本發(fā)明涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機。

背景技術(shù)：

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們愈加重視對風能的利用。根據(jù)風力發(fā)電機組的額定功率將其分類，一般分為：微型機(10kW以下)；小型機(10kW至100kW)；中型機(100kW至1000kW)及大型機(1000kW以上，MW級風機)。

風力發(fā)電機組(以下簡稱“風機”)主要由兩大部分組成：風輪機部分——將風能轉(zhuǎn)換為機械能；發(fā)電機部分——將機械能轉(zhuǎn)換為電能。風機的發(fā)電機部分可采用異步發(fā)電機或同步發(fā)電機。

常用的風機均為水平軸式風輪機，存在以下缺點:(1)體積大、重心高，安裝不便，需要拉纖固定，一旦遭遇強風極易倒傾；(2)啟動風速較高，對風場要求高，在微風地區(qū)很難啟動發(fā)電；(3)需加裝迎風裝置，以保證風輪機的葉輪始終處于最大受風面所在位置，這為簡易型風機設(shè)計增加了難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種安裝方便、易于啟動、設(shè)計簡單的風力發(fā)電機。

因此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機，包括機箱、發(fā)電機、兩根牽拉鋼桿、固定橫梁、主軸和三片槳葉，其中：

三片所述槳葉沿所述主軸周向均勻分布并與所述主軸固定連接，所述槳葉為一曲面且曲率半徑由下至上逐漸增大，所述槳葉的上方和下方分別安裝有一頂盤和一底盤，所述頂盤和所述底盤均套設(shè)在所述主軸上并與所述主軸固定連接；

所述固定橫梁的兩端分別通過一根牽拉鋼桿與所述機箱的頂蓋固定連接，所述主軸的上端可轉(zhuǎn)動地連接至所述固定橫梁、下端穿過所述機箱的頂蓋伸入所述機箱內(nèi)，所述發(fā)電機安裝在所述機箱內(nèi)并連接至所述主軸的下端；所述頂盤和所述底盤上均加工有多個通孔。

進一步，所述槳葉上安裝有多個沿豎直方向均勻布置的橫筋，所述橫筋的兩端分別延伸至所述主軸和所述槳葉的外邊緣，所述橫筋與水平面呈預設(shè)角度且所述橫筋在所述主軸的一端低于其在所述槳葉的外邊緣的一端，所述預設(shè)角度為27～33°。

進一步，所述主軸的上端與所述固定橫梁之間、所述主軸的下端與所述機箱的頂蓋之間分別安裝有一止推軸承。

本發(fā)明中的槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機，具有以下優(yōu)點：

(1)安全性——采用垂直葉片和三角形雙支點設(shè)計，并且主要受力點集中于輪轂，因此能夠較好解決葉片脫落、斷裂和葉片飛出等問題；

(2)噪音——水平軸式風輪機采用垂直面旋轉(zhuǎn)且葉片應(yīng)用飛機機翼原理設(shè)計，使其運行時噪音較大。而垂直軸式風輪機運行時噪音可降低到在自然環(huán)境下測量不到的程度；

(3)抗風能力——垂直軸式風輪機的水平旋轉(zhuǎn)和三角形雙支點設(shè)計原理，使其受風壓力小，在基礎(chǔ)固定穩(wěn)固的條件下可以抵抗速度30m/s以內(nèi)的強風；

(4)回轉(zhuǎn)半徑——由于其設(shè)計結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，比其他形式風輪機具有更小的回轉(zhuǎn)半徑，節(jié)省了空間，同時提高了效率；

(5)發(fā)電曲線特性——由于垂直軸式風機的運行特性，它的啟動風速低于其他形式的風機，發(fā)電功率的上升幅度較平緩，因此在5～8m/s的風速范圍內(nèi)，其發(fā)電量較其他類型的風機高10％～30％；

(6)利用風速范圍——垂直軸式風機采用了特殊的控制原理，使它的適合運行風速范圍擴大到2.5～25m/s，在最大限度利用風力資源的同時獲得了更大的發(fā)電總量，提高了風電設(shè)備使用的經(jīng)濟性；

