仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主體結(jié)構(gòu)包括立式風(fēng)輪、行星輪系增速器、聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸、鉗式制動(dòng)器、變速控制器、發(fā)電機(jī)、機(jī)架主體及回轉(zhuǎn)支撐體等。立式風(fēng)輪、回轉(zhuǎn)支撐體、行星齒輪增速器、鉗式制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)、控制箱順序連接，回轉(zhuǎn)支撐體固定于機(jī)架主體頂端。本發(fā)明采用了仿生可變?nèi)~片迎風(fēng)面積的風(fēng)力接收葉片，大幅提高了風(fēng)力發(fā)電效率并有效的降低初期投資和運(yùn)營(yíng)成本；可根據(jù)不同的地理位置、風(fēng)能密度進(jìn)行調(diào)整葉片迎風(fēng)面積以達(dá)到不同的發(fā)電效果；葉片可進(jìn)行調(diào)整拆卸，在臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的海邊地區(qū)具有較好的抗臺(tái)風(fēng)損毀的優(yōu)勢(shì)；設(shè)計(jì)有自動(dòng)保護(hù)裝置，一旦風(fēng)力超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速，可調(diào)整葉片迎風(fēng)面積，或完全脫放形成低風(fēng)阻以免損毀。
【專利說(shuō)明】仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利涉及清潔能源領(lǐng)域中一種風(fēng)力發(fā)電裝置，尤其是采用了仿生可變?nèi)~片迎風(fēng)面積的風(fēng)力接收葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于石油、煤炭等非可再生資源的日漸消耗和礦物燃料發(fā)電帶來(lái)的環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題，越來(lái)越多的國(guó)家在可再生資源研究和應(yīng)用方面投入了大量人力和資金。風(fēng)能是一種低價(jià)、清潔、環(huán)保、便捷、“取之不盡，用之不竭”的能源，是近期內(nèi)最具開發(fā)利用前景的可再生資源。
[0003]目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，和水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特征是旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向平行，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受力方向恒定，無(wú)需迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其可靠性高，疲勞壽命要長(zhǎng)于水平軸式發(fā)電機(jī)。而且垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以放在風(fēng)輪下部很遠(yuǎn)甚至地面上，便于安裝和維護(hù)。
[0004]其中，達(dá)里厄型(Darrieus)風(fēng)力機(jī)屬于垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要由轉(zhuǎn)子葉片、變速箱、發(fā)電機(jī)、拉索、頂部、底部轉(zhuǎn)子中心等組成。葉片上部連接有頂部轉(zhuǎn)子中心，下部連接有底部轉(zhuǎn)子中心，轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)變速箱變速后將動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電的功能。由于該風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子葉片水平半徑較大，轉(zhuǎn)軸較高，為解決因轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受較大風(fēng)力引起的強(qiáng)度問(wèn)題，從頂部采用拉索固定在地面，一定程度上造成了地方空間浪費(fèi)；而且對(duì)于主塔筒支撐軸承，需要承受巨大的徑向和軸向載荷，上下振動(dòng)同樣也會(huì)產(chǎn)生一系列交變載荷等；此外，一旦發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)故障，維修和檢修都比較麻煩，其時(shí)間長(zhǎng)，效率低。
[0005]目前該類型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)成熟，并有其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但最大的問(wèn)題是由于葉片的結(jié)構(gòu)限制，致使發(fā)電效率低，尤其對(duì)于大功率發(fā)電機(jī)機(jī)組材料、結(jié)構(gòu)成本等都有極大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本專利的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供了一種仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，不需要普通三葉片風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的變槳系統(tǒng)等輔助裝置，占地面積小及對(duì)風(fēng)能的轉(zhuǎn)化率高，還具有自保護(hù)功能，避免了主塔筒結(jié)構(gòu)中軸承過(guò)載受力的問(wèn)題。
[0007]本專利的主體為立式風(fēng)輪的葉片，仿生于鳥類的翅膀的“張一合一張一合……”動(dòng)作并配合旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的變化完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作。風(fēng)輪葉片采用三個(gè)或多個(gè)柔性可變迎風(fēng)面積葉片，當(dāng)其迎風(fēng)工作時(shí)，葉片受風(fēng)力作用帖附于支架及網(wǎng)狀支撐結(jié)構(gòu)的支撐體上，因此形成一個(gè)完整平面；當(dāng)其回轉(zhuǎn)迎向風(fēng)向時(shí)葉片張開并平行于風(fēng)向，降低為阻力最小的狀態(tài)。
