力输出不稳定等问题，提供一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，聚集半径数百米甚至数千米，高度在地表上达数百米甚至数千米范围的风能。 
为达到上述目的，采用的技术方案是：一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，包括弧形叶片和风能机的底座，其特征在于：所述底座上置有环形凹槽，风能机底部旋转体形状与所述凹槽内腔动配合吻合一致，呈环形；所述弧形叶片与风能机底部环形旋转体上侧面垂直连接固定，均布，且同向中心对称设置；所述底座上表面与所述旋转体下表面之间置有平面支撑装置，所述旋转体径向外表面与限位器相接，所述环形旋转体的外缘或内缘与传动齿连接，并通过所述传动齿与风能机组齿轮啮合连动。 
所述凹槽内置有水，所述旋转体的下部深入水中，所述旋转体的上部置于水面之上浮动。 
所述平面支撑装置为承重钢珠或滚轮。 
垂直叶片之间通过环形支撑钢环连接。 
所述平面支撑装置和所述限位器的数量为一个以上，按需均布设置。 
本发明的积极效果是：环形旋转体在底座凹槽内半浮动结构设计，旋转体的运动阻力与摩擦阻力皆非常小，减少了无功损耗；叶片弧形设计以及在环形旋转体上同向中心对称设置，不存在迎风面问题，可同时聚集利用地表上数百米至数千米高度内的不同水平面上的各不同风向的风力资源，该风能机质量大、惯性大，使得其转动速度相对稳定，始终处于可以输出能量的状态，从而带动的发电机组较容易以50赫兹的频率输出电力直接并网，减小并网技术难度。单机功率可达数万至数百万千瓦甚至千万千瓦以上。该风能机可以无限期地偱环使用，维护成本低、符合环保要求。 
附图说明
以下结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明。 
图1为本发明结构示意图（立体）； 
图2为图1的C向结构示意图；
图3为本发明风能机底座地面结构示意图（内传动）；
图4为图3的A-A剖视结构示意图；
图5为本发明风能机底座地面结构示意图（外传动）；
图6为图5的B-B剖视结构示意图。
图中，1－风能机底座；2－旋转体；3－环形支撑钢环；4－弧形叶片；5－限位器；6－平面支撑装置；7、7′－传动齿；8－环形凹槽；9－水。 
具体实施方式
本发明结构示于图1～图6，由图示可见，一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，包括弧形叶片4和风能机的底座1，其特征在于：所述底座上置有环形凹槽8，风能机底部旋转体2形状与所述环形凹槽8内腔动配合吻合一致，呈环形；所述弧形叶片4与风能机底部环形旋转体2上侧面垂直连接固定，均布，且同向中心对称设置（图1、2）；所述风能机底座1上表面与所述旋转体2下表面之间置有平面支撑装置6，所述旋转体2径向外表面与限位器5相接，所述环形旋转体2的外缘或内缘与传动齿7（或7′）连接，并通过所述传动齿7（或7′）与风能机组齿轮啮合连动（图3～6）。 
垂直弧形叶片4之间通过环形支撑钢环3连接，所述环形支撑钢环3数量可按设计规模容量、弧形叶片4的高度，置有多个。主要起到使垂直弧形叶片4整体固定不晃动、工作稳定。比如遇大风力、即使台风天气也不影响本发明风能发电机组的正常工作。 
所述平面支撑装置6为承重钢珠或滚轮。所述平面支撑装置6和所述限位器5的数量为一个以上，按需均布设置。风轮机由于底座上表面与旋转体下表面之间有多个平面支撑装置6支撑，及旋转体四周侧面有多个限位器5支撑限位，使风轮机运行转动时，足以抵抗风力对垂直叶片作用力矩所造成的垂直压力与侧压。 
所述环形凹槽8内置有水9，所述旋转体2的下部深入水中，所述旋转体2的上部置于水面之上浮动。浮体旋转体2的体积要保证在环形凹槽8内注入一定液体后，所述旋转体2的上部置于水面之上浮动，以尽可能少的自身重量压迫平面支撑装置，确保风轮机旋转运动正常。 
风能机的能量输出可以在环型立体结构的内侧（图3）或外侧（图5）设置传动齿与风能机组齿轮啮合连动。 
实施例，一套大型浮动环型垂直叶片风能机可以聚集半径数百米甚至数千米，高度在地表上达数百米甚至数千米范围的风能。所以，根据建设规模，其单机聚能可达数万千瓦到数百万千瓦甚至千万千瓦以上。这种大型浮动环型垂直叶片风能机的质量达数万吨至数十万吨不等，风能机聚集多层风能时，巨大的质量形成的巨大惯性使得其转动速度相对稳定，从而实现单机供电只有输出功率大小的变化而基本不会停机，可以使其带动的发电机组较容易以50赫兹的频率输出电力直接并网。如在我国西北10～20m/s风力地区，底部环形浮动的旋转体半径为500米，垂直弧形叶片4的高度为300米，在10m/s风力的地区，理论聚能功率最大为15万千瓦，在20m/s则达120万千瓦，扣除无功部分，该系统可稳定输出电力10～80万千瓦。同时，通过分布在不同的地理位置与不同的海拔高度多个机组组网方式组成的电网实现总供电量趋于稳定，那么这些机组组成的电网将足以稳定地提供我们需要的电力。 

Claims (5)

1.一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，包括弧形叶片和风能机的底座，其特征在于：所述底座上置有环形凹槽，风能机底部旋转体形状与所述环形凹槽内腔动配合吻合一致，呈环形；所述弧形叶片与风能机底部环形旋转体上侧面垂直连接固定，均布，且同向中心对称设置；所述底座上表面与所述旋转体下表面之间置有平面支撑装置，所述旋转体径向外表面与限位器相接，所述环形旋转体的外缘或内缘与传动齿连接，并通过所述传动齿与风能机组齿轮啮合连动。
2.根据权利要求1所述一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，其特征在于：所述环形凹槽内置有水，所述旋转体的下部深入水中，所述旋转体的上部置于水面之上浮动。
3.根据权利要求1所述一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，其特征在于：所述平面支撑装置为承重钢珠或滚轮。
4.根据权利要求1所述一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，其特征在于：所述垂直弧形叶片之间通过环形支撑钢环连接。
5.根据权利要求1所述一种浮动无轴环型垂直叶片风能机，其特征在于：所述平面支撑装置和所述限位器的数量为一个以上，均布设置。
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