(7)剎車裝置——垂直軸式風機可配置機械手動和電子自動剎車兩種，在無超強陣風的地區(qū)，僅需設(shè)置手動剎車即可；

(8)運行維護——無需加裝轉(zhuǎn)向機構(gòu)，只需定期(一般每半年)對鏈條傳動部件的連接處進行檢查。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機中槳葉部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中槳葉上凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機，包括機箱1、發(fā)電機2、兩根牽拉鋼桿3、固定橫梁4、主軸5和三片槳葉6，其中：

三片所述槳葉6沿所述主軸5周向均勻分布并與所述主軸5固定連接，所述槳葉6為一曲面且曲率半徑由下至上逐漸增大，所述槳葉6的上方和下方分別安裝有一頂盤7和一底盤8，所述頂盤7和所述底盤8均套設(shè)在所述主軸5上并與所述主軸5固定連接；

所述固定橫梁4的兩端分別通過一根牽拉鋼桿3與所述機箱1的頂蓋9固定連接，所述主軸5的上端可轉(zhuǎn)動地連接至所述固定橫梁4、下端穿過所述機箱1的頂蓋9伸入所述機箱1內(nèi)，所述發(fā)電機2安裝在所述機箱1內(nèi)并連接至所述主軸5的下端。

進一步，所述槳葉7上安裝有多個沿豎直方向均勻布置的橫筋10，所述橫筋10的兩端分別延伸至所述主軸5和所述槳葉7的外邊緣，所述橫筋10與水平面呈預設(shè)角度且所述橫筋10在所述主軸5的一端低 于其在所述槳葉7的外邊緣的一端，所述預設(shè)角度為27～33°。

進一步，所述主軸5的上端與所述固定橫梁4之間、所述主軸5的下端與所述機箱1的頂蓋9之間分別安裝有一止推軸承11。

進一步，所述頂盤7和所述底盤8上均加工有多個通孔。

具體而言：

(1)機箱1的頂蓋7可以采用鋼板保證支撐剛度，其圓心處打葉輪軸過孔并焊裝軸承座；箱體用鋼板圍制與頂蓋7焊接；箱體正面居中設(shè)置單開檢修門并加鎖；箱體底部焊裝基礎(chǔ)固定法蘭和加強筋板；箱體上端采用鋼板左右對稱縱向焊裝加強耳板及鋼管以安裝葉輪固定構(gòu)架。

(2)主軸5的下端及發(fā)電機2軸上安裝齒輪組，用鏈條鏈接作為傳動裝置。固定發(fā)電機2的構(gòu)件根據(jù)所選發(fā)電機規(guī)格采用鋼板制作。

(3)葉輪設(shè)計為三片槳葉6，位置互差120°，這樣設(shè)計的三片槳葉6對任意方向的來風，都存在至少一片槳葉6處于一個極佳的受風位置，特別是對于風機在微風情況下的啟動較為有利。每片槳葉6由上至下呈斜線收窄并沿軸向彎成半圓弧，槳葉6的凹面部分的風阻大于凸面部分的風阻，以此產(chǎn)生壓力差驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)。為了使風動效能更大，將槳葉6扭轉(zhuǎn)至頂端弦線與底端弦線之間呈15°夾角，運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生一定量的螺旋上升氣流以減小因葉輪自重產(chǎn)生的對底部軸承的摩擦力。

(4)由于葉輪在風中轉(zhuǎn)動，其間氣體流動產(chǎn)生負壓對頂盤7和底盤8形成復雜的作用力，在頂盤7和底盤8盤打孔，可以減小此作用 力對葉輪穩(wěn)定性的影響。

(5)槳葉6表面設(shè)計有自主軸5向槳葉6外邊緣出射且與葉輪軸成約60度(與水平地面成30度)的橫筋10。橫筋10的設(shè)置有利于提高槳葉6的強度和槳葉6表面的風阻，并將氣流引向槳葉6邊緣，加大氣流作用力矩，增大風能的利用效率；并同樣在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生一定量的螺旋上升力以減小因葉輪自重產(chǎn)生的對底部軸承的摩擦力。

