專利名稱：大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是一種大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中，現(xiàn)有的升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)性能差，系統(tǒng)容易振動(dòng)，而阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速比較低，這兩類風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)都有風(fēng)能利用系數(shù)不高和穩(wěn)定性差的問題。這些缺陷嚴(yán)重阻礙了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的普及和大型化。風(fēng)電領(lǐng)域近年來一直在嘗試使升力和阻力相結(jié)合的垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)模式，并取得了一些可喜成果，但是對(duì)風(fēng)機(jī)大型化時(shí)的安全性和穩(wěn)定性問題一直沒能取得較大突破，而對(duì)如何化害為利、利用風(fēng)輪負(fù)面受風(fēng)來發(fā)電則完全沒人提出解決方案。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)不高和穩(wěn)定性差的問題，本發(fā)明提供一種自啟動(dòng)性能強(qiáng)、風(fēng)能利用系數(shù)高以及發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定性高的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，包括塔基和主風(fēng)輪，所述主風(fēng)輪架體上設(shè)有水平風(fēng)葉和垂直風(fēng)葉,所述主風(fēng)輪軸心處垂直設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸,所述水平風(fēng)葉以旋轉(zhuǎn)軸為中心設(shè)置在主風(fēng)輪架體頂部，所述垂直風(fēng)葉以旋轉(zhuǎn)軸為中心設(shè)置在主風(fēng)輪架體邊上，所主風(fēng)輪架體內(nèi)部以旋轉(zhuǎn)軸為軸心設(shè)有垂直風(fēng)葉，所述主風(fēng)輪下設(shè)有轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤下設(shè)有主風(fēng)輪發(fā)電室，主風(fēng)輪發(fā)電室下設(shè)有塔基，所述主風(fēng)輪發(fā)電室外壁上設(shè)有副風(fēng)輪，所述副風(fēng)輪由桁架和垂直風(fēng)葉構(gòu)成，所述桁架上、下一對(duì)以主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸為中心對(duì)稱設(shè)于主風(fēng)輪發(fā)電室外壁上，所述上、下桁架間設(shè)有垂直風(fēng)葉、小風(fēng)輪和小風(fēng)輪發(fā)電室，所述每對(duì)桁架間端部設(shè)有小風(fēng)輪，所述小風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于每對(duì)桁架間端部，所述小風(fēng)輪下設(shè)有小風(fēng)輪發(fā)電室，所述小風(fēng)輪以旋轉(zhuǎn)軸為中心在邊緣處對(duì)稱設(shè)有垂直風(fēng)葉，所述主風(fēng)輪架體邊緣處垂直風(fēng)葉安裝方向與副風(fēng)輪桁架間垂直風(fēng)葉安裝方向相同，所述小風(fēng)輪邊緣處垂直風(fēng)葉安裝方向與主風(fēng)輪垂直風(fēng)葉方向和桁架間垂直風(fēng)葉方向相反，從而使小風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)方向與主風(fēng)輪、副風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，所述垂直風(fēng)葉可根據(jù)風(fēng)輪逆時(shí)針和順時(shí)針轉(zhuǎn)的需要調(diào)整扭轉(zhuǎn)角度。
所述水平風(fēng)葉為渦輪狀，葉片數(shù)為3-18片，受風(fēng)方向揚(yáng)起角度為12-30°的范圍； 所述垂直風(fēng)葉一側(cè)中部隆起表面平滑，為升力型特征，所述垂直風(fēng)葉另一側(cè)均勻分布1-5 個(gè)曲面下凹，為阻力型特征，所述主風(fēng)輪上垂直風(fēng)葉，葉片數(shù)為3-18片。
所述副風(fēng)輪高度為主風(fēng)輪高度的O. 2-1倍，所述副風(fēng)輪直徑為主風(fēng)輪直徑的I.2-3倍，所述副風(fēng)輪直徑為主風(fēng)輪發(fā)電室外壁兩端對(duì)稱分布的桁架兩端距離。
所述小風(fēng)輪對(duì)稱設(shè)于副風(fēng)輪外側(cè)每對(duì)桁架的端部，所述小風(fēng)輪高度不超過每對(duì)桁架的間距，所述小風(fēng)輪直徑為副風(fēng)輪直徑的O. 1-0. 25倍。
