CN202513538U - 垂直轴式风力发电机及其避雷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种垂直轴式风力发电机及其避雷系统，风力发电机包括主塔、位于主塔顶部的可回转的回转架、在回转架外周设置的多个长形风兜，该避雷系统包括：多个竖杆，布置在长形风兜的回转半径的外侧，并且关于长形风兜的回转中心形成圆形阵列，各竖杆的顶部电连接有第一避雷针；多个第一横杆，位于长形风兜的下部，各横杆的一端与竖杆电连接，另一端固定在主塔上，并且与地面之间通过导流体电连接。在本实用新型中，多个第一避雷针靠近长形风兜的回转区域的外周排列，形成保护区域，以在雷击之前将长形风兜所在区域内的云层电荷电能通过导流体泄入大地，免遭雷击。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种垂直轴式风力发电机及其避雷系统。
背景技术
目前，已商业化的风机均是水平横轴式风力发电机，其典型特征是桨叶围绕水平横轴转动，由于风能利用率很低，要获得足够的发电功率，桨叶半径均非常大，造成设备造价高，安装、维护困难、维修费用大，同时风机的使用寿命较短，使得电价居高不下。
水平横轴式风力发电机的桨叶直径数十米乃至上百米，从低空旋转至百余米高空，极易遭雷电击中毁坏。为适应风场风向的改变，水平横轴式风力发电机需要回转掉头，在水平横轴式风力发电机上安装避雷系统非常困难。通常选择在远离风机的位置建设避雷塔，投资造价非常高昂，况且远离风机，仍常遭雷电击中毁坏。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种垂直轴式风力发电机的避雷系统。同时还提供一种具有该避雷系统的垂直轴式风力发电机。
为此，根据本实用新型的一方面，提供了一种垂直轴式风力发电机的避雷系统，风力发电机包括主塔、位于主塔顶部的可回转的回转架、在回转架外周设置的多个长形风兜，该避雷系统包括：多个竖杆，布置在长形风兜的回转半径的外侧，并且关于长形风兜的回转中心形成圆形阵列，各竖杆的顶部电连接有第一避雷针；多个第一横杆，位于长形风兜的下部，各横杆的一端与竖杆电连接，另一端固定在主塔上，并且与地面之间通过导流体电连接。
进一步地，上述避雷系统还包括在长形风兜的上方与多个竖杆连接成一体的横向支架。
进一步地，上述避雷系统长形风兜的回转中心位置设有第二避雷针，第二避雷针电连接至横向支架。
进一步地，上述避雷系统第一避雷针与竖杆之间设有弹性减震元件。
进一步地，上述避雷系统主塔上设有安装座，第一横杆的另一端固定在安装座上。
进一步地，上述避雷系统多个第一横杆的相邻两横杆之间设有腹杆。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种垂直轴式风力发电机，风力发电机包括主塔、位于主塔顶部的可回转的回转架、在回转架外周设置的多个长形风兜，该主塔上设置有根据上面所描述的避雷系统。
进一步地，上述回转架和主塔之间设有回转轴承，该回转轴承包括与回转架固定连接的内保持圈和与主塔固定连接的外保持圈，其中，内保持圈上形成齿圈，该齿圈与中心传动轴上设置的中心齿轮通过至少一过渡齿轮增速传动连接。
进一步地，上述主塔包括相互拼装的若干塔节。
进一步地，上述回转架包括安装上悬臂的上筒体和安装下悬臂的下筒体，其中，上筒体和下筒体成对使用，上悬臂和下悬臂为桁架臂结构。
在本实用新型中，多个第一避雷针靠近长形风兜的回转区域的外周排列，形成保护区域，以在雷击之前将长形风兜所在区域内的云层电荷电能通过导流体泄入大地，免遭雷击。
除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本实用新型具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本实用新型的附图示出了本实用新型的优选实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。图中：
图1示出了根据本实用新型的带有避雷系统的垂直轴式风力发电机；
图2示出了根据本实用新型的避雷系统的平面布局示意图；以及
图3是图1所示垂直轴式风力发电机塔顶的内部结构示意图。
附图标记说明
10回转架 11上悬臂
12下悬臂 13上筒体
14下筒体 20长形风兜
21恒速装置 30主塔
31中心转动轴 32第一电刷机构
33第二电刷机构 34安装座
40回转轴承
41内保持圈 42外保持圈
50增速传动机构 51齿圈
