CN2512920Y - 立式垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种立式垂直轴风力发电机,由风机叶轮、立柱、横梁、柔性连接器、变速机构和发电机组成,每两根立柱之间有发电机控制室,两立柱顶端有一横梁,风机叶轮垂直轴的下端经柔性连接器、变速机构与发电机连接,垂直轴上端连接在横梁中部。风机叶轮的叶片有三片式抛物线型的和四片分裂式抛物线型两种,当有多组风轮组合时,两种叶片的风轮交错排列安装,且旋转方向相反;风机叶轮与发电机的连接为柔性连接。该实用新型具有结构简单、易维护、运行平稳安全的优点,且抗强风能力强,使风能得到了最充分的利用。

Description

立式垂直轴风力发电机

本实用新型涉及一种风力发电机，特别是一种立式垂直轴风力发电机。

目前国内使用较多的是水平轴的风力发电机，但其风能利用率低，发电质量不稳定，且故障率高，不易维护，造价也高。而已有的竖轴风力发电机，若要求功率大则风轮的叶片要大，则受风面大，抗强风能力差；且叶片的结构有缺陷，如三片式叶片的根部在其轴横截面的等分线处与轴面垂直(见图6)，这种结构的叶片在风速低时风轮会产生闪间倒转，这就要求有低速起动装置，所以竖轴风力发电机也没得到广泛的使用。

本实用新型的目的是提供一种抗风能力强，可提高风能的利用系数，且结构简单，运行平稳、安全、维护方便的立式垂直轴风力发电机。

本实用新型的目的是这样实现的：

由风机叶轮、立柱、横梁、柔性连接器、变速机构和发电机组成，其中每两根立柱之间有一发电机控制室，其屋顶上装有一组垂直安装的风机叶轮，风机叶轮垂直轴的下端通过柔性连接器、变速机构与发电机连接，两根立柱的上端有一横梁，横梁的两端分别与两根立柱的顶端连接，风机叶轮垂直轴顶端经轴承连接在横梁的中部。

立柱为有锥度的园柱体，并可分段组装而成。

风机叶轮由垂直轴和叶片组成，垂直轴与其中心线有1∶100～200的锥度；叶片有三片式抛物线型和四片分裂式抛物线型两种，其中三片式的叶片与其垂直轴的连接方式为：叶片根部在垂直轴横截面的等分线处与轴面相切，叶片在近尾部的1/3处呈抛物线展开；四片分裂式的四个叶片分为两组，每两个叶片的根部相连，两组叶片分别对称安装在垂直轴两侧、半径近轴的1/3处，其中内侧的两个叶片从根部起为抛物线状，两根部和两尾部位于同一直线上，尾部位于两根部连线另一侧延长线的端部，外侧的两个叶片与两根部的连线垂直，并在其近尾部的1/3处呈抛物线展开。

由若干个风机叶轮垂直安装在两个立柱之间，成为一组风机叶轮，而每一个风机叶轮的叶片又可单片分块制做，再经组装成为一个风机叶轮。

风机叶轮有多种组合方式，可为只有一组风机叶轮的单风轮，也可为并立混合式双风轮组合，还可为排列式多风轮组合。

并立混合式双风轮组合为一组三片式风机叶轮和一组四片分裂式风机叶轮并排放置，其风轮的旋转方向为一组顺时针方向旋转，另一组逆时针方向旋转；排列式多风轮组合为多组三片式风机叶轮和多组四片分裂式风机叶轮并排交错放置，其风轮的旋转方向为顺时针旋转和逆时针旋转交错。

风机叶轮的各叶片之间，可在其上、下端部安装支撑拉杆，以增加各叶片之间的支撑强度。

垂直轴的下端与基座的连接为柔性法兰盘连接，垂直轴下端心轴经法兰盘的连接孔与基座内轴承座心轴上端的法兰盘连接，其中，一个法兰盘的若干个连接孔中分别用硬质耐油橡胶充填，然后再钻孔与另一个法兰盘的连接孔对应连接，上、下法兰盘和上、下心轴之间留有空隙，并垫有橡胶垫，上心轴的下端和下心轴的上端各有一相对应的球形凹槽，两凹槽之间放入钢球定位和支撑。也可将上心轴的下端部做成球状凸起，与下心轴上端部的球形凹槽配合。