所述主風(fēng)輪和小風(fēng)輪內(nèi)設(shè)有風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸貫穿整個(gè)風(fēng)輪軸心，所述小風(fēng)輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于每對(duì)桁架間；所述主風(fēng)輪上設(shè)有3-18根拉索以30-90°固定在副風(fēng)輪的桁架上。
所述主風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下端設(shè)有中心齒輪，所述小風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)小風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下設(shè)有齒輪箱，所述齒輪箱傳輸動(dòng)力至主風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)行星齒輪，所述中心大齒輪與行星齒輪嚙合，所述行星齒輪下設(shè)有發(fā)電機(jī)。
所述主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下中心齒輪嚙合的多臺(tái)發(fā)電機(jī)可通過離合器根據(jù)風(fēng)速隨機(jī)加載和切除。
所述主風(fēng)輪轉(zhuǎn)盤下設(shè)有滾動(dòng)軸承，所述塔基和主風(fēng)輪發(fā)電室外壁間設(shè)有副風(fēng)輪滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾輪，所述主風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)壁上設(shè)有加強(qiáng)筋。
本發(fā)明的有益效果是
I.本發(fā)明上層主風(fēng)輪直徑較小，下層副風(fēng)輪直徑較大，主風(fēng)輪和副風(fēng)輪的組合使風(fēng)輪在配重關(guān)系下異常穩(wěn)定，再加上主風(fēng)輪底部有塔基作為主要支撐，主風(fēng)輪上有拉索和副飛輪拉起固定，主風(fēng)輪和塔基間設(shè)有滾輪支撐其行走在滾動(dòng)導(dǎo)軌上，故本發(fā)明的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)可靠。
2.本發(fā)明設(shè)有升、阻力相結(jié)合的垂直風(fēng)葉和捕捉風(fēng)輪內(nèi)上升氣流的渦輪式水平風(fēng)葉，兩種風(fēng)葉的設(shè)計(jì)安裝可以有效解決垂直軸風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)差，并能夠大幅度提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。
3.本發(fā)明設(shè)置副風(fēng)輪上的小風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向與副風(fēng)輪和主風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，這使小風(fēng)輪不僅可以直接吸收主風(fēng)輪和副風(fēng)輪的負(fù)面受風(fēng)中的風(fēng)能，變害為利，而且它們還可以直接吸收形成于主風(fēng)輪和副風(fēng)輪受風(fēng)側(cè)背面的尾流擾動(dòng)區(qū)中的風(fēng)能。
4.本發(fā)明垂直風(fēng)葉設(shè)計(jì)為一側(cè)均勻分布1-5個(gè)的曲面下凹作為阻力面，另一側(cè)中部隆起表面平滑作為升力面，該設(shè)計(jì)不僅可完美解決升力型風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)性能差的問題，而且該曲面還具有升力受風(fēng)的性能。
5.本發(fā)明主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下中心齒輪嚙合傳動(dòng)的多臺(tái)發(fā)電機(jī)可通過離合器隨機(jī)加載和切除，因此主風(fēng)輪可工作于各種不同的風(fēng)速條件下。
6.本發(fā)明中的風(fēng)機(jī)的年等效滿發(fā)電小時(shí)數(shù)可達(dá)6000-8000小時(shí)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖I是本發(fā)明的主視圖。
圖2是本發(fā)明的俯視圖。
圖3是本發(fā)明的剖視圖。
圖4是本發(fā)明垂直風(fēng)葉主視圖。
圖5是本發(fā)明垂直風(fēng)葉俯視圖。圖6是本發(fā)明水平風(fēng)葉結(jié)構(gòu)示意圖I。圖7是本發(fā)明水平風(fēng)葉結(jié)構(gòu)示意圖2。圖8是本發(fā)明塔基剖視圖。圖9是本發(fā)明塔基俯視圖。
圖中，I.塔基，2.主風(fēng)輪，3.水平風(fēng)葉，4.垂直風(fēng)葉，5.轉(zhuǎn)盤，6.副風(fēng)輪，7.桁架， 8.小風(fēng)輪，9.滾動(dòng)軸承，10.滾動(dòng)導(dǎo)軌，11.加強(qiáng)筋。
