WO2024012210A1 - 一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，属于海上风机技术领域，包括风机，风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑装置与本体支撑装置连接，且旋转支撑装置可绕与本体支撑装置的连接处转动，风机底部均与浮筒连接，风机浮筒旨在减轻旋转支撑架主轴承载荷；所述本体支撑装置包括本体立柱，所述旋转支撑装置包括与风机连接的连接板，连接板两端均与导流板固定连接，本体立柱轴线到侧向风在两端导流板作用中心的距离和风阻力形成回正力矩；或本体立柱轴线距离风机迎风面有一定拖距与侧向风阻力形成回正力矩。该装置设置旋转支撑装置，回正力矩可带动风机实现自动对风转动，提高风的利用率，提高发电效率。

Description

一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机
本发明要求于2022年7月15日提交中国专利局、申请号为202210831485.3、发明名称为“一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本发明中。
技术领域
本发明属于海上风机技术领域，具体涉及一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
垂直轴风机具有发电机位置重心低，安装、维护更加便利，叶片结构简单，耐久性强，叶尖气动噪音小，尾流效应小，方便风电场的布置规划等优势。
垂直轴风机中，有的采用单转子风机进行发电，有的采用多转子垂直轴风机对转，多转子对转形式可以提高垂直轴风机的风能捕获能力，但是在应用多转子风机时，由于海上风向不定，风机的迎风面(即多台风机连线的竖直面)不一定对着来风方向，这时若不调整风机的方向，则风机发电效率低，单转子风机不会面临这个问题，但是多转子风机有对风要求，即要求多个风机并排面向来风。如何实现多转子垂直轴风机的自动对风转向调整是其推广应用的关键问题，目前没有较好解决该问题的方案。另外，由于对风转动主轴承既承担轴向的对风旋转运动，又承载竖直向的风机重量，增加了多转子垂直轴风机自动对风转动主轴承的设计制造难度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，为提高垂直轴风机的发电功率，降低垂直轴风机对基体艏摇弯矩影响，本发明针对多转子垂直轴风机的对风需求，提供一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，该装置设置旋转支撑装置，本体立柱轴线到侧向风在两端导流板作用中心的距离和风阻力形成回正力矩；或本体立柱轴线距离风机迎风面有一定拖距与侧向风阻力形成回正力矩，回正力矩可带动风机实现自动对风转动，提高风能利用率，提高发电效率。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，包括风机，风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑装置与本体支撑装置连接，且旋转支撑装置可绕本体支撑装置转动；所述本体支撑装置包括本体立柱，所述旋转支撑装置包括与风机连接的连接板，连接 板两端均与导流板固定连接，导流板由与连接板的连接处向风机迎风面的背风法线方向延伸设置。
其中，各风机旋转轴线所在的竖向平面为风机迎风面。
作为进一步的技术方案，所述导流板板面竖向设置，两导流板相对于本体立柱轴线对称设置，两导流板的延伸方向相同，侧向风作用在导流板的等效作用中心点距离本体立柱轴线一定距离，以便来风方向不垂直于风机迎风面时，能产生扭矩实现对风旋转。
作为进一步的技术方案，所述导流板第一端与连接板端部固定连接，导流板第二端由第一端向风机迎风面的背风法线方向延伸设定距离。