52中心齿轮 53过渡齿轮
60刹车机构 61传动齿轮
70拉杆驱动机构 71拉杆
72驱动盘 73电机
721螺旋导轨 711导槽
731齿轮 722齿圈
74支撑辊 75定位压辊
80避雷系统 81竖杆
82第一避雷针 83第一横杆
84导流体 85腹杆
86横向支架 87第二避雷针
88弹性减震元件。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1示出了根据本实用新型的带有避雷系统的垂直轴式风力发电机；图2示出根据本实用新型的避雷系统的平面布局示意图。如图1和图2所示，风力发电机包括主塔30、位于所述主塔30的顶部的可回转的回转架10、在所述回转架10外周设置的多个长形风兜20和避雷系统80。
该避雷系统80包括多个竖杆81，布置在长形风兜20的回转半径的外侧，并且关于长形风兜20的回转中心环形排列，各竖杆81的顶部电连接有第一避雷针82；多个第一横杆83，位于长形风兜20的下部，各横杆83的一端与竖杆81电连接，另一端固定在主塔30上，并且与地面之间通过导流体84电连接。
在本实用新型中，多个第一避雷针靠近长形风兜20的回转区域S的外周排列，形成保护区域，以在雷击之前将长形风兜所在区域内的云层电荷电能通过导流体泄入大地，免遭雷击。
优选地，多个第一横杆83之间设有腹杆85，以防止各第一横杆83在风中摆动，另外，在多个竖杆81之间还设有多个横向支架86，该横向支架86位于长形风兜的顶部上方，将多个竖杆81连接成一个整体，如此，可减弱多个竖杆81在风中摆动幅度。
优选地，长形风兜的回转中心位置设有第二避雷针87，所述第二避雷针87电连接至所述横向支架86上，该第二避雷针87的高度大于其他第一避雷针82的高度，如此可提高长形风兜的回转中心四周区域的安全性。
在一实施例中，第一避雷针87的数量至少为两个，二者的连线方向与风场的主风向大体垂直。在另一实施例中，第一避雷针87的数量至少为三个，关于长形风兜的回转中心圆周均布排列。
优选地，第一避雷针82与所述竖杆81之间设有弹性减震元件88，以允许第一避雷针82可适度摆动的方式避免竖杆81摆动。
优选地，主塔30上设有安装座34，所述第一横杆83的另一端固定在所述安装座34上。
优选地，主塔30由若干塔节拼装而成，以方便运输和在异地制作好塔节后到风场现场组装主塔30。
图2是图1所示垂直轴式风机塔顶的内部结构示意图。如图3所示，沿回转架10的外周排列有安装长形风兜20的上悬臂11和下悬臂12，主塔30内具有向地面垂直延伸的中心传动轴31，回转架10和主塔30之间设有回转轴承40，该回转轴承40包括与回转架10固定连接的内保持圈41和与主塔30固定连接的外保持圈42，其中，内保持圈41上形成齿圈51，该齿圈51与中心传动轴31上设置的中心齿轮52通过至少一过渡齿轮53传动连接。
在其他实施例中，内保持圈41和齿圈51分别是彼此相互独立两个部件装配在一起，来代替一体成型的内保持圈和齿圈。
其中，齿圈51、中心齿轮52和过渡齿轮53一起构成增速传动机构50。
本实用新型的垂直轴式风机塔顶装置的工作原理如下：回转架10在长形风兜20的驱动下旋转，带动齿圈51转动，该齿圈51通过至少一过渡齿轮53向中心齿轮52传递动力，由中心齿轮52带动中心转动轴31向下传递动力，实现增速减扭。
在本实用新型中，回转架和塔顶之间形成由齿圈和中心齿轮之间形成的增速传动机构，该增速传动机构在高度方向上结构紧凑，塔顶和中心传动轴受力合理，解决了如何将垂直风机的动力传递至地面的难题。
如图1和图3所示，垂直轴式风机还包括刹车机构60，该刹车机构60通过传动齿轮61与齿圈51实现啮合。通过设置齿圈51，不仅易于实现增速传动，还易于实现回转架10的刹车。
如图1和图3所示，垂直轴式风机塔顶装置还包括拉杆驱动机构70，该拉杆驱动机构70包括与控制长形风兜20启闭的恒速装置连接的拉杆71、在回转架10中水平设置的驱动盘72、以及驱动驱动盘72转动的电机73，其中，驱动盘72的盘面上设有螺旋导轨721，各拉杆71伸入回转架10的内腔中并且具有与驱动盘72的螺旋导轨721传动配合的导槽711。
其中，电机73的输出轴上设有齿轮731，驱动盘72的盘面上设有与齿轮731啮合传动的齿圈722。
拉杆驱动机构70的工作过程如下：当需要打开长形风兜20时，电机驱动驱动盘72沿预定方向转动，拉杆71向回转架10外伸出，消除长形风兜20打开的阻力，长形风兜20在风力的作用下打开，以及时放走多余风能；当需要闭合长形风兜20时，电机驱动驱动盘72沿预定方向的反方向转动，拉杆71向回转架10内回缩移动，增加长形风兜20打开的阻力，长形风兜20逐渐闭合。
