专利名称：特大型垂直轴风力发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体地说是一种能够带动多台发电机运转的 特大型垂直轴风力发电装置。
技术背景 随着能源的日益紧张与匮乏，长期以来人们一直都在尝试开发利用新的可利用能 源。风能资源因无污染、资源丰富、潜力巨大而引起世界各国的关注并投入巨资进行开发。 目前，用于风力发电的装置主要分两种类型，一种是水平轴风力发电装置，另一种是垂直轴 风力发电装置。水平轴风力发电装置因能够充分利用高空的风能，风力转换效率都比较高 等优点而得到了广泛应用。但是，水平轴风力发电装置的叶片比较长，行程空间大，对材料 的强度要求很高，还有偏航、变速箱等附助设施，加上维修不够方便，这些因素制约了它向 更大发电量的方向发展。现有的垂直轴风力发电装置，可以有效利用低空风能，无偏航、无 尾翼动力系统，可以接受任何方向的来风。但是这种风力发电装置既要承受迎风、背风的 冲击力，又要承受风向变化及风力大小的冲击力，这些缺陷使垂直轴风力发电装置的风轮 机构容易受损，使用寿命短。目前，无论是水平轴风力发电装置，还是垂直轴风力发电装 置，由于受到机械等多种因素的影响，最大单机发电量不超过3000KW，大部分单机发电量在 500KW-1000KW范围内。因单机发电量小，制造成本就比较高，输送和上网都受到了限制，远 远不能适应风能资源开发利用的需要。
发明内容为了克服现有风力发电装置在结构上存在的不足，本实用新型的目的是提供一种 无偏航、无尾翼、无阻力的特大型垂直轴风力发电装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是这种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架以及稳固塔架的横 梁，在上下横梁中心通过上轴承架和下轴承架垂直设置动力旋转轴，旋转轴的底端通过大 盘齿轮连接发电机离合器，发电机通过电缆与变电室相连接，特征是围绕旋转轴设置1 10层多元一体的无阻力风轮机构，每层以旋转轴为轴心等角度、对称地设置1 5个由上横 杆、下横杆和框架立撑组成的弧形框架，在每个弧形框架内的左右两翼分别通过上轴、下轴 及叶片轴套安装1 5个活动风叶，在活动风叶与弧形框架接触处设有叶片挡块及叶片开 启控制机构，弧形框架的外端边之间由固定杆相连接；发电机离合器连接发电量控制调节 装置，控制大盘齿轮先后与不同功率的发电机连接并运转；所说活动风叶的横截面为“勺” 形结构，活动风叶距旋转轴外侧的面积大于内侧的面积；弧形框架内的活动风叶偏纵向中 心线安装，叶片轴线的一侧长度大于另一侧长度；旋转轴上设有制动限速装置。本实用新型的有益效果是—是发电量比较大。由于采用了连接在旋转轴上的多层、多极一体的无阻力风轮 机构，受风面积比较大。同时在发电机离合器上连接了发电量控制调节装置，控制大盘齿轮先后与多台不同功率的发电机连接并运转，使一台风力发电装置的发电总量可达3000KW 以上。二是阻力比较小。由于采用了“勺”形结构的活动叶片，活动风叶偏纵向中心线安 装，因此叶片的受风面风力利用率高，背风面风的阻力小。特别是在活动风叶与弧形框架接 触处设有叶片挡块和叶片开启控制机构，当活动叶片在接受风力转动180度后，叶片与弧 形框架固定部位形成一条线时，叶片开启控制机构使活动叶片自动打开泄风口，将回转时 的阻力降到最低限度；当弧形框架运转到可接受风力时，活动叶片又自动回位将泄风口封 闭，完成风力作用在叶片上的推力。依次循环，保证了风轮机构高效运转。 三是使用寿命长。风轮机构的框架采用碳钢材料，活动风叶采用高分子纺织材料， 风轮阻力小，自身重量轻，大大降低了风轮机构易损部件的损耗，保证运行安全稳定，维护 简单方便，使用寿命长。可以在河滩、海岸、山顶等区域安装使用。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A-A向剖视结构示意图；图3是本实用新型结弧形框架的构示意图；图4是图3的俯视结构示意图；图5是本实用新型的活动风叶结构示意图；图6是图5的B-B向横截面结构示意图。图中1.上轴承架，2.旋转轴，3.弧形框架，4.活动风叶，5.上轴，6.下轴，7.发电 机离合器，8.发电量控制调节装置，9.发电机，10.电缆，11.变电室，12.大盘齿轮，13.制 动限速装置，14.下轴承架，15.风轮机构，16.塔架，17.横梁，18.固定杆，19.叶片开启控 制机构，20.上横杆，21.框架立撑，22.下横杆，23.叶片挡块，24.叶片轴套。