作为进一步的技术方案，所述导流板由第一端至第二端，其纵截面尺寸逐步增大，确保风对导流板的等效作用中心点到本体立柱轴线距离和风阻力产生的对风旋转力矩足以克服水中结构转动的阻力转矩。
作为进一步的技术方案，所述旋转支撑装置与本体支撑装置连接处可以设置多组旋转轴承，相邻组旋转轴承沿本体立柱轴线方向间隔设置，通过增大两旋转轴承中心在本体立柱轴线上的距离，提高旋转支撑装置与本体支撑装置间力矩传递能力。
作为进一步的技术方案，所述风机设置至少两台，至少两台风机平行且间隔设置于旋转支撑装置；所述风机包括风机动子、风机定子，风机动子相对风机定子旋转，风机定子与风机立柱(即风机塔架)固定连接，风机立柱与旋转支撑装置固定连接或滑动连接。
作为进一步的技术方案，每一所述风机立柱底部均与一独立的浮筒连接；或，多台风机与同一浮筒连接，通过减少水中旋转结构的旋转半径，减少旋转支撑装置旋转时水中结构的旋转阻力矩。建议采用环抱本体立柱的圆环浮筒，浮筒完全浸没水中，通过多个直径更小的立柱支撑风机。
作为进一步的技术方案，所述本体支撑装置为固定式或浮动式，在为浮动式时，本体立柱中部与本体浮筒连接，本体立柱底部与系泊支撑架连接，系泊支撑架与系泊缆索连接；本体立柱可以穿过本体浮筒，系泊支撑架处可以设置配重，降低本体支撑装置重心；所述系泊支撑架包括多个延伸板，多个延伸板均由本体立柱外表面沿径向向外侧延伸设置。
第二方面，本发明还提供了一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，包括风机，风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑装置与本体支撑装置连接，且旋转支撑装置可绕与本体支撑装置的连接处转动；所述本体支撑装置包括本体立柱，所述旋转支撑装置包括与风机、本体立柱连接的旋转平台，各风机旋转轴线所在的竖向平面为风机迎风面，本体立柱与旋转平台的连接位置距离风机迎风面具有拖距d。
作为进一步的技术方案，所述旋转平台可以设置配重块，配重块距离风机迎风面具有设定间隔。
作为进一步的技术方案，所述旋转平台可以设置来风引流装置，引流装置处于两对转风机中间且相对风机迎风面靠前设置，引流装置对来风进行分流，使风经引流装置后尽量与每个对转风机的扫掠圆柱体相切，促进风机对转；所述引流装置距离两风机迎风面设定距离。
作为进一步的技术方案，所述旋转支撑装置与本体支撑装置连接处可以设置多组旋转轴承，相邻两组旋转轴承沿本体立柱轴线方向间隔设置，通过增大两旋转轴承中心在本体立柱轴线上的距离，提高旋转支撑装置与本体支撑装置间力矩传递能力。
作为进一步的技术方案，所述风机设置至少两台，至少两台风机平行且间隔设置于旋转支撑装置；所述风机包括风机动子、风机定子，风机动子相对风机定子旋转，风机定子与风机立柱固定连接，风机立柱与旋转支撑装置固定连接或滑动连接。
作为进一步的技术方案，每一所述风机立柱底部均与一独立的浮筒连接；或，多台风机与同一浮筒连接，通过减少水中旋转结构的旋转半径，减少旋转支架旋转时水中结构的旋转阻力矩。建议采用环抱本体立柱的圆环浮筒，浮筒完全浸没水中，通过多个直径更小的立柱支撑风机。
作为进一步的技术方案，所述本体支撑装置为固定式或浮动式，在为浮动式时，本体立柱中部与本体浮筒连接，本体立柱底部与系泊支撑架连接，系泊支撑架与系泊缆索连接；本体立柱可以穿过本体浮筒，系泊支撑架处可以设置配重，降低本体支撑装置重心；所述系泊支撑架包括多个延伸板，多个延伸板均由本体立柱外表面沿径向向外侧延伸设置。
上述本发明的有益效果如下：
本发明的多转子垂直轴风机，将风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑装置通过导流板的设置，在来风方向不垂直于风机迎风面时，风力作用在导流板上，给导流板提供一定的作用力，由于导流板的作用中心距离本体立柱轴线有一定距离，风的作用力产生的力矩使得旋转支撑装置带着风机和水下结构绕本体立柱轴线旋转，进而转动至两风机并排面向来风，实现自主对风转向调整功能。