变速机构的多个变速伞齿轮与多台功率不等的发电机组成不同速比的单机，变速伞齿轮的变比分别为7∶1、6∶1、5∶1，配用功率由小到大的发电机，再经电流继电器、交流接触器、牵引电磁铁等电器控制器，根据垂直轴的转速可连接一台发电机运行，也可自动将多台发电机并联运行。

本实用新型具有如下优点和积极效果：

1.结构简单，运行安全、平稳，安装维护方便，造价低；

2.两立柱之间的横梁及独特的风轮柔性连接，增加了整机的抗

  强风能力；

3.叶片的独特设计可保证无论风向如何，风力大小，风轮都不

  会反转，克服了风轮在低速起动时可能产生的闪间倒转现象，

  还可省却低速起动装置。

4.两组风机叶轮的旋转方向相反，可使风轮的转动更平稳，电

  荷质量更稳定。

5.集多台电机于一体组成不同速比的单机，根据风速的不同，

  会有一台或多台发电机稳定运行，提高了用电的可靠性和发

  电机的有效功率，使风能得到最充分的利用。

附图1为本实用新型的传动示意图；

附图2为本实用新型实施例之一总体外型示意图；

附图3为本实用新型实施例之一的俯视图；

附图4为本实用新型实施例之二的俯视图；

附图5为本实用新型三片式风轮结构示意图；

附图5-1为本实用新型三片式风轮A-A向的垂直轴示意图；

附图6为现有技术的三片式风叶结构示意图；

附图7为图2中柔性连接器结构的剖视放大示意图之一；

附图8为图2中柔性连接器结构的剖视放大示意图之二；

附图9为图1中变速机构连接示意图。

图号：11三片式风机叶轮、111三片式叶片、12四片分裂式风机

      叶轮、121内侧叶片、122外侧叶片、13垂直轴、14支撑

      拉杆、2轴承座、3柔性连接器、31上法兰盘、32下法兰

      盘、33硬质耐油橡胶、34上球状凹槽、35下球状凹槽、

      36钢球、37橡胶垫、38上心轴、381球状凸起、39下心

      轴、4发电机控制室、41基座、5变速机构、51传动轴、

      52变速主动伞齿轮、53变速从动伞齿轮、54轴承座、55

      磨擦盘、6发电机、7立柱、8横梁、9地牛、10攀线

以下结合附图作进一步说明：

由风机叶轮(11，12)、立柱7、横梁8、柔性连接器3、变速机构5和发电机6组成(参见图1)。两根立柱7之间有一发电机控制室4，其屋顶上有一组垂直安装的风机叶轮(11，12)，垂直轴13的下端通过柔性连接器3、变速机构5与发电机6连接，每两根立柱7的上端有一横梁8，横梁8的两端分别与立柱6的顶端连接，风机叶轮(11，12)垂直轴13的顶端经轴承连接在横梁8的中部。

图2所示为并立混合式双风轮组合示意图，由两组风机叶轮(11，12)并排安装在每两根立柱7之间的发电机控制室4屋顶上，每两根立柱7上端各有一横梁8，横梁8的两端分别与立柱6的顶端紧固连接，各立柱7分别用若干根攀线10固定在地牛9上。由于风力发电机的体积大，部件重量重，运输、安装都不方便，所以立柱7和横梁8都可分成若干段，安装时再进行组装连接。

