垂直軸風力發(fā)電機的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本申請涉及碗狀薄殼浮力式垂直軸風力發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]風能是清潔能源的重要來源之一。近些年來，隨著風力發(fā)電機的高速發(fā)展，風能引起了越來越多的關注，風力發(fā)電量也逐年上升。許多國家和地區(qū)計劃大力發(fā)展風力發(fā)電行業(yè)。目前風電行業(yè)所使用的風力發(fā)電機可根據其轉動軸的方向分為兩種類型，即水平軸風力發(fā)電機(HAWT)和垂直軸風力發(fā)電機(VAWT)。
[0003]水平軸風力發(fā)電機為目前最常用的風力發(fā)電機類型。傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機的風輪的旋轉軸與風向平行，因此不能直接從不同的方向獲取風能，也就是水平軸風力發(fā)電機不是全方向地利用風能。因此，水平軸風力發(fā)電機通常需要偏航操縱系統(tǒng)調整風輪方向來更多地捕獲風能。偏航操縱系統(tǒng)一般包括控制裝置和驅動機構。所述偏航操縱系統(tǒng)增加了水平軸風力發(fā)電機的總成本。此外，還需要額外的能量來運行偏航操縱系統(tǒng)。偏航操縱系統(tǒng)自重占整個風力發(fā)電機總重量的50% -60%，大大增加了承載和支承結構的疲勞風險。偏航操縱系統(tǒng)和承載系統(tǒng)通常由非常昂貴的金屬合金制成，這也造成水平軸風力發(fā)電機成本的大幅攀升。
[0004]相對于水平軸風力發(fā)電機，垂直軸風力發(fā)電機能夠在不同風向下運行，因此這種風力發(fā)電機不需要偏航操縱系統(tǒng)。然而，垂直軸風力發(fā)電機上部捕風葉片和連接部件的重量都由中央軸承承擔。在風力發(fā)電機長期運行過程中，較大的自重不僅會導致強度和疲勞問題，還會顯著增加連接軸承的摩擦力。該轉動摩擦力必將顯著降低垂直軸風力發(fā)電機的發(fā)電效率。

【發(fā)明內容】

[0005]根據本申請的一方面，提供了一種液體浮式垂直軸風力發(fā)電機，其包括:能夠繞其中心軸旋轉的碗狀浮式基座；通過至少一個支承部件與碗狀浮式基座連接的多個捕風葉片，多個捕風葉片由碗狀浮式基座支承；以及垂直軸支座，以同心于碗狀浮式基座的中心軸的方式連接至碗狀浮式基座。其中，多個捕風葉片在風力作用下驅動碗狀浮式基座以漂浮的方式在液體中轉動，從而驅動風力發(fā)電機的發(fā)電裝置將動能轉化為電能。
[0006]根據本申請的一個實施方式，碗狀浮式基座通過液體的浮力來支承支承部件和多個捕風葉片。
[0007]在一個實施方式中，垂直軸支座限制碗狀浮式基座在水平方向上的移動，而不限制碗狀浮式基座在垂直方向上的移動。碗狀浮式基座通過連接部件與垂直軸支座連接。連接部件為設置于碗狀浮式基座的中心定位管，中心定位管穿過碗狀浮式基座的中心連接至垂直軸支座。
[0008]在一個實施方式中，碗狀浮式基座旋轉時驅動風力發(fā)電機的垂直軸旋轉。支承部件的長度和槳葉角是可調節(jié)的。
[0009]在一個實施方式中，在碗狀浮式基座的外表面涂覆有多巴胺自聚合材料層和疏水材料層，以減小碗狀浮式基座在旋轉過程中與液體之間的阻力。
[0010]根據另一實施方式，碗狀浮式基座設置為包括封閉腔的封閉式基座，其中，在碗狀浮式基座的封閉腔中注入壓縮空氣，以增加碗狀浮式基座的浮力并減小與液體的摩擦力。
[0011]在一個實施方式中，發(fā)電裝置設置為周邊定位系統(tǒng)，周邊定位系統(tǒng)包括固定于碗狀浮式基座周邊的磁性元件或精密水平軸承體系。
[0012]在一個實施方式中，碗狀浮式基座、捕風葉片和支承部件的材料包括有機或無機纖維-聚合物、有機或無機纖維-鹵氧鎂水泥、有機或無機纖維-磷酸鎂水泥復合材料、高性能輕質混凝土和不銹鋼中的一種或多種，其中，有機或無機纖維-磷酸鎂水泥復合材料包括碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、鋼纖維和聚合物纖維中的一種或多種。
[0013]根據本申請的另一方面，提供了一種壓縮氣體浮式垂直軸風力發(fā)電機，其包括:能夠繞其中心軸旋轉的碗狀浮式基座；通過至少一個支承部件與碗狀浮式基座連接的多個捕風葉片，多個捕風葉片由碗狀浮式基座支承；以及承載氣墊支座，通過承載連接件與碗狀浮式基座連接，承載氣墊支座中設有多個孔，以供壓縮氣體由孔中均勻噴出從而使得碗狀浮式基座能夠在壓縮氣體的作用下懸浮。其中，多個捕風葉片在風力作用下驅動碗狀浮式基座以懸浮的方式在承載氣墊支座上方轉動，從而驅動風力發(fā)電機的發(fā)電裝置將動能轉化為電能。
[0014]在一個實施方式中，承載氣墊支座包括上部承載墊和下部承載墊，上部承載墊與下部承載墊之間設有空隙以容納壓縮氣體形成的氣泡層。承載連接件嵌入上部承載墊中或與上部承載墊形成為一體。
【附圖說明】
[0015]通過參考下面附圖對本申請的【具體實施方式】的描述，將更好地理解本申請要求保護的方案及其優(yōu)點。在附圖中:
[0016]圖1是根據本申請一個實施方式的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機的示意圖；
[0017]圖2是圖1所示的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機的俯視示意圖；
[0018]圖3是根據本申請另一實施方式的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機的示意圖；