本发明的多转子垂直轴风机，将风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑与本体支撑装置的连接位置(也即旋转支撑装置的主旋转轴)距离风机迎风面具有一定拖距d，当风向不垂直于风机迎风面时，作用在风机上的风阻力与拖距能够产生使风机和旋转支撑装置绕本体支撑装置旋转的力矩，即回正力矩，合理设置拖距使得回正力矩足以克服水下旋转结构转动时的阻力矩，带动多台垂直轴风机绕本体立柱旋转，实现自动对风转向调整功能。
本发明的多转子垂直轴风机，风机与旋转支撑装置滑动设置时，在波浪的作用下，风机可以相对旋转支撑架上下移动，减少风机沉浮运动对本体支撑装置的垂向作用；风机的浮筒与本体支撑装置相对独立，可以分担风机的竖直向载荷。
本发明的多转子垂直轴风机，本体支撑装置可以是固定式或者浮动式，在设置为浮动式时，可以采用重力式系泊锚链并合理设置支撑架长度，一旦本体支撑装置出现俯仰和侧倾时，一侧锚链更多长度与海底接触，另一侧锚链更多长度悬于水中，使得两侧系泊锚链重力不同，借助两侧锚链重力差提供一定的回正力矩，便于本体支撑装置的快速回正。采用弹性缆索时，借助两侧缆索张力差，同样可以提供一定的回正力矩。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1中风机基体为固定式的垂直轴风机示意图；
图2是本发明实施例1中风机基体为漂浮式的垂直轴风机示意图；
图3是本发明实施例1中风机基体为漂浮式的垂直轴风机另一种设置示意图；
图4是本发明实施例1旋转支撑装置的示意图；
图5是本发明实施例1旋转支撑装置的俯视图；
图6是本发明矩形风机立柱设置承重滚子的示意图；
图7是本发明三角形风机立柱设置承重滚子的示意图；
图8是本发明风机立柱组合式承重滚子销轴基座示意图；
图9是本发明风机立柱设置滑移键的示意图；
图10是本发明旋转支撑装置的剖视图；
图11是本发明旋转支撑装置的另一设置方式剖视图；
图12是本发明风机的示意图；
图13是本发明两风机与同一浮筒连接的示意图；
图14是本发明本体支撑装置的示意图；
图15是本发明实施例2风机基体为固定式的垂直轴风机示意图；
图16是本发明实施例2风机基体为浮动式的垂直轴风机示意图；
图17是本发明实施例2旋转支撑装置示意图；
图18是本发明实施例2设置引流装置示意图；
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1风机，2旋转支撑装置，3本体支撑装置，4引流装置；
1-1风机动子，1-2风机立柱，1-3滑移键，1-4连接立柱，1-5浮筒，1-6导向柱，1-7承重滚子；
2-1连接孔，2-2旋转轴承，2-3导流板，2-4连接板，2-5导流板第一端，2-6导流板第二端，2-7滑移键导向孔，2-8连接孔，2-9旋转轴承，2-10配重块，2-11旋转平台；
3-1本体立柱，3-2本体浮筒，3-3系泊缆索，3-4系泊支撑架；
4-1引流块，4-2连杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，其包括风机1、旋转支撑装置2、本体支撑装置3。
其中，风机1设置两台，风机1为垂直轴风机，两台风机1平行且间隔设置于旋转支撑装置2上，调整叶片安装攻角实现两风机1对转，旋转支撑装置2底部连接于本体支撑装置3。
旋转支撑装置2包括连接板2-4，连接板2-4将两风机1进行连接，连接板2-4开设两连接孔2-1，两连接孔2-1相对于连接板2-4中心对称开设，风机1连接于连接孔2-1处。
连接板2-4中心处开设中心孔，中心孔内设置旋转轴承2-2，中心孔与本体支撑装置3连接，旋转支撑装置2在连接板的中心孔处可绕本体支撑装置3旋转。