(6)主軸5與機架最好采用止推軸承11(止推圓錐滾子軸承)連接。止推圓錐滾子軸承是圓錐形滾子的軸承，其作用使轉(zhuǎn)動軸有良好的同心度及承壓效果，有利于葉輪的轉(zhuǎn)動平衡。滾針和滾道線接觸修正的結(jié)果可避免產(chǎn)生有破壞性的邊緣應(yīng)力。

(7)用鋼構(gòu)框架通過止推軸承11固定主軸，防止葉輪上部受力左右搖擺和上下位移。

槳葉6采用的材料性能對風力發(fā)電裝置的性能和效率有很大的影響。推薦采用價格相對低廉的鋁合金鑄壓成型，也可采用強度高質(zhì)量輕的碳纖維增強塑料注塑成型。

碳纖維增強塑料雖然價格較高，但若采用此種材料，其強度高質(zhì)量輕的特性，使得風力機槳葉可根據(jù)其受力特點設(shè)計成不等壁厚，在保證強度與剛度下減小槳葉厚度，而且容易加工成型。計算表明，采用上述材料，只要取1.2mm的厚度槳葉就可以滿足設(shè)計要求的強度，同時由于質(zhì)量較輕，有利于微風條件下啟動。

本發(fā)明中的槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機制作簡便，在3～4級風速下都能運轉(zhuǎn)正常，可在建筑物屋頂或地表安裝，維護簡單 易行，比較適合作為小型戶用風電機組。與小容量并網(wǎng)逆變器結(jié)合，可滿足并網(wǎng)發(fā)電要求。

采用三片槳葉6的結(jié)構(gòu)，平衡美觀。槳葉6的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復雜度、成本、噪音、美學要求等等。槳葉太少的槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機通常需要較高的轉(zhuǎn)速以獲取足夠的風能，因此噪音較大。而槳葉太多，它們之間會相互作用而降低系統(tǒng)效率。

槳葉6形狀經(jīng)過優(yōu)化，主要體現(xiàn)在上寬下窄且扇葉下端向前扭曲的槳葉結(jié)構(gòu)以及槳葉表面設(shè)置橫筋10，可加大葉面風阻以解決因轉(zhuǎn)速低而造成的風機效率低的問題。

本發(fā)明中的垂直軸槳葉上設(shè)有橫筋的垂直軸風力發(fā)電機，具有以下優(yōu)點：

(1)安全性——采用垂直葉片和三角形雙支點設(shè)計，并且主要受力點集中于輪轂，因此能夠較好解決葉片脫落、斷裂和葉片飛出等問題；

(2)噪音——水平軸式風輪機采用垂直面旋轉(zhuǎn)且葉片應(yīng)用飛機機翼原理設(shè)計，使其運行時噪音較大。而垂直軸式風輪機運行時噪音可降低到在自然環(huán)境下測量不到的程度；

(3)抗風能力——垂直軸式風輪機的水平旋轉(zhuǎn)和三角形雙支點設(shè)計原理，使其受風壓力小，在基礎(chǔ)固定穩(wěn)固的條件下可以抵抗速度30m/s以內(nèi)的強風；

(4)回轉(zhuǎn)半徑——由于其設(shè)計結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，比其他形式風輪機具有更小的回轉(zhuǎn)半徑，節(jié)省了空間，同時提高了效率；

(5)發(fā)電曲線特性——由于垂直軸式風機的運行特性，它的啟動風速低于其他形式的風機，發(fā)電功率的上升幅度較平緩，因此在5～8m/s的風速范圍內(nèi)，其發(fā)電量較其他類型的風機高10％～30％；

(6)利用風速范圍——垂直軸式風機采用了特殊的控制原理，使它的適合運行風速范圍擴大到2.5～25m/s，在最大限度利用風力資源的同時獲得了更大的發(fā)電總量，提高了風電設(shè)備使用的經(jīng)濟性；

(7)剎車裝置——垂直軸式風機可配置機械手動和電子自動剎車兩種，在無超強陣風的地區(qū)，僅需設(shè)置手動剎車即可；

(8)運行維護——無需加裝轉(zhuǎn)向機構(gòu)，只需定期(一般每半年)對鏈條傳動部件的連接處進行檢查。

綜上所述，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限在上述的實施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在本發(fā)明的技術(shù)指導思想之內(nèi)提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。