长形风兜优选采用对称打开方式，该长形风兜的结构在中国实用新型专利说明书(申请号201010566629.7)中有详细描述，其全部内部结合于此供参考。
采用上述拉杆驱动机构70可实现拉杆缓慢移动，非常符合长形风兜的启闭要求。另外拉杆驱动机构70结构较简单，可以满足多个拉杆例如5～9个拉杆同时启闭的要求。
优选地，驱动盘72的圆周上均布有多个支撑辊74和定位压辊75，以此可水平转动地设置在回转架10的内腔中，该驱动盘72的安装方式具有结构简单、便于拆卸维护的优势。
优选地，中心传动轴31的下端(位于主塔中)设有引入电源的第一电刷机构32，中心传动轴31的上端设有引出电源的第二电刷机构33，其中，该第二电刷机构33与电机73电连接。进一步优选地，中心转动轴31为空心轴，连接第一电刷机构32和第二电刷机构33的电源导线从中穿过。
优选地，上述回转架10包括安装上悬臂11的上筒体13和安装下悬臂12的下筒体14，其中，上筒体13和下筒体14设置成使上悬臂11和下悬臂12能够成对使用，以连接同一长形风兜。进一步地优选地，上悬臂11和下悬臂12呈V形张开，如此可减小回转架的高度，进而增加塔架的稳定性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垂直轴式风力发电机的避雷系统，所述风力发电机包括主塔(30)、位于所述主塔(30)顶部的可回转的回转架(10)、在所述回转架(10)外周设置的多个长形风兜(20)，其特征在于，所述避雷系统(80)包括：
多个竖杆(81)，布置在所述长形风兜(20)的回转半径的外侧，并且关于所述长形风兜的回转中心形成圆形阵列，各所述竖杆(81)的顶部电连接有第一避雷针(82)；
多个第一横杆(83)，位于所述长形风兜(20)的下部，各所述第一横杆(83)的一端与竖杆(81)电连接，另一端固定在所述主塔(30)上，并且与地面之间通过导流体(84)电连接。
2.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的避雷系统，其特征在于，还包括在所述长形风兜(20)的上方与所述多个竖杆(81)连接成一体的横向支架(86)。
3.根据权利要求2所述的垂直轴式风力发电机的避雷系统，其特征在于，所述长形风兜(20)的回转中心位置设有第二避雷针(87)，所述第二避雷针(87)电连接至所述横向支架(86)。
4.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的避雷系统，其特征在于，所述第一避雷针(82)与所述竖杆(81)之间设有弹性减震元件(88)。
5.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的避雷系统，其特征在于，所述主塔(30)上设有安装座(34)，所述第一横杆(83)的另一端固定在所述安装座(34)上。
6.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的避雷系统，其特征在于，所述多个第一横杆(83)的相邻两横杆之间设有腹杆(85)。
7.一种垂直轴式风力发电机，所述风力发电机包括主塔(30)、位于所述主塔(30)顶部的可回转的回转架(10)、在所述回转架(10)外周设置的多个长形风兜(20)，其特征在于，所述主塔(30)上设置有根据权利1至6中任一项所述的避雷系统(80)。
8.根据权利要求7所述的垂直轴式风力发电机，其特征在于，所述回转架(10)和主塔(30)之间设有回转轴承(40)，所述回转轴承(40)包括与回转架(10)固定连接的内保持圈(41)和与所述主塔(30)固定连接的外保持圈(42)，其中，所述内保持圈(41)上形成齿圈(51)，所述齿圈(51)与中心传动轴(31)上设置的中心齿轮(52)通过至少一过渡齿轮(53)增速传动连接。
9.根据权利要求7所述的垂直轴式风力发电机，其特征在于，所述主塔(30)包括相互拼装的若干塔节。
10.根据权利要求7所述的垂直轴式风力发电机，其特征在于，所述回转架(10)包括安装上悬臂(11)的上筒体(13)和安装下悬臂(12)的下筒体(14)，其中，所述上筒体(13)和下筒体(14)成对使用，所述上悬臂(11)和下悬臂(12)为桁架臂结构。
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