连接板2-4两端均与导流板2-3固定连接，导流板2-3板面竖向设置，导流板2-3与连接板2-4垂直连接；导流板2-3由与连接板2-4的连接处向风机迎风面的背风法线方向延伸设置，两导流板2-3的延伸方向相同；即，导流板2-3第一端与连接板2-4端部固定连接，导流板2-3第二端由第一端向与连接板2-4垂直的方向延伸设定距离，两导流板2-3关于旋转支撑装置\中心线对称。
其中，各风机旋转轴线所在的竖向平面为风机迎风面。
导流板2-3在外观形式上呈水滴状，导流板第一端2-5的纵截面尺寸较小，导流板第二端2-6的纵截面尺寸较大，由导流板第一端2-5至导流板第二端2-6，其纵截面尺寸逐步增大，由此，导流板2-3的作用中心(即侧向风作用在导流板的中心点)靠近导流板第二端2-6，其距离连接板2-4有一定距离，也距风机迎风面具有一定距离，由此，侧向风作用在导流板2-3的 等效作用中心点距离本体立柱3-1轴线一定距离，以便来风方向不垂直于风机迎风面时，风作用在导流板2-3上的推力产生的力矩足以驱动旋转支撑装置2带着风机1绕连本体立柱3-1轴线旋转，实现自主对风转向调整，该驱动力矩足以克服风机1水下结构旋转时的水阻力矩。
导流板2-3的两端边缘均呈弧状，形成流线型结构，可尽量较小风阻。
风机1纵荡、横荡、俯仰、侧倾运动的驱动载荷皆通过旋转轴承2-2传递给本体支撑装置3，可以在旋转支撑装置2和本体支撑装置3的连接处设置多组旋转轴承2-2，相邻组旋转轴承2-2沿本体立柱3-1轴线方向间隔设置，通过延长多组轴承座在本体立柱3-1轴线上的距离，提高多组旋转轴承2-2传递力矩的能力。
风机1包括风机动子1-1、风机定子、风机立柱1-2、连接立柱1-4，风机动子1-1位于整个装置最顶部，风机定子底部与风机立柱1-2固定连接，风机立柱1-2底部与连接立柱1-4固定连接。
本实施例中的风机立柱1-2即为现有技术中的风机塔架；
两风机1对称设置于旋转支撑装置2两侧，通过调整叶片安装角，使左右垂直轴风机转动方向相反，实现对转转动，提高风能捕获效率，降低垂直轴风机1对基体艏摇弯矩影响。
连接立柱1-4的直径小于风机立柱1-2，在置于海中工作时，连接立柱1-4中段为海面线，波峰、波谷一直作用在截面直径较小的连接立柱1-4上，降低水动力。
风机1底部与浮筒1-5连接，每个风机1可以配置独立的重力平衡浮筒1-5，即每一风机的连接立柱1-4底部与独立的浮筒1-5连接，风机1的重量被浮筒1-5平衡。工作时，浮筒1-5部分或全部没入水下，全部没入时可以降低表面波浪对浮力、水动力载荷的影响。
在另一种可选的实施方案中，两个风机1配置共用的重力平衡浮筒1-5，重力平衡浮筒1-5旨在降低风机重力传递到本体支撑装置3的分量，即减轻旋转支撑装置2与本体支撑装置3旋转轴承的竖直向载荷。浮筒1-5设置为环状，两风机1与同一浮筒1-5连接，浮筒1-5套于本体支撑装置3的本体立柱3-1外侧；在具体设置时，将风机1底部的连接立柱通过连杆与浮筒1-5连接，连杆可根据需要设置成L型或斜线形或曲线形式等等，其意图旨在减小水下旋转结构的旋转阻力矩。
风机1底部浮筒1-5的设置，当风机1和旋转支撑装置2滑动连接时，浮筒1-5足以平衡上部的风机的重力。
风机1与旋转支撑装置2滑动连接时，风机立柱1-2穿过连接板2-4的连接孔2-1。
本体支撑装置可设为固定式或漂浮式，在本体支撑装置设为固定式时，风机1与旋转支撑装置2可以是固定连接，具体将风机立柱1-2与连接板2-4固定，浮筒1-5的浮力波动会通 过风机立柱1-2与旋转支撑装置2的固定端传递给旋转支撑装置2，进而通过旋转轴承2-2传递给固定式风机基础；另外，风机1与旋转支撑装置2可以是滑动连接，具体借助滑移键-滑移键槽或者多边形导向柱-支撑滚子实现风机立柱1-2相对连接板2-4上下自由移动，浮筒1-5的浮力波动与风机1重力平衡，不会通过旋转轴承传递给本体支撑装置3，可以减少风机1沉浮运动对本体支撑装置3的作用。