风机叶轮由垂直轴13和叶片组成，垂直轴13与其中心线有1：100～200的锥度(见图5-1)。叶片有三片式抛物线型11和四片分裂式抛物线型12，其中三片式的叶片111与其垂直轴13的连接方式为：叶片根部在垂直轴13横截面的等分线处与轴面相切，叶片在近尾部的1/3处呈抛物线展开(见图5)；四片分裂式的四个叶片(121，122)分为两组，每两个叶片的根部相连，两组叶片分别对称安装在垂直轴13的两侧、半径近轴的1/3处，其中内侧的两个叶片121从根部起为抛物线状，两根部和两尾部在同一直线上，即尾部位于两根部连线另一侧延长线的端部，外侧的两个叶片122与两根部的连线垂直，并在其近尾部的1/3处呈抛物线展开(见图3)。前述的两种叶片，无论风向如何，风力大小，都不会反转，克服了在低风速起动时可能产生的风轮闪间倒转现象，而垂直轴13采用锥度设计，则可充分利用不同地形，产生向上的升力，增大叶面的推力。

图3为并立混合式双风轮组合的俯视图，为一组三片式风机叶轮11和一组四片分裂式风机叶轮12并列放置，其旋转方向为三片式风机叶轮11顺时针旋转，四片分裂式风机叶轮12逆时针旋转，也可以反之。

该实施例每组风机叶轮由三个风机叶轮组成，垂直安装在两个立柱7之间，其中每一个风机叶轮的叶片又分成三块制作，安装时再进行组装。

前述两种叶片的组合，在同样材料、同样的受风面、同样风速的情况下，动力比其它类型的垂直发电机增大很多，同时因为两种叶片的旋转方向相反，会使清风、阵风和紧风等风团大面积的集散得到缓冲，从而使风轮的转动平稳，电荷的质量更稳定。

在需要增大输出功率时，可在并立混合式双风轮组合的基础上分别向两侧扩展成为排列式多风轮组合，图4为四组风轮组合。在两侧增加立柱7、横梁8以及所需功率的风机叶轮(11，12)，只需将三片式风机叶轮11和四片分裂式风机叶轮12交错并排放置，风机叶轮(11，12)的旋转方向为顺时针和逆时针旋转交错。

风机叶轮的每两个叶片之间可在其上、下端部安装支撑拉杆14(见图4)，使每两个叶片之间由支撑拉杆增加其支撑强度，增加抗强风能力。

图7为柔性连接器3的结构示意图，其连接方式为柔性法兰盘连接。垂直轴13的下端心轴38经上法兰盘31的连接孔与基座41内轴承座下心轴39上端的下法兰盘32连接，其中，上法兰盘38的若干个连接孔中分别用硬质耐油橡胶33充填后，再钻孔与下法兰盘39的连接孔对应连接，上、下法兰盘(38，39)和上、下心轴(31，32)之间留有空隙，垫有橡胶垫37，上心轴38的下端和下心轴39的上端各有一相对应的球状凹槽(34，35)，两凹槽(34，35)之间放入钢球36，起定位和支撑作用。也可将上心轴38的下端部做成球状凸起381，与下球状凹槽35配合(参见图8)。

上述连接孔中的硬质耐油橡胶33，橡胶垫37以及球状凹槽(34，35)内放入的钢球36，都是为抗强风而设。当风力巨大时，作用在垂直轴13上的力可经横梁8被分散，同时允许垂直轴13稍有倾斜，此时运转不会停止，再加上前述的每两根立柱7之间的横梁8的横向推力保护、立柱7两侧攀线10的拉力保护以及两叶片之间的支撑拉杆14对风叶根部的弯曲保护，大大加强了风机叶轮(11，12)整体的抗强风能力。

