CN211819795U - 一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置 - Google Patents

一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，包括叶片、叶片连接装置、中心旋转组件、传动系统、发电装置、支撑塔架，所述支撑塔架设置于风力发电装置基础上，顶部设置有推力轴承组和发电装置，所述推力轴承组通过第一法兰固定在支撑塔架顶部，所述推力轴承组中心穿设有转动轴；所述发电装置通过支撑装置固定在底部支撑塔架上，所述发电装置连接有传动系统，所述传动系统连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮穿设于转动轴上；所述转动轴通过第二法兰连接有中心旋转组件；叶片通过叶片连接装置连接中心旋转组件上；本装置能够提高风力发电装置的发电量，同时可减低同等功率风力发电装置的初投资。

Description

一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置
技术领域
本实用新型一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，属于新能源利用装置技术领域。
背景技术
风电是一种清洁、绿色的可再生能源，新兴市场的风电发展迅速，在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业也迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。发展风力发电对于解决能源危机、减轻环境污染、调整能源结构等方面都有着非常重要的意义。
垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。但是现有的垂直轴风力发电机都是采用单叶片结构来利用风，然后发电，大部分的研究也是在如何优化叶片的空气动力性能、随风向调整叶片的对风角度等方面进行。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，能够提高风力发电装置的发电量，同时可减低同等功率风力发电装置的初投资。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，包括叶片、叶片连接装置、中心旋转组件、传动系统、发电装置、支撑塔架，所述支撑塔架设置于风力发电装置基础上，顶部设置有推力轴承组和发电装置，所述推力轴承组通过第一法兰固定在支撑塔架顶部，所述推力轴承组中心穿设有转动轴；所述发电装置通过支撑装置固定在底部支撑塔架上，所述发电装置连接有传动系统，所述传动系统连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮穿设于转动轴上；所述转动轴通过第二法兰连接有中心旋转组件；
两张所述叶片的之间通过多个“Y”形连接板连接在一起，形成双叶片结构，所述“Y”形连接板包括互相垂直的水平段和连接段，所述连接段位于水平段中心，所述水平段两端均设置有弧形段，所述弧形段连接所述叶片，所述连接段端部设置有连接轴，所述叶片连接装置一端设置有轴套，所述连接轴穿设于轴套内；所述叶片连接装置另一端设置为夹持结构，包括上夹片和下夹片，所述上夹片和下夹片上设置有安装栓；所述中心旋转组件上部设置有多组第三法兰盘，所述第三法兰盘中心固定于中心旋转组件上，法兰盘的盘体上设置有多个与所述安装栓大小匹配的安装孔，所述叶片连接装置与所述第三法兰盘通过安装栓和安装孔固定连接；
所述叶片为翼形叶片，横截面一端为尖端、一端为圆端，一侧为弧形面、另一侧为内平面，所述双叶片结构中，两叶片尖端相对，两叶片圆端相互远离，弧形面紧密贴合所述弧形段固定连接；
每个中心旋转组件设置有3-10套双叶片结构，3-10套双叶片结构均匀分布于以中心旋转组件为中心的同一圆周上。
优选的，所述双叶片结构中，两叶片的内平面之间的夹角α为100-150度。
优选的，所述弧形面与所述弧形段通过两个以上铆钉固定连接。
优选的，每个夹持结构上的安装栓数量至少为两个。
优选的，每组双叶片结构的“Y”形连接板数量至少为两个。
优选的，所述中心旋转组件上部设置的第三法兰盘的数量至少为两组。
优选的，所述第三法兰盘与中心旋转组件之间还设置有固定架。
本实用新型和现有技术相比具有以下有益效果：
本实用新型采用双叶片结构的风力发电装置可在一定程度上加速自然风，提高风力发电装置的发电量，同时可减低同等功率风力发电装置的初投资。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型结构俯视结构示意图。