在将本体支撑装置设为漂浮式时，风机1与旋转支撑装置2可以是固定连接，具体将风机立柱1-2与连接板2-4固定，浮筒1-5的浮力波动会通过风机立柱1-2与旋转支撑装置2的固定端传递给旋转支撑装置2，进而通过旋转轴承2-2传递给浮动本体支撑装置和系泊系统；另外，风机1与旋转支撑装置2可以是滑动连接，具体借助滑移键-滑移键槽或者多边形导向柱-支撑滚子实现风机立柱1-2相对连接板2-4上下自由移动，浮筒1-5的浮力波动与风机1重力平衡，不会通过旋转轴承2-2传递给本体支撑装置3，可以减少风机1沉浮运动对本体支撑装置3的作用。具体设置时，可以采用滑移键滑动式、承重滚子滚动式、齿轮齿条结构、磁悬浮等等。
在采用滑移键滑动式时，风机立柱1-2侧部设置多个滑移键1-3，滑移键1-3沿风机立柱1-2轴向设置，相对应的，旋转支撑装置连接板2-4的连接孔2-1内设置滑移键导向孔2-7，滑移键1-3与滑移键导向孔2-7配合，限制风机立柱1-2相对旋转支撑装置的径向移动和绕风机立柱1-2轴线的转动，但风机1可以相对旋转支撑装置上下移动，风机1可以绕本体立柱1-2轴线转动。
在采用承重滚子滚动式时，风机立柱1-2侧部设置导向柱1-6，相对应的，旋转支撑装置2的连接板2-4的连接孔2-1内设置承重滚子1-7，承重滚子1-7与导向柱1-6的侧面配合，使导向柱1-6可沿承重滚子上下移动；导向柱1-6为多边形结构，导向柱1-6每一侧面均与承重滚子1-7配合，承重滚子1-7的布设与导向柱1-6的截面形状相匹配：导向柱1-6的截面为四边形时，承重滚子1-7沿四边形进行布设，使导向柱1-6四个面都可以与承重滚子1-7相配合；导向柱1-6的截面为三角形时，承重滚子1-7沿三角形进行布设，使导向柱1-6三个面都可以与承重滚子1-7相配合。
承重滚子1-7端部伸入连接板2-4的内部结构中，承重滚子1-7两端可与弹性支座连接，弹性支座中带有弹簧，弹性支座为高刚度材质制成，弹性支座可与承重滚子的固定销轴连接，实现多组承重滚子共同支撑多边形导向柱；多组弹性支座的弹力能提供力矩使得风机轴导向柱平行于本体立柱旋转轴线。
在旋转支撑装置2转动时，连接板的推力通过承重滚子、滑移键等传递给风机立柱，带动风机绕本体支撑装置旋转，以便左右垂直轴风机同时面向迎风面。
本体支撑装置3包括本体立柱3-1、本体浮筒3-2，本体立柱3-1底部与本体浮筒3-2连接。
本体支撑装置3可以是固定式或者浮动式。固定式不限于固定桩或者导管架，固定式的优势是多转子垂直轴风机整体的俯仰角小，滑动连接装置和旋转轴承2-2承担的倾覆力矩小。劣势是无法缓冲浪流的瞬时横向水动力载荷；浮动式设置系泊装置(系泊装置包括系泊缆索3-3和系泊支撑架3-4)，系泊装置的系泊缆索3-3可以采用重力锚链，将本体浮筒3-2底部与系泊装置连接形成浮动式，漂浮式基体带着多转子垂直轴风机整体随波浮动，缓和浪流瞬时横向水动力载荷。
为减少表面波浪水动力载荷影响，本体立柱3-1与本体浮筒3-2的连接处可以设置圆锥体过渡结构。
在设置为固定式时，将本体立柱3-1底部固定于海底；在设置为浮动式时，将本体立柱3-1中部与本体浮筒3-2连接，本体立柱3-1底部与系泊支撑架3-4连接，系泊支撑架3-4与系泊缆索3-3连接，本体立柱3-1可以穿过本体浮筒3-2。
系泊支撑架3-4与本体立柱3-1垂直连接，系泊支撑架3-4包括多个延伸板，多个延伸板均由本体立柱3-1外表面向外侧沿径向延伸设置，延伸板具有一定长度，系泊支撑架端部设置导缆孔与系泊缆索3-3连接，系泊支撑架3-4处可以设置配重，由此，系泊支撑架3-4可以降低装置重心；增加导缆孔距离本体立柱轴线的距离，一旦本体支撑装置出现俯仰时，一侧缆索更多长度贴于海底，另一侧缆索更多长度悬于水中，使得两侧系泊缆索重力或张力不同，而借助缆索重力或张力差值可提供一定的回正力矩，便于本体支撑装置的快速回正。
系泊装置主要保持本体支撑装置3在给定的范围内移动，不受限于系泊缆索数量和排布方式。在本实施例中，系泊支撑架3-4可以设置三个或四个支撑板，形成三叉形或四叉形，每叉端点连接2根缆索。
