[實用新型]垂直軸風力發電裝置

無效

• 申請號: 200820224511.1
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN201314277Y
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 歐振玉;劉慧
• 申請（專利權）人: 歐振玉
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 威海科星專利事務所
• 代理人: 于 濤

技術領域：

本發明專利涉及風力發電，特別是一種啟動風速低，發電效率高的垂直軸風力發電裝置。

背景技術：

眾所周知，風力機是一種將風能轉換成機械能、電能或熱能的能量轉換裝置，按風輪軸的位置不同可分為水平軸風力機和垂直軸風力機，能量驅動鏈(即風輪、主軸、增速箱、發電機)呈水平方向的稱之為水平軸風力機(Horizontal?Axis?Wind?Turbine，HAWT)。能量驅動鏈成垂直方向的稱之為垂直軸風力機(Verticaol?Axis?Wind?Turbine，VAWT)。

水平軸風力機是目前國內外研制最多，最常見的一種風力機，也是技術最成熟的一種風力機，其風輪葉輪數一般為2～3葉，葉輪形狀一般為翼形，該風輪啟動力矩較大，風能利用系數高，為使掃風面隨時對著風向，需裝有調向裝置。

垂直軸風力機很早就被應用于人類的生活領域中，但是由于人們普遍認為垂直軸風輪的啟動力矩小、風能利用率低，因而導致垂直軸風力機長期得不到重視。隨著科技的發展和人類認識水平的不斷提高，研究證明垂直軸風力發電機風能利用率并不低于水平軸風力發電機，目前許多國家的機構和個人正在研究各種垂直軸風力發電機。垂直軸風力機可分為兩個主要類型：一類是利用空氣動力的阻力做功，典型的結構是S型風力機；另一類是利用翼型的升力做功，最典型的是達里厄(Darrieus)型風力機，達里厄風力機有多種形式如：Φ型、H型、Y型和菱形，基本上是直葉輪和彎葉輪兩種，以H型、Φ型風輪為典型。

上述現有風力發電技術存在如下缺陷：

1.水平軸風力發電機結構復雜、安裝調試維護困難、制造成本高，抗損能力差，并且有一定的噪聲污染，表現為：(1)從葉輪受力分析來看，水平軸漿葉上受到正面風載荷力、離心力作用，隨機風載荷達幾十噸，而葉輪結構類似懸臂梁，葉輪根部受到的彎矩應力很大，大量事故都是葉輪根部折斷；(2)當風速變化時，為了調節轉速，安裝有液壓閉環調節控制系統來調節漿距，即在風載荷下轉動漿葉一個角度，該系統精度高、價格貴、維護難；(3)為實現轉速的合理匹配，設計有重達50～100噸的多級行星齒輪變速箱，其運輸和安裝起重的難度很大，成本很高；(4)水平軸機組機艙放置在高塔的頂部，是一個可旋轉360°的活動聯接系統。其重心高，結構不穩定，導致安裝和維護不便。

2.垂直軸風力電機擁有比水平軸風力電機噪音低、安全性高等特點。一般垂直軸風力機不要迎風調節系統，可以接受360°方位中任何方向來風，并始終向著設計的方向轉動；風機不需要閉環液壓調距系統、不需要葉輪迎風調節系統、不需要任何自動控制調速系統或特殊設計的變速恒頻發電機。在整個可發電風速范圍內向電網輸出同頻率，同電壓的電；不需要發電機的過載、過流保護系統及復雜昂貴的監控系統；發電機的齒輪箱放在底部，重心低，不僅穩定，而且維護方便；風機塔架可以用鋼索進行固定，因而制造成本大大減小，但垂直軸風力發電機普遍存在啟動性能差，運行效率低等缺點，這在全球風力發電設計領域來說都是一個比較難以跨越的課題。如S型風機(風阻型)由兩個軸線錯開的半圓柱形組成，其優點是啟動轉矩大，缺點是(1)風機轉速低，其尖速比小于1，故風能利用率低，轉化效率系數Cp在0.3左右；(2)由于圍繞著風輪產生不對稱氣流，從而對它產生側向推力。對于較大型的風力機，由于受偏轉與極限應力的限制，采用這種結構形式是比較困難的。而升力型風機如達里厄風力機在高轉速時(一般尖速比在4～5)其風能利用率高，可達0.45～0.55。但缺點是(1)啟動力矩小，不能自啟動(2)調速、限速困難。

發明內容：

本發明專利的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種啟動力矩大、發電效率高、使用壽命長的垂直軸風力發電裝置。

本發明專利可以通過如下措施達到：

一種垂直軸風力發電裝置，包括支架、發電機、葉輪，葉輪由葉片、輪輻、輪轂和主軸組成，葉片連接在輪輻上，輪輻連接于輪轂上，輪轂可繞主軸旋轉，其特征在于葉輪呈H型并垂直安裝，發電機和主軸相連接，主軸為垂直軸，主軸上裝有自動偏航剎車調速裝置。

本發明自動偏航剎車調速裝置安裝在主軸的頂部，隨風向及轉速調節控制垂直安裝的葉輪的迎風攻角；葉輪在風力驅動下旋轉而帶動發電機轉動從而達到發電的目的。