一种双向海风发电系统的制作方法

本技术涉及风力发电，具体涉及一种双向海风发电系统。

背景技术：

1、目前，常用的风力发电机包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机，其叶轮旋转轴与风向平行设置。垂直轴风力发电机，其叶轮旋转轴垂直于风向。

2、水平轴风机风能利用率较高，技术工艺成熟，是当前海上风场的主流风机类型，但水平轴风机对风向非常敏感，只有在风向和风速符合条件的情况下才能发挥最大的功率。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机结构紧凑简单，占地面积小，易于安装在限制较多的场所，可微风启动(1m/s即可驱动发电)，对风场环境要求不高，但风能利用率低。

3、但是现有技术中缺少一种可以同时利用水平轴风力和纵向轴风力的发电装置。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种双向海风发电系统，解决了现有发电装置不能同时利用水平轴风力和纵向轴风力进行发电的问题。

2、为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、提供一种双向海风发电系统，包括固定在海平面上的塔筒，塔筒的顶部设置有水平轴风力发电机，塔筒的中部旋转设置有垂直轴风机扇叶组，垂直轴风机扇叶组与发电设备传动连接，发电设备固定在塔筒上并与水平轴风力发电机电连接。

4、本方案中，水平轴风力发电机利用水平轴风力进行发电，垂直轴风机扇叶组与发电设备之间的配合利用纵向轴风力发电，充分利用了海风的风力资源，提高了海上风场风能的利用率和风电机的经济效益，可加快海上风电平价化。

5、进一步地，塔筒包括依次通过法兰固定连接的上段塔筒、中段塔筒和下段塔筒，上段塔筒的顶部与水平轴风力发电机的机舱固定连接，下段塔筒的底部固定在位于海水中的桩基上。

6、进一步地，上段塔筒和下段塔筒的外径由下到上逐渐减小，中段塔筒的外径处处相等。塔筒中逐渐减小的锥形设计符合结构力学原理，能够更好地分散自重和承受来自顶部水平轴风力发电机载荷的压力。下段塔筒的底部直径较大，可以提供更大的基础支撑面积，增强下段塔筒在桩基上的稳定性。

7、进一步地，垂直轴风机扇叶组包括旋转设置在中段塔筒的支撑管，支撑管的外壁上沿其周向固定有3个垂直轴风机扇叶片，支撑管外壁的底部上固定有第一齿轮，第一齿轮与发电设备上的第二齿轮啮合连接。3个垂直轴风机扇叶片在不同高度风速条件下都能保持良好的力学性能，减少疲劳损伤的可能性。且相比于更多数量的叶片，3个垂直轴风机扇叶片减少了由于叶片间相互影响造成的阻力损失，同时也降低了系统整体的复杂性和维护成本。

8、进一步地，中段塔筒外壁上固定有两个法兰，支撑管位于两个法兰之间，支撑管内壁的上部和下部分别设置有第一限位板和第二限位板，第一限位板和第二限位板分别和两个法兰以及支撑管内壁之间的空隙形成容纳空间，容纳空间内填充有多颗滚珠，每颗滚珠的直径均大于第一限位板和第二限位板与中段塔筒外壁之间的间距。第一限位板、第二限位板、两个法兰和多颗滚珠起到了轴承的作用，便于支撑管旋转设置在中段塔筒上。

9、进一步地，第二限位板的厚度大于第一限位板的厚度。第二限位板除了约束滚珠的运动方向，还起到支座的作用，还需要承担垂直轴风机扇叶片和支撑管的自重，故需加厚设置以提高第二限位板的强度。

10、进一步地，下段塔筒上固定有支撑平台，支撑平台的投影呈半圆状，支撑平台上外沿固定护栏，发电设备固定在支撑平台上并紧贴下段塔筒的外壁。

11、进一步地，发电设备包括发电机，发电机的输入端与竖直设置的传动杆连接，传动杆的顶端上固定有第二齿轮，第二齿轮的齿数小于第一齿轮的齿数。传动杆实现了力矩和运动的长距离传递，使发电设备能够固定在强度更高的下段塔筒上。第二齿轮的齿数小于第一齿轮的齿数能放大传动杆的转速。

12、进一步地，水平轴风力发电机为双转子水平轴风力发电机，双转子水平轴风力发电机的每个转子上设置有三片水平轴风力扇叶。双转子水平轴风力发电机是一种特殊的风力发电系统，它在传统的单个转子基础上增加了第二个转子，这两个转子共用一个水平轴布置在同一塔架上。通过优化两个转子的位置和尺寸，可以更充分地利用风能资源，尤其是在风向不断变化或者存在涡流的情况下，两个转子可以从不同角度捕获风能，提高整个系统的总能量输出。