鉴于借助本体支撑装置3提供抵抗俯仰的回正力矩，旋转支撑装置的旋转轴承2-2的结构应该具备传递俯仰恢复力矩的能力。旋转轴承2-2主要承担俯仰回正力矩和旋转支撑装置的重力。可选的方式是在连接板2-4中心孔内上下设置两套轴承，两套轴承在竖直方向保持一定距离，以便增长恢复力矩臂；具体使用时不限于该种方式。
该多转子垂直轴风机的工作原理为：
在两风机正对风向时(也即风向与两风机的连线相对垂直，两风机并排面向来风)，两风机对转，相互促进转动，实现对风能高效捕获；
而在风向与两风机连线具有一定角度时，此时，两风机无法最大化的捕获风能，风力作用在旋转支撑装置2的导流板上，给导流板提供一定的作用力，由于导流板的作用中心距离风 机轴向有一定距离，风的作用力产生的力矩使得风机绕旋转支撑装置2连接板中心旋转，进而至两风机并排面向来风，实现自主对风转向调整功能。
实施例2：
本实施例中，将旋转支撑装置2进行相应改动，旋转支撑装置包括旋转平台2-11，旋转平台设置两个间隔的连接孔2-8，风机1连接于该连接孔2-8处，两风机1旋转轴线所在的竖向平面为风机迎风面。
为了平衡旋转支撑装置2的重力，可在旋转平台2-11固定设置配重块2-10，配重块2-10距离连接孔有一定间隔。
本体支撑装置3与旋转平台2-11连接，二者的连接处设置旋转轴承2-9，保证旋转支撑装置可转动；本体支撑装置3与旋转平台2-11的连接位置(也即旋转支撑装置的主旋转轴)距离风机迎风面具有一定拖距d，当风向不垂直于风机迎风面时，作用在风机1上的风阻力与拖距能够产生使风机1和旋转支撑装置2绕本体立柱3-1轴线旋转的力矩，即回正力矩，足以克服风机1在水中转动时的阻力矩，带动两台垂直轴风机1绕本体支撑装置3旋转，实现自动对风转向调整功能。
在本实施例中，旋转平台2-11为三角平台，在其中两边角处连接风机1，在三角平台的第三个边角处固定设置配重块2-10。本体支撑装置3可连接于三角平台的第三个边角处，在第三个边角处设置旋转孔，旋转孔内设置旋转轴承2-9，将旋转轴承与本体支撑装置3连接；本体支撑装置3也可连接于三角平台的中心处，在三角平台中心处设置旋转孔，旋转孔内设置旋转轴承，将旋转轴承与本体支撑装置3连接。
三角平台2-7可为平面板式，也可为三条杆连接组成三角形式，在本实施例中，采用三条杆首尾相接形成三角平台，三角平台端点处通过连杆与三角平台中部的环体连接，环体的中心孔即可作为旋转孔。
三角平台可以呈等腰三角形，三角平台也可以采用弧形或拓扑结构，但是要确保拖距长度，以便风向不垂直迎风面时，拖距与风阻力形成力矩可以带动旋转支撑装置旋转。
在可选的实施方案中，旋转平台2-11与引流装置4连接，引流装置4可对来风进行分流，经引流装置4分流后的风与同侧风机1的旋转半径相切，加速风机1旋转，提升对风能利用率。
引流装置4距离风机1迎风面一定距离，设置该距离时应结合引流装置4尺寸和分流效果，尽量使分流后的风向与同侧风机1的旋转半径相切，推动风机1加速旋转。
引流装置4包括引流块4-1，引流块4-1底部通过连杆4-2固定于旋转平台2-11，或者设 置连杆底部穿过旋转平台2-11，并可在底部设置小浮筒，以平衡其相应重力。
引流块4-1为流线型设置，其两侧具有弧面，在两风机1中间的风流经引流块时，将风引流至两侧风机处，更大化的利用风进行发电。
可以理解的，设置引流装置4后，作用在风机1上的风阻力与拖距能够产生使风机1和旋转支撑装置2绕本体立柱3-1旋转的驱动力矩，足以克服风机1在水中转动时的阻力矩及引流装置产生的阻力矩。
其他与实施例1相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

  1. 一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，其特征是，包括风机，风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑装置与本体支撑装置连接，且旋转支撑装置可绕本体支撑装置转动；所述本体支撑装置包括本体立柱，所述旋转支撑装置包括与风机连接的连接板，连接板两端均与导流板固定连接，导流板由与连接板的连接处向风机迎风面的背风法线方向延伸设置；