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1、2、3、4所示，这种特大型垂直轴风力发电装置，高度60m，直径20m，由4根 设置在地面上的钢筋混凝土材料塔架16以及稳固塔架16的横梁17构成，在上下横梁17 中心通过上轴承架1和下轴承架14垂直设置直径260cm、壁厚12mm的动力旋转轴2，旋转 轴2的底端通过直径15m的大盘齿轮12连接3台发电机离合器7，功率总量为3210KW，发 电机9通过电缆10与变电室11相连。旋转轴2下部的大盘齿轮12上端设有制动限速装 置13，保证在风力较大的情况下使风轮机构15平稳运转。主要特征是围绕旋转轴2设置5层一体的风轮机构15，每层以旋转轴2为轴心，按 照圆心角120°的角度、对称地设置3个由上横杆20、下横杆22和框架立撑21组成的弧形 框架3，在每个弧形框架3内的左右两翼分别通过上轴5、下轴6及叶片轴套24安装3个活 动风叶4，在活动风叶4与弧形框架3接触处设有叶片挡块23和叶片开启控制机构19，弧 形框架3的外端边之间由固定杆18相连接。发电量控制调节装置8由微机和控制软件以 及安装在大盘齿轮12上的转速传感器构成，当大盘齿轮12上转速能够满足第一台发电机 运转时，计算机发出指令，将第一台1510KW的发电机离合器与大盘齿轮12连接；当大盘齿轮12继续运转，其转速能够满足第二台发电机运转时，计算机发出指令，将第二台IOOOKW 的发电机离合器与大盘齿轮12连接；最后将第三台700KW的发电机离合器与大盘齿轮12 连接。 如图5、6所示，活动风叶4采用重量比较轻的尼龙或高分子纺织材料制成，同时采 用能够最大效率地利用风能，减少阻力的横截面为“勺”形结构。在每个弧形框架3内的一 侧均安装了 3个活动风叶，距旋转轴2外侧的活动风叶4长度为429cm中间的一个长度为 336cm，靠近旋转轴2内侧的活动风叶4长度为192cm，高均为745cm。弧形框架3内的每一 片活动风叶4，采取偏纵向中心线安装，叶片轴线的一侧长度a大于另一侧长度b。
权利要求一种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架(16)以及稳固塔架的横梁(17)，在上下横梁(17)中心通过上轴承架(1)和下轴承架(14)垂直设置动力旋转轴(2)，旋转轴(2)的底端通过大盘齿轮(12)连接发电机离合器(7)，发电机(9)通过电缆(10)与变电室(11)相连，其特征在于围绕旋转轴(2)设置1～10层多元一体的无阻力风轮机构(15)，每层以旋转轴(2)为轴心等角度、对称地设置1～5个由上横杆(20)、下横杆(22)和框架立撑(21)组成的弧形框架(3)，在每个弧形框架(3)内的左右两翼分别通过上轴(5)、下轴(6)及叶片轴套(24)安装1～5个活动风叶(4)，在活动风叶(4)与弧形框架(3)接触处设有叶片挡块(23)及叶片开启控制机构(19)，弧形框架(3)的外端边之间由固定杆(18)相连接；发电机离合器(7)连接发电量控制调节装置(8)。
2.根据权利要求1所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于所说活动风叶(4) 横截面为“勺”形结构。
3.根据权利要求1所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于所说活动风叶(4) 距旋转轴(2)外侧的面积大于内侧的面积。
4.根据权利要求1所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于旋转轴(2)上设 有制动限速装置(13)。
5.根据权利要求1所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于所说大盘齿轮 (12)连接1 5台发电机离合器(7)。
6.根据权利要求1所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于弧形框架(3)内 的活动风叶(4)偏纵向中心线安装，叶片轴线的一侧长度大于另一侧长度。
专利摘要本实用新型公开了一种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架以及稳固塔架的横梁，在上下横梁中心通过轴承垂直设置动力旋转轴，旋转轴的底端通过大盘齿轮连接发电机离合器，要点是在旋转轴设置多层一体的风轮机构及弧形框架，在每个弧形框架内安装无阻力活动风叶，在活动风叶与弧形框架接触处设有叶片挡块及叶片开启控制机构，发电机离合器连接发电量控制调节装置。本实用新型发电量大，发电总量可达3000kW以上，阻力小，而且自身重量比较轻，运行安全稳定，维护简单方便，使用寿命长，可以在河滩、海岸、山顶等区域安装使用。
文档编号F03D3/00GK201610825SQ20102010910
公开日2010年10月20日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者王京福 申请人:济南高新开发区中泰环保技术开发中心