[0008]仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)平面與風(fēng)力的方向平行，不需要普通風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)及零部件簡(jiǎn)化并降低了加工的精度。因此其成本低，具有一定的抗臺(tái)風(fēng)能力及自適應(yīng)性能。仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括立式風(fēng)輪、行星輪系增速器、聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸、鉗式制動(dòng)器、變速控制器、發(fā)電機(jī)、機(jī)架主體及回轉(zhuǎn)支撐體。立式風(fēng)輪上有三個(gè)或者多個(gè)風(fēng)力板，各個(gè)風(fēng)力板設(shè)置排列多片柔性葉片，每片葉片均通過(guò)葉片安裝軸與風(fēng)力板連接，迎風(fēng)時(shí)柔性葉片打開，貼到風(fēng)力板的金屬篩網(wǎng)上，從而形成乘風(fēng)力矩，驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。立式風(fēng)輪與回轉(zhuǎn)支撐體，回轉(zhuǎn)支撐體與機(jī)架主體均是通過(guò)螺栓聯(lián)接，立式風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)支撐體將動(dòng)力傳給行星輪系增速器，增速后將高速的動(dòng)力輸送到發(fā)電機(jī)，完成有風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)換為電能。
[0009]其中，風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于各個(gè)排列葉片的自由旋轉(zhuǎn)，使其達(dá)成在迎風(fēng)一側(cè)一同完全展開實(shí)現(xiàn)大面積阻風(fēng)式乘風(fēng)；在到達(dá)逆風(fēng)回轉(zhuǎn)一側(cè)葉片發(fā)生一定程度上的關(guān)閉，從而形成幾乎無(wú)阻力回轉(zhuǎn)的周期交替變化，達(dá)到風(fēng)輪適應(yīng)風(fēng)力強(qiáng)弱變化及形成出力能力的調(diào)控變化。
[0010]本專利的有益效果是，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)接收葉片面積可根據(jù)不同地域的地理位置、風(fēng)能密度進(jìn)行調(diào)整葉片的迎風(fēng)面積以達(dá)到不同的發(fā)電效果。該設(shè)計(jì)具有自動(dòng)保護(hù)裝置，一旦風(fēng)力超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速并具有一定的破壞力時(shí)，可變化葉片迎風(fēng)面積將進(jìn)行迎風(fēng)面積的調(diào)整，或完全脫放后形成保護(hù)。
[0011]本仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)電控系統(tǒng)可根據(jù)風(fēng)速條件進(jìn)行檢測(cè)并控制調(diào)整變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)50Hz電力入網(wǎng)條件，并盡力實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)力條件下的最佳發(fā)電效率。
[0012]本仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)不需要常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳裝置和控制系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了風(fēng)向調(diào)控機(jī)構(gòu)等輔助設(shè)備，可根據(jù)風(fēng)力條件和地理位置等不同條件，并根據(jù)需要調(diào)整功率范圍。
[0013]柔性葉片連接繩索可控制迎風(fēng)葉片的閉合裝置，改變?nèi)~片迎風(fēng)阻力，降低最小阻力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本專利外觀等軸測(cè)圖；
圖2為本專利上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造圖；
圖3為本專利下部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造圖；
圖4為可變?nèi)~片結(jié)構(gòu)圖。
[0015]附圖中標(biāo)號(hào)名稱:1-立式風(fēng)輪，2-拉索，3-柔性葉片，4-行星輪系增速器，5-張緊套，6-聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸，7-鉗式制動(dòng)器，8-聯(lián)軸器外殼，9-發(fā)電機(jī)固定支架，10-變速控制器，11-發(fā)電機(jī)，12-機(jī)房，13-機(jī)架主體，14-維修臺(tái)，15-回轉(zhuǎn)支撐體，16-網(wǎng)狀承載體，17-葉片安裝軸。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
圖1所示為本仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，主要包括立式風(fēng)輪(I)、行星輪系增速器(4)、聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸(6)、鉗式制動(dòng)器(7)、變速控制器(10)、發(fā)電機(jī)(11)、機(jī)架主體(13)、回轉(zhuǎn)支撐體(15)。[0017]圖2所示立式風(fēng)輪(I)與回轉(zhuǎn)支撐體(15)通過(guò)螺栓聯(lián)接，而且回轉(zhuǎn)支撐體(15)與機(jī)架主體(13)通過(guò)螺栓聯(lián)接，行星輪系增速器(4)通過(guò)螺栓固定在回轉(zhuǎn)支撐體(15)上，行星輪系增速器(4)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與鉗式制動(dòng)器(7)聯(lián)接，鉗式制動(dòng)器(7)通過(guò)螺栓固定在維修臺(tái)(14)上。