    所述导流板板面竖向设置，两导流板相对于本体立柱轴线对称设置，两导流板的延伸方向相同，侧向风作用在导流板的等效作用中心点距离本体立柱轴线设定距离；
    所述导流板第一端与连接板端部固定连接，导流板第二端由第一端向风机迎风面的背风法线方向延伸设定距离；所述导流板由第一端至第二端，其纵截面尺寸逐步增大；
    每一所述风机底部均与一独立的浮筒连接；或，多台风机与同一浮筒连接，浮筒套于本体支撑装置的本体立柱外侧，上下沉浮移动。
  2. 一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，其特征是，包括风机，风机与旋转支撑装置连接，旋转支撑装置与本体支撑装置连接，且旋转支撑装置可绕与本体支撑装置的连接处转动；所述本体支撑装置包括本体立柱，所述旋转支撑装置包括与风机、本体立柱连接的旋转平台，各风机旋转轴线所在的竖向平面为风机迎风面，本体立柱与旋转平台的连接位置距离风机迎风面具有拖距d；
    所述旋转平台固定设置配重块，配重块距离风机迎风面具有设定间隔；
    所述旋转平台设置引流装置，引流装置对来风进行分流；所述引流装置距离风机迎风面设定距离；
    每一所述风机底部均与一独立的浮筒连接；或，多台风机与同一浮筒连接，浮筒套于本体支撑装置的本体立柱外侧，上下沉浮移动。
  3. 如权利要求1或2所述的置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，其特征是，所述旋转支撑装置与本体支撑装置连接处设置多组旋转轴承，相邻组旋转轴承沿本体立柱轴线方向间隔设置。
  4. 如权利要求1或2所述的置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，其特征是，所述风机设置至少两台，至少两台风机平行且间隔设置于旋转支撑装置；所述风机包括风机动子、风机定子，风机动子相对风机定子旋转，风机定子与风机立柱固定连接，风机立柱与旋转支撑装置固定连接或滑动连接。
  5. 如权利要求1或2所述的置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机，其特征是，所述本体支撑装置为固定式或浮动式，在为浮动式时，本体立柱中部与本体浮筒连接，本体立柱底部与系泊支撑架连接，系泊支撑架与系泊缆索连接；所述系泊支撑架包括多个延伸板，多个延伸板均由本体立柱外表面沿径向向外侧延伸设置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115263662B (zh) * 2022-07-15 2023-06-16 山东大学 一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001271737A (ja) * 2000-10-11 2001-10-05 Takemi Ezaki 非接触による無限軌道自走翼風力発電装置
CN102305189A (zh) * 2011-08-19 2012-01-04 天津大学 一种带有吊杆的能自动对风的多转子风力发电系统
DE202015102425U1 (de) * 2015-05-12 2015-06-01 Reinhard Krämer Drehbare Plattform-Vorrichtung für Offshore-Windkraftanlagen
CN107120234A (zh) * 2017-06-20 2017-09-01 大连理工大学 一种海上浮式双转子垂直轴风力发电平台
US20180149135A1 (en) * 2016-11-30 2018-05-31 City University Of Hong Kong Counter-rotating vertical axis wind turbine with deflector and vortex generators