图3为本实用新型的双叶片结构示意图。
图4为本实用新型的叶片连接装置结构示意图。
图5为本实用新型双叶片结构中的两个叶片位置示意图；
图6为本实用新型双叶片结构迎风面与风向垂直时风流向及叶片受力情况简图；
图7为本实用新型双叶片结构迎风面与风向平行时风流向及叶片受力情况简图；
图8为本实用新型双叶片结构背风面与风向垂直时风流向及叶片受力情况简图。
图中：1、风机叶片；2、“Y”形连接板；3、叶片连接装置；4、中心旋转组件；5、第三法兰盘；7、第二法兰；8、可转动轴；9、驱动齿轮；10、推力轴承组；11、第一法兰；12、传动系统；13、发电装置；14、发电装置支撑装置；15、底部支撑塔架；16、风力发电装置基础，17、尖端；18、圆端；19、弧形面；20、内平面；21、水平段；22、连接段，23、弧形段；24、连接轴；25、铆钉；31、轴套；32、上夹片；33、下夹片；34、安装栓；51-固定架。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1
一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，包括叶片1、叶片连接装置3、中心旋转组件4、传动系统12、发电装置13、支撑塔架15，所述支撑塔架15 设置于风力发电装置基础16上，顶部设置有推力轴承组10和发电装置13，所述推力轴承组10通过第一法兰11固定在支撑塔架顶部，所述推力轴承组10中心穿设有转动轴8；所述发电装置13通过支撑装置14固定在底部支撑塔架15 上，所述发电装置13连接有传动系统，所述传动系统连接有驱动齿轮9，所述驱动齿轮9穿设于转动轴8上；所述转动轴8通过第二法兰7连接有中心旋转组件4；
两张所述叶片的之间通过多个“Y”形连接板2连接在一起，形成双叶片结构，所述“Y”形连接板2包括互相垂直的水平段21和连接段22，所述连接段 22位于水平段21中心，所述水平段21两端均设置有弧形段23，所述弧形段23 连接所述叶片1，所述连接段22端部设置有连接轴24，所述叶片连接装置3一端设置有轴套31，所述连接轴24穿设于轴套31内固定连接；所述叶片连接装置3另一端设置为夹持结构，包括上夹片32和下夹片33，所述上夹片32和下夹片33上设置有安装栓34；所述中心旋转组件4上部设置有多组第三法兰盘5，所述第三法兰盘5中心固定于中心旋转组件4上，第三法兰盘的盘体上设置有多个与所述安装栓34大小匹配的安装孔，所述叶片连接装置与所述第三法兰盘5 通过安装栓34和安装孔固定连接；
所述安装孔的数量为3-10组，每组安装孔对应能够安装一个叶片连接装置 3，叶片连接装置3能够根据需要安装在相应部位的安装孔内，以实现多个叶片连接装置3之间的角度调整。
所述叶片1为翼形叶片，横截面一端为尖端17、一端为圆端18，一侧为弧形面19、另一侧为内平面20，所述双叶片结构中，两叶片尖端相对，两叶片圆端相互远离，弧形面紧密贴合所述弧形段固定连接；
每个中心旋转组件4设置有3-10套双叶片结构，3-10套双叶片结构均匀分布于以中心旋转组件为中心的同一圆周上，叶片在圆周上的任何一个位置均可实现对中心旋转组件的正向推力。所述的双叶片结构的数量可根据风资源的情况按需要设置，典型的为5套或则7套，所有叶片沿圆周方向均匀布置。
所述双叶片结构中，两叶片的内平面之间的夹角α为100-150度。
所述弧形面19与所述弧形段23通过两个以上铆钉25固定连接。
所述轴套两端还可以设置限位螺母，限位螺母套接于连接轴上，所述限位螺母顶部还可以设置弹性防滑层。
每个夹持结构上的安装栓数量至少为两个。
每组双叶片结构的“Y”形连接板2数量至少为两个，如图1、2所示，两张叶片的上端和下端分别通过一个“Y”形连接板2连接在一起，形成双叶片结构。
所述中心旋转组件4上部设置的第三法兰盘的数量至少为两组。
所述第三法兰盘与中心旋转组件4之间还设置有固定架51。
所述的叶片结构是由两套尖端相向布置的翼型叶片组成，每张叶片分别固定在“Y”形连接板上，这样形成一种迎风面积大，而出风口面积小的一种双叶片结构。所述的双叶片结构均匀的布置在风力发电装置的圆周上，叶片在圆周上的任何一个位置均可实现对中心旋转组件的正向推力。
进一步的，如图5-8所示，图5为双叶片结构中的两个叶片位置示意图，中 A为双叶片结构进口截面积，B：双叶片结构出口截面积，进口截面积大于出口；
图6为双叶片机构迎风面与风向垂直时风流向及叶片受力简图，图7为双叶片机构迎风面与风向平行时，风流向及叶片受力简图，图8为双叶片机构背风面与风向垂直时，风流向及叶片受力简图，图中，F为外向推力，v1为流速慢的风流，v2为流速快的风流；v3为流速逐渐变快的风流；