图9为变速机构5与发电机6的连接示意图。变速机构5的多个变速伞齿轮(52，53)与多台功率不等的发电机6组成不同速比的单机，分别由7∶1、6∶1、5∶1等不同变比的变速伞齿轮(52，53)配用功率由小到大的发电机6，再经电流继电器、交流接触器、牵引电磁铁等电器控制器，根据垂直轴13的转速可连接一台发电机6运行，也可在风速增大时自动将多台发电机6并联运行。在风力较小时，只带动发电机6①，风力加大时，由于发电机6①的转速提高，电流增大，会先后起动发电机6②、③、④工作，当风力减弱时，发电机6②、③、④又会相继退出运行。但当风力过大时(如强台风等)，通过各电器控制器的保护，发电机6也会相继退出运行。从而保证了在不同风速下都有单机或多机稳定运行，提高了用电的可靠性和发电机的有效功率，使风能得到了最充分的利用。

两立柱7之间的发电机控制室4也可设置在两立柱之外，风机叶轮的垂直轴13可直接安装在地基上。

Claims (10)

1.一种立式垂直轴风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、柔性连接器、变速机构和发电机组成，其特征在于每两根立柱之间有一发电机控制室，其屋顶上装有一组垂直安装的风机叶轮，风机叶轮垂直轴的下端通过柔性连接器、变速机构与发电机连接，两根立柱的上端有一横梁，横梁的两端分别与两根立柱的顶端连接，风机叶轮垂直轴顶端经轴承连接在横梁的中部。

2.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于立柱为有锥度的园柱体，并可分段组装而成。

3.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于风机叶轮由垂直轴和叶片组成，垂直轴与其中心线有1∶100～200的锥度；叶片有三片式抛物线型和四片分裂式抛物线型两种，三片式的叶片与其垂直轴的连接方式为：叶片根部在垂直轴横截面的等分线处与轴面相切，叶片在近尾部的1/3处呈抛物线展开；四片分裂式的四个叶片分为两组，每两个叶片的根部相连，两组叶片分别对称安装在垂直轴两侧、半径近轴的1/3处，其中内侧的两个叶片从根部起为抛物线状，两根部和两尾部位于同一直线上，尾部位于两根部连线另一侧延长线的端部，外侧的两个叶片与两根部的连线垂直，并在其近尾部的1/3处呈抛物线展开。

4.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于由若干个风机叶轮垂直安装在两个立柱之间，成为一组风机叶轮，而每一个风机叶轮的叶片又可单片分块制做，再经组装成为一个风机叶轮。

5.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于风机叶轮有多种组合方式，可为只有一组风机叶轮的单风轮，也可为并立混合式双风轮组合，还可为排列式多风轮组合。

6.根据权利要求5所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于并立混合式双风轮组合为一组三片式风机叶轮和一组四片分裂式风机叶轮并排放置，其风机叶轮的旋转方向为一组顺时针方向旋转，另一组逆时针方向旋转；排列式多风轮组合为多组三片式风机叶轮和多组四片分裂式风机叶轮并排交错放置，其风机叶轮的旋转方向为顺时针旋转和逆时针旋转交错。

7.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于风机叶轮的各叶片之间，可在其上、下端部安装支撑拉杆，以增加各叶片之间的支撑强度。

8.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于垂直轴的下端与基座的连接为柔性法兰盘连接，垂直轴下端心轴经法兰盘的连接孔与基座内轴承座心轴上端的法兰盘连接，其中，一个法兰盘的若干个连接孔中分别用硬质耐油橡胶充填，然后再钻孔与另一个法兰盘的连接孔对应连接；上、下法兰盘和上、下心轴之间留有空隙，并垫有橡胶垫，上心轴的下端和下心轴的上端各有一相对应的球形凹槽，两凹槽之间放入钢球定位和支撑。

9.根据权利要求8所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于可将上心轴的下端部做成球状凸起，与下心轴上端部的球形凹槽配合。

10.根据权利要求1所述的立式垂直轴风力发电机，其特征在于变速机构的多个变速伞齿轮与多台功率不等的发电机组成不同速比的单机，变速伞齿轮的变比分别为7∶1、6∶1、5∶1，配用功率由小到大的发电机，再经电流继电器、交流接触器、牵引电磁铁等电器控制器，根据垂直轴的转速可连接一台发电机运行，也可自动将多台发电机并联运行。

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