13、进一步地，支撑管和第一齿轮一体成型设置，且支撑管和第一齿轮的材质均为尼龙；尼龙材质的支撑管具有较高的抗拉伸、抗压缩强度，同时能够保持良好的弹性恢复能力，不易断裂，且相比于金属以及其他许多塑料，尼龙的密度较低，从而减轻了支撑管的重量；第二齿轮和每颗滚珠的材质均为聚四氟乙烯。由于垂直轴风机扇叶片带动的支撑管的转速不高，滚珠采用聚四氟乙烯材质能够减轻自重摩擦，第二齿轮采用聚四氟乙烯材质，能提高疲劳强度。

14、本实用新型公开了一种双向海风发电系统，其有益效果为：

15、本实用新型通过水平轴风力发电机、垂直轴风机扇叶组和发电设备能够同时利用水平轴风力和纵向轴风力进行发电，充分利用了海风的风力资源，提高了海上风场风能的利用率和风电机的经济效益，可加快海上风电平价化。

技术特征：

1.一种双向海风发电系统，其特征在于，包括固定在海平面上的塔筒(2)，所述塔筒(2)的顶部设置有水平轴风力发电机(1)，塔筒(2)的中部旋转设置有垂直轴风机扇叶组(3)，所述垂直轴风机扇叶组(3)与发电设备(4)传动连接，所述发电设备(4)固定在塔筒(2)上并与所述水平轴风力发电机(1)电连接；

2.根据权利要求1所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述上段塔筒(21)和所述下段塔筒(23)的外径由下到上逐渐减小，所述中段塔筒(22)的外径处处相等。

3.根据权利要求1所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述中段塔筒(22)外壁上固定有两个所述法兰(5)，所述支撑管(31)位于两个所述法兰(5)之间，支撑管(31)内壁的上部和下部分别设置有第一限位板(34)和第二限位板(35)，所述第一限位板(34)和所述第二限位板(35)分别和两个法兰(5)以及支撑管(31)内壁之间的空隙形成容纳空间，所述容纳空间内填充有多颗滚珠(36)，每颗所述滚珠(36)的直径均大于第一限位板(34)和第二限位板(35)与中段塔筒(22)外壁之间的间距。

4.根据权利要求3所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述第二限位板(35)的厚度大于所述第一限位板(34)的厚度。

5.根据权利要求3所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述下段塔筒(23)上固定有支撑平台(8)，所述支撑平台(8)的投影呈半圆状，支撑平台(8)上外沿固定护栏(81)，所述发电设备(4)固定在支撑平台(8)上并紧贴下段塔筒(23)的外壁。

6.根据权利要求5所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述发电设备(4)包括发电机，所述发电机的输入端与竖直设置的传动杆(7)连接，所述传动杆(7)的顶端上固定有所述第二齿轮(6)，所述第二齿轮(6)的齿数小于所述第一齿轮(37)的齿数。

7.根据权利要求1所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述水平轴风力发电机(1)为双转子水平轴风力发电机，所述双转子水平轴风力发电机的每个转子上设置有三片水平轴风力扇叶。

8.根据权利要求5所述的双向海风发电系统，其特征在于，所述支撑管(31)和所述第一齿轮(37)一体成型设置，且支撑管(31)和第一齿轮(37)的材质均为尼龙；第二齿轮(6)和每颗滚珠(36)的材质均为聚四氟乙烯。

技术总结
本技术公开了一种双向海风发电系统，属于风力发电技术领域，解决了现有发电装置不能同时利用水平轴风力和纵向轴风力进行发电的问题；其包括固定在海平面上的塔筒，塔筒的顶部设置有水平轴风力发电机，塔筒的中部旋转设置有垂直轴风机扇叶组，垂直轴风机扇叶组与发电设备传动连接，发电设备固定在塔筒上并与水平轴风力发电机电连接。本技术通过水平轴风力发电机、垂直轴风机扇叶组和发电设备能够同时利用水平轴风力和纵向轴风力进行发电，充分利用了海风的风力资源，提高了海上风场风能的利用率和风电机的经济效益，可加快海上风电平价化。

技术研发人员：苏阳,高学成,孙雅娟,曹光伟
受保护的技术使用者：江苏斯维尔建筑设计院有限公司
技术研发日：20240408
技术公布日：2024/11/28