[0018]圖3中風(fēng)輪產(chǎn)生的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸(6)與發(fā)電機(jī)(11)輸入軸聯(lián)接，發(fā)電機(jī)(11)固定在發(fā)電機(jī)固定支架(9 )上，發(fā)電機(jī)固定支架(9 )與機(jī)架主體(13 )固定在地面上，變速控制器(10)置放于機(jī)房(12)內(nèi)，其中聯(lián)軸器外殼(8)也是通過(guò)螺栓固定在發(fā)電機(jī)固定支架(9)上。
[0019]圖4中,立式風(fēng)輪(I)上有三個(gè)或者多個(gè)風(fēng)力板,各個(gè)風(fēng)力板設(shè)置排列多片柔性葉片(3)，每片葉片均通過(guò)葉片安裝軸(17)與風(fēng)力板連接，迎風(fēng)時(shí)柔性葉片打開，貼到風(fēng)力板的網(wǎng)狀承載體(16)上，從而形成乘風(fēng)力矩，驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；逆風(fēng)時(shí)葉片發(fā)生一定程度上的關(guān)閉，從而形成幾乎無(wú)阻力回轉(zhuǎn)的周期交替變化，達(dá)到風(fēng)輪適應(yīng)風(fēng)力強(qiáng)弱變化及形成出力能力的調(diào)控變化。
[0020]本專利帶有維修臺(tái)(14)，不僅可以用來(lái)安裝裝置、日常維修等使用，還可以用來(lái)固定鉗式制動(dòng)器(7 );本發(fā)明將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的流程是風(fēng)力吹動(dòng)立式風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)(回轉(zhuǎn)支撐體-行星輪系增速器-聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸-制動(dòng)器-聯(lián)軸器)傳遞給發(fā)電機(jī)用于發(fā)電，并最終將電能輸送到電網(wǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主體結(jié)構(gòu)包括立式風(fēng)輪、行星輪系增速器、聯(lián)軸器及高速傳動(dòng)軸、鉗式制動(dòng)器、變速控制器、發(fā)電機(jī)、機(jī)架主體、回轉(zhuǎn)支撐體等，立式風(fēng)輪、回轉(zhuǎn)支撐體、行星齒輪增速器、鉗式制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)、控制箱順序連接，回轉(zhuǎn)支撐體固定于機(jī)架主體頂端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是:立式風(fēng)輪與回轉(zhuǎn)支撐體，回轉(zhuǎn)支撐體與機(jī)架主體均是通過(guò)螺栓聯(lián)接，立式風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)支撐體將動(dòng)力傳給行星輪系增速器，增速后將高速的動(dòng)力輸送到發(fā)電機(jī)，完成有風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)換為電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是:立式風(fēng)輪上有三個(gè)或多個(gè)風(fēng)力板，各個(gè)風(fēng)力板設(shè)置排列多片柔性葉片，每片葉片均通過(guò)葉片安裝軸與風(fēng)力板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式風(fēng)輪，其特征是:當(dāng)立式風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)處于受力狀態(tài)時(shí)，柔性葉片貼附于網(wǎng)狀承載體上并由葉片安裝軸固定，形成平板狀的迎風(fēng)扇面；當(dāng)回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)至逆向迎風(fēng)時(shí)，貼合的柔性葉片與網(wǎng)狀承載體分離，形成平行于風(fēng)向的葉片與透氣的網(wǎng)狀支撐載體，致使風(fēng)的阻力為最低狀態(tài)，即在迎風(fēng)時(shí)，風(fēng)力吹動(dòng)葉片繞著葉片安裝軸旋轉(zhuǎn)，柔性葉片展開貼到風(fēng)力板的金屬篩網(wǎng)上，從而形成迎風(fēng)面積較大風(fēng)力葉片并產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，單向推動(dòng)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)形成連續(xù)的動(dòng)力源推動(dòng)葉片發(fā)電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)狀承載體，其特征是:網(wǎng)狀承載體固定在風(fēng)力板迎風(fēng)面的后方，其方向與風(fēng)力板平行，用于迎風(fēng)時(shí)托住柔性葉片受力，保證風(fēng)輪順利旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征是:設(shè)立有一圓形的維修臺(tái)，固定在機(jī)架主體上，用于安裝、維護(hù)、維修時(shí)使用，此外該維修臺(tái)還與鉗式制動(dòng)器通過(guò)螺栓聯(lián)接，用于固定鉗式制動(dòng)器。
【文檔編號(hào)】F03D11/02GK103629053SQ201310691397
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】李寶林, 唐斯曉, 楊海峰, 葉華雷, 齊帥, 程巖, 袁澤泉, 卓少凡, 陰雷, 丁偉, 王英 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)