具體實(shí)施方式
如圖I-圖5所示，大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，澆筑總高度為 6-10米的風(fēng)機(jī)水泥塔基1，塔基I依照風(fēng)機(jī)高度和功能分為兩種模式
(I)發(fā)電能力為I兆瓦時(shí)，總高度為40-60米，塔基I為一體式布置模式高度15 米，直徑22米，內(nèi)部為發(fā)電機(jī)機(jī)房。塔基頂部和機(jī)房頂部為滾動(dòng)軸承布置處。機(jī)房水泥外壁為副風(fēng)輪導(dǎo)軌布置處。
(2)發(fā)電能力為2兆瓦時(shí)，總高度為60-80米，塔基I直徑為上小下大兩段布置模式上段高度45米，直徑38-68米。中空為發(fā)電機(jī)機(jī)房，下段高度25-45米，直徑20-38米， 中空為電梯通過處。塔基I頂部為滾動(dòng)軸承9布置處。下段塔基I水泥外壁為副風(fēng)輪滾動(dòng)導(dǎo)軌10布置處。
主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸伸出轉(zhuǎn)盤5頂部的部分長(zhǎng)35-55米，其中20_40米段為副風(fēng)輪6桁架7安裝處，15-25米段為主風(fēng)輪拉索安裝處。
主風(fēng)輪2和副風(fēng)輪桁架7分段搭建，布置于塔基I上，并由固定于主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上，拉索統(tǒng)一向上拉起。
主風(fēng)輪2和副風(fēng)輪6上的垂直風(fēng)葉4根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)制支撐風(fēng)葉的龍骨，然后再將2-3 毫米的薄板沿龍骨輪廓固定。主風(fēng)輪2頂部的水平風(fēng)葉3采用2-3毫米的薄板通過預(yù)制的支架完成。
布置于副風(fēng)輪6上的小風(fēng)輪8可連同發(fā)電機(jī)整體預(yù)制完成，再經(jīng)吊裝到位。
主風(fēng)輪2機(jī)房?jī)?nèi)的多臺(tái)發(fā)電機(jī)可通過小齒輪和中心大齒輪嚙合達(dá)到增速效果，并根據(jù)風(fēng)速的不同加載不同功率和不同數(shù)量的發(fā)電機(jī)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，包括塔基(I)和主風(fēng)輪(2)，其特征是所述主風(fēng)輪(2)架體上設(shè)有水平風(fēng)葉(3)和垂直風(fēng)葉(4)，所述主風(fēng)輪軸心處垂直設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，所述水平風(fēng)葉(3)以旋轉(zhuǎn)軸為中心設(shè)置在主風(fēng)輪(2)架體頂部，所述垂直風(fēng)葉(4)以旋轉(zhuǎn)軸為中心設(shè)置在主風(fēng)輪(2)架體邊上，所主風(fēng)輪(2)架體內(nèi)部以旋轉(zhuǎn)軸為軸心設(shè)有垂直風(fēng)葉(4)，所述主風(fēng)輪(2)下設(shè)有轉(zhuǎn)盤(5)，所述轉(zhuǎn)盤(5)下設(shè)有主風(fēng)輪發(fā)電室，主風(fēng)輪發(fā)電室下設(shè)有塔基(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述主風(fēng)輪發(fā)電室外壁上設(shè)有副風(fēng)輪￠)，所述副風(fēng)輪￠)由桁架(7)和垂直風(fēng)葉(4)構(gòu)成，所述桁架(7)上、下一對(duì)以主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸為中心對(duì)稱設(shè)于主風(fēng)輪發(fā)電室外壁上，所述上、下桁架(7)間設(shè)有垂直風(fēng)葉(4)、小風(fēng)輪⑶和小風(fēng)輪發(fā)電室，所述每對(duì)桁架間端部設(shè)有小風(fēng)輪(8)，所述小風(fēng)輪(8)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于每對(duì)桁架間端部，所述小風(fēng)輪(8)下設(shè)有小風(fēng)輪發(fā)電室，所述小風(fēng)輪(8)以旋轉(zhuǎn)軸為中心在邊緣處對(duì)稱設(shè)有垂直風(fēng)葉(4)，所述主風(fēng)輪(2)架體邊緣處垂直風(fēng)葉(4)安裝方向與副風(fēng)輪(6)桁架間垂直風(fēng)葉(4)安裝方向相同，所述小風(fēng)輪(8)邊緣處垂直風(fēng)葉⑷安裝方向與主風(fēng)輪(2)垂直風(fēng)葉⑷方向和桁架(7)間垂直風(fēng)葉(4)方向相反，從而使小風(fēng)輪(8)的旋轉(zhuǎn)方向與主風(fēng)輪(2)、副風(fēng)輪(6)的旋轉(zhuǎn)方向相反，所述垂直風(fēng)葉(4)可根據(jù)風(fēng)輪逆時(shí)針和順時(shí)針轉(zhuǎn)的需要調(diào)整扭轉(zhuǎn)角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述水平風(fēng)葉(3)為渦輪狀，葉片數(shù)為3-18片，受風(fēng)方向揚(yáng)起角度為12-30°的范圍；所述垂直風(fēng)葉(4) 