WO2018173967A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 公立大学法人大阪府立大学 浮体式垂直軸型風車システム
CN111852782A (zh) * 2020-08-20 2020-10-30 马超选 一种垂直轴风力发电机组
CN113492952A (zh) * 2021-07-15 2021-10-12 招商局海洋装备研究院有限公司 一种非锚泊漂浮式大兆瓦风力发电平台
CN115263662A (zh) * 2022-07-15 2022-11-01 山东大学 一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101699062B (zh) * 2009-10-28 2012-02-22 河海大学 一种导叶式升力型垂直轴风轮
CN101761449B (zh) * 2010-01-14 2011-11-02 上海凡鸿环保科技发展有限公司 垂直轴风力发电系统及其风叶角度自动调节装置
CN102305182B (zh) * 2011-08-08 2012-12-12 河海大学常州校区 一种支撑杆带变桨距角叶片的垂直轴风力发电机
CN105114246A (zh) * 2015-07-13 2015-12-02 河海大学 一种立轴式风机风功率放大的方法及具有风功率放大的立轴式风机
CN110608136B (zh) * 2019-09-17 2024-01-26 大连理工大学 一种用于垂直轴浮式风机紧急制动的流体动力制动系统
CN111637016A (zh) * 2020-05-27 2020-09-08 深圳市合众清洁能源研究院 一种漂浮式海上风力发电机系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001271737A (ja) * 2000-10-11 2001-10-05 Takemi Ezaki 非接触による無限軌道自走翼風力発電装置
CN102305189A (zh) * 2011-08-19 2012-01-04 天津大学 一种带有吊杆的能自动对风的多转子风力发电系统
DE202015102425U1 (de) * 2015-05-12 2015-06-01 Reinhard Krämer Drehbare Plattform-Vorrichtung für Offshore-Windkraftanlagen
US20180149135A1 (en) * 2016-11-30 2018-05-31 City University Of Hong Kong Counter-rotating vertical axis wind turbine with deflector and vortex generators
WO2018173967A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 公立大学法人大阪府立大学 浮体式垂直軸型風車システム
CN107120234A (zh) * 2017-06-20 2017-09-01 大连理工大学 一种海上浮式双转子垂直轴风力发电平台
CN111852782A (zh) * 2020-08-20 2020-10-30 马超选 一种垂直轴风力发电机组
CN113492952A (zh) * 2021-07-15 2021-10-12 招商局海洋装备研究院有限公司 一种非锚泊漂浮式大兆瓦风力发电平台
CN115263662A (zh) * 2022-07-15 2022-11-01 山东大学 一种置有可旋支撑架的多转子垂直轴风机

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