可以看出，采用双叶片结构的风力发电装置的叶片，无论在圆周的那个位置均可实现叶片的推力，从而实现对中心旋转组件4的正向推力。
所述的转动轴通过安装其上的齿轮通过传动系统驱动发电装置发电。所述的传动系统可以是单级齿轮传动也可以是多级齿轮传动。
本实用新型的可加速双叶片结构垂直轴风力发电装置的原理：根据流体连续性的原理，质量在运动中守恒，当风在流动过程中，在截面积最小处，风的速度达到最大值有：ρ*A*VA＝ρ*B*VB，式中ρ：空气密度，A:双叶片结构进口截面积，VA：双叶片机构进口风速，B：双叶片结构出口截面积，VB：双叶片结构出口风速。假设B＝0.5A，则VB＝2*VA。而理论风力发电装置的发电量：P＝0.5*ρ*A*V3, 则双叶片结构的风力发电机功率：PB＝(B*VB 3)/ (A*VA 3)*PA＝(0.5*A*8VA 3)/(A*VA 3)*PA＝4PA，式中PA:传统单叶片结构发电功率， PB：双叶片结构发电功率。
根据以上分析，双叶片结构的风力发电机功率(PB)是同等条件下安装在自然风环境中风力发电机功率(PA)的4倍。同时，由于风在出口处的流速增大，压强则变小，将引导叶片外侧更多的风流向出口处，这样叶片外侧的风的流速也会增大，风对叶片的外向推力F也会增大。
上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，包括叶片（1）、叶片连接装置（3）、中心旋转组件（4）、传动系统（12）、发电装置（13）、支撑塔架（15），所述支撑塔架（15）设置于风力发电装置基础（16）上，顶部设置有推力轴承组（10）和发电装置（13），所述推力轴承组（10）通过第一法兰（11）固定在支撑塔架顶部，所述推力轴承组（10）中心穿设有转动轴；所述发电装置（13）通过支撑装置（14）固定在底部支撑塔架（15）上，所述发电装置（13）连接有传动系统，传动系统连接有驱动齿轮（9），驱动齿轮（9）穿设于转动轴（8）上；转动轴（8）通过第二法兰（7）连接有中心旋转组件（4）；
两张叶片的之间通过多个“Y”形连接板（2）连接在一起，形成双叶片结构，所述“Y”形连接板（2）包括互相垂直的水平段（21）和连接段（22），所述连接段位于水平段中心，所述水平段（21）两端均设置有弧形段（23），弧形段连接叶片（1）；所述连接段端部设置有连接轴（24），所述叶片连接装置（3）一端设置有轴套（31），所述连接轴穿设于轴套内，所述叶片连接装置（3）另一端设置为夹持结构，包括上夹片（32）和下夹片（33），所述上夹片和下夹片上设置有安装栓（34）；所述中心旋转组件（4）上部设置有多组第三法兰盘（5），所述第三法兰盘中心固定于中心旋转组件（4）上，法兰盘的盘体上设置有多个与所述安装栓大小匹配的安装孔，所述叶片连接装置（3）与所述第三法兰盘（5）通过安装栓和安装孔固定连接；
所述叶片（1）为翼形叶片，横截面一端为尖端、一端为圆端，一侧为弧形面、另一侧为内平面，所述双叶片结构中，两叶片尖端相对，两叶片圆端相互远离，弧形面紧密贴合所述弧形段固定连接；
每个中心旋转组件（4）设置有3-10套双叶片结构，3-10套双叶片结构均匀分布于以中心旋转组件为中心的同一圆周上。
2.根据权利要求1所述的一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述双叶片结构中，两叶片的内平面之间的夹角α为100-150度。
3.根据权利要求1所述的一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述弧形面与所述弧形段通过两个以上铆钉固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，每个夹持结构上的安装栓（34）数量至少为两个。
5.根据权利要求1所述的一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，每组双叶片结构的“Y”形连接板（2）数量至少为两个。
6.根据权利要求1所述的一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述中心旋转组件（4）上部设置的第三法兰盘的数量至少为两组。
7.根据权利要求1所述的一种加速双叶片结构垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述第三法兰盘（5）与中心旋转组件（4）之间还设置有固定架（51）。
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