一側(cè)中部隆起表面平滑，為升力型特征，所述垂直風(fēng)葉(4)另一側(cè)均勻分布1-5個(gè)曲面下凹，為阻力型特征，所述主風(fēng)輪(2)上垂直風(fēng)葉(4)，葉片數(shù)為3-18片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述副風(fēng)輪(6)高度為主風(fēng)輪(2)高度的O. 2-1倍，所述副風(fēng)輪(6)直徑為主風(fēng)輪(2)直徑的I. 2-3倍，所述副風(fēng)輪(6)直徑為主風(fēng)輪發(fā)電室外壁兩端對(duì)稱分布的桁架(7)兩端距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述小風(fēng)輪(8)對(duì)稱設(shè)于副風(fēng)輪(6)外側(cè)每對(duì)桁架(7)的端部，所述小風(fēng)輪高度不超過每對(duì)桁架(7)的間距，所述小風(fēng)輪(8)直徑為副風(fēng)輪(6)直徑的O. 1-0. 25倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述主風(fēng)輪(2)和小風(fēng)輪(8)內(nèi)設(shè)有風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸貫穿整個(gè)風(fēng)輪軸心，所述小風(fēng)輪(8)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于每對(duì)桁架(7)間；所述主風(fēng)輪(2)上設(shè)有3-18根拉索以30-90°固定在副風(fēng)輪(6)的桁架(7)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述主風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下端設(shè)有中心齒輪，所述小風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)小風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下設(shè)有齒輪箱，所述齒輪箱傳輸動(dòng)力至主風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)行星齒輪，所述中心大齒輪與行星齒輪嚙合，所述行星齒輪下設(shè)有發(fā)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述主風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸下中心齒輪嚙合的多臺(tái)發(fā)電機(jī)可通過離合器根據(jù)風(fēng)速隨機(jī)加載和切除。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，其特征是所述主風(fēng)輪轉(zhuǎn)盤(5)下設(shè)有滾動(dòng)軸承(9)，所述塔基(I)和主風(fēng)輪發(fā)電室外壁間設(shè)有副風(fēng)輪滾動(dòng)導(dǎo)軌(10)和滾輪，所述主風(fēng)輪發(fā)電室內(nèi)壁上設(shè)有加強(qiáng)筋(11)。
全文摘要
一種大功率垂直軸多風(fēng)輪群組合式風(fēng)力發(fā)電塔輪，所述主風(fēng)輪為上設(shè)有水平風(fēng)葉和垂直風(fēng)葉，所述主風(fēng)輪下設(shè)有轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤下設(shè)有主風(fēng)輪發(fā)電室，主風(fēng)輪發(fā)電室下設(shè)有塔基，所述主風(fēng)輪發(fā)電室外壁上設(shè)有副風(fēng)輪，所述副風(fēng)輪由桁架和垂直風(fēng)葉構(gòu)成，所述桁架對(duì)稱設(shè)于主風(fēng)輪發(fā)電室外壁上，所述桁架間設(shè)有垂直風(fēng)葉、小風(fēng)輪和小風(fēng)輪發(fā)電室。本發(fā)明設(shè)有升、阻力相結(jié)合的垂直風(fēng)葉和捕捉風(fēng)輪內(nèi)上升氣流的渦輪式水平風(fēng)葉，兩種風(fēng)葉的設(shè)計(jì)安裝可以有效解決垂直軸風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)差，并能夠大幅度提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。本發(fā)明的小風(fēng)輪不僅可以直接吸收主風(fēng)輪和副風(fēng)輪的負(fù)面受風(fēng)中的風(fēng)能，還可以吸收形成于主風(fēng)輪和副風(fēng)輪受風(fēng)側(cè)背面的尾流擾動(dòng)區(qū)中的風(fēng)能。
文檔編號(hào)F03D11/00GK102979666SQ20121037195
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者張青, 伍康旺, 蘇錚 申請(qǐng)人:張青