[0019]圖4是根據本申請又一實施方式的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機的示意圖；
[0020]圖5是圖4所示的套筒的局部放大示意圖；
[0021]圖6是根據本申請一個實施方式的壓縮氣體浮式垂直軸風力發(fā)電機的示意圖；
[0022]圖7是根據本申請一個實施方式的壓縮氣體與液體共浮的浮式垂直軸風力發(fā)電機的不意圖；
[0023]圖8是根據本申請一個實施方式的垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了更好地理解本申請，將參考附圖對本申請的各個方面做出更詳細的說明。所述附圖和詳細說明只是對本申請優(yōu)選實施方案的描述，而非以任何方式限制本申請的范圍。
[0025]圖1示出了根據本申請一個實施方式的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000的示意圖，圖2是圖1所示的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000的俯視示意圖。下面將參照圖1和圖2對液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000進行詳細描述。
[0026]如圖1和圖2所示，液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000可包括垂直軸110、捕風葉片120、碗狀薄殼浮式基座130、垂直軸支座140和支承部件141、142。在圖1中出于清楚描述的目的示出了三個捕風葉片，但本申請捕風葉片的數量不限于三個。多個捕風葉片120平行于風力發(fā)電機1000的垂直軸110設置，并通過相應的支承部件141、142連接至垂直軸110。捕風葉片120可為多種形式和材料的捕風葉片，在一個實施方式中，多個捕風葉片同心且等距地連接至垂直軸110。此外，捕風葉片120可具有任何適合的形狀和材料，例如NACA翼型，以便該捕風葉片能夠在最小的風速啟動。捕風葉片120可由任何合適的輕量或超輕量材料制成，例如水泥基復合材料。
[0027]接著參照圖1，支承部件141、142包括支承桿141和中央轉動連接件142。捕風葉片120通過支承桿141與中央轉動連接件142連接。中央轉動連接件142可為軸承，因此，支承桿141能夠繞垂直軸110轉動。捕風葉片120通過支承桿141和中央轉動連接件142同心地與垂直軸110轉動連接。
[0028]在圖1示出的實施方式中，支承部件141將捕風葉片120與碗狀薄殼浮式基座130連接。
[0029]支承桿141的長度和槳葉角均是可調節(jié)的。碗狀薄殼浮式基座130能夠以漂浮的方式在液體中轉動。本申請中的液體可為水或其他任何合適的液體。碗狀薄殼浮式基座130可為開放的或密封的。根據圖1所示的實施方式，碗狀薄殼浮式基座130與支承桿141連接以通過支承部件141承載捕風葉片120的重量。
[0030]垂直軸110沿中心線貫穿碗狀薄殼浮式基座130被固定在垂直軸支座140上。垂直軸支座140以同心于碗狀浮式基座130的中心軸的方式連接至碗狀浮式基座130。在一個實施方式中，垂直軸支座140限制碗狀浮式基座130在水平方向上的移動，而不限制碗狀浮式基座130在垂直方向上的移動。碗狀浮式基座130通過連接部件與垂直軸支座140連接。連接部件為設置于碗狀浮式基座130的中心定位管，中心定位管穿過碗狀浮式基座的中心連接至垂直軸支座140。
[0031]為了減小碗狀薄殼浮式基座130與液體之間的阻力，在碗狀薄殼浮式基座130外表面涂覆有多巴胺自聚合材料層和疏水材料層。由于多巴胺可在大部分材料的表面聚合，首先在碗狀薄殼浮式基座130外表面形成第一涂覆層。然后，在第一涂覆層之外涂覆有機材料，例如疏水聚合物，從而降低碗狀薄殼浮式基座130外表面的張力。
[0032]在一個實施方式中，將碗狀薄殼浮式基座130浸入濃度為2mg/ml的多巴胺/水溶液，并使用三羥基氨基甲烷作為緩沖溶液。浸泡溶液的PH值調整為9。6小時之后，碗狀薄殼浮式基座130的外表面形成聚合多巴胺膜層，該層的厚度約為30nm。然后，可將具有疏水性、彈性和高耐磨性的超高分子量聚乙烯溶解于有機溶劑，將所述溶液噴涂在碗狀薄殼浮式基座130外表面第一涂覆層上，形成第二涂覆層，可有效地減小碗狀薄殼浮式基座130與液體之間的阻力。
[0033]圖3是根據本申請另一實施方式的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機的示意圖。圖3所示的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000’的大部分配置與圖1所示的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000相同，不同之處僅在于連接部件141’的設置方式。
[0034]如圖3所示，液體浮式垂直軸風力發(fā)電機1000’可包括垂直軸110、捕風葉片120、碗狀薄殼浮式基座130和支承部件141’、142。其中，支承部件141’、142包括支承桿141’和中央轉動連接件142。支承桿141’包含的兩個連接部件在水平方向上彼此平行。其中一個連接部件水平地連接捕風葉片120和垂直軸110，。另外一個連接部件水平地連接捕風葉片和中央轉動連接件142，同時與碗狀薄殼浮式基座130固定連接以承載捕風葉片120和連接部件141’、142的重量。
[0035]圖4示出根據本申請又一實施方式的液體浮式垂直軸風力發(fā)電機。如圖所示，垂直軸支座170與底部承托套筒1