[發(fā)明專利]垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其風(fēng)機(jī)和風(fēng)力驅(qū)動部件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010156629.7
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101806279A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王汝藩
• 申請（專利權(quán)）人: 王汝藩
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D9/00;F03D7/06
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其涉及垂直軸式風(fēng)力 發(fā)電機(jī)上使用的風(fēng)機(jī)和風(fēng)力驅(qū)動部件。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是利用自然界中的風(fēng)能使之轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝 置，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)機(jī)有水平軸式(即橫軸式)和垂直軸式(即豎 軸式)。

目前，能并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)均是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。隨 著水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)功率的不斷提高(現(xiàn)已發(fā)展至兆瓦級 1000Kw)，其風(fēng)葉直徑和塔高也在逐漸增大，由此產(chǎn)生的是高昂的 投資建設(shè)費(fèi)用和非常困難的維護(hù)服務(wù)，使得攤銷在每度電上的成本 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于利用其他火力發(fā)電的成本，特別是兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)，經(jīng) 濟(jì)性非常差，商業(yè)應(yīng)用困難。

就其投資建設(shè)費(fèi)用而言，主塔的建設(shè)費(fèi)用占據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)非常 大的比重，由此可見，降低主塔高度對于降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的投資建 設(shè)費(fèi)用是非常有益的，然而，主塔高度是由漿葉直徑和離地安全距 離確定的，在提高單機(jī)功率的同時，主塔的高度則勢必因漿葉直徑 的增加而增大。

與水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)層、風(fēng) 能資源的合理利用，風(fēng)向、風(fēng)力改變的適應(yīng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)功率 的提高能力，投資建設(shè)成本及維護(hù)等優(yōu)點，使其在單機(jī)功率兆瓦級 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的商業(yè)化應(yīng)用方面具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。

對于垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，風(fēng)機(jī)和漿葉等風(fēng)力驅(qū)動部件是其 關(guān)鍵部件，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體性能的好壞有著決定性影響，目前， 圍繞風(fēng)機(jī)和漿葉開發(fā)的技術(shù)方案較多，然而都屬于單機(jī)功率較小的 類型，下面對一些典型的風(fēng)機(jī)或漿葉結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

中國專利申請200820081374.0公開了一種風(fēng)力發(fā)電風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī) 的漿葉至少四片，漿葉中空，俯視為大刀形，其橫截面為中空的等 腰三角形，漿葉的迎風(fēng)面為三角形的底，漿葉的出風(fēng)面為三角形的 頂。該風(fēng)機(jī)對空氣的阻力較小，漿葉重量較輕，然而基于漿葉回轉(zhuǎn) 半徑的限制，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)功率受到限制，難以實現(xiàn)單機(jī)功率 兆瓦級(1000KW以上)的發(fā)電機(jī)組。

中國發(fā)明專利申請200710038642.0公開了一種可自動調(diào)節(jié)迎 風(fēng)截面的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)葉結(jié)構(gòu)，其采用雙漿葉或三漿葉或多 漿葉布局，且為一層或多層風(fēng)葉疊加形式，層間由風(fēng)葉架隔開，其 中，每個漿葉縱向為長方形，橫向截面為弧線形，或為層流翼型， 形成正面為凸面、背面為凹面的凹凸結(jié)構(gòu)；每個漿葉支架中設(shè)有一 個或二至六個/片條組成的耗風(fēng)門，每扇耗風(fēng)門與漿葉支架之間由 弱彈簧片或彈性片連接，用以調(diào)節(jié)強(qiáng)風(fēng)時耗風(fēng)門或耗風(fēng)門中的耗風(fēng) 窗的開與關(guān)。

由于上述風(fēng)葉的特殊結(jié)構(gòu)，上述垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在微風(fēng)(1.5 級左右)和颶風(fēng)(11級以上)能夠連續(xù)工作，適用風(fēng)力范圍廣，風(fēng) 能利用率高，然而鑒于弧線形漿葉的本身的強(qiáng)度問題，難以實現(xiàn)單 機(jī)功率兆瓦級(1000KW以上)的發(fā)電機(jī)組。

中國專利申請200720006788.2披露了一種垂直軸型風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的漿葉結(jié)構(gòu)，漿葉由漿葉體及單向活門所組成，漿葉體是等分的 固置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸外周，其兩表面沿著主軸軸向設(shè)置，且設(shè)有 貫穿兩表面的透氣孔，各漿葉體相對施以轉(zhuǎn)矩的一面上設(shè)置有單向 活門，該單向活門罩覆漿葉體透氣孔，單向活門在承受風(fēng)力時相應(yīng) 地啟閉透氣孔。

由于上述漿葉的特殊結(jié)構(gòu)，雖然在微風(fēng)和颶風(fēng)時都能夠工作， 然而活動零部件例如單向活門非常多，給漿葉的維護(hù)工作造成挑戰(zhàn)， 同樣不適合于在大功率發(fā)電機(jī)組上使用。

中國專利申請20082004537.1披露了一種新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組，包括垂直設(shè)置的主軸以及對稱設(shè)置在主軸上的漿葉，該漿葉 的徑向截面形狀均為v形，相鄰兩漿葉的開口方向相同。

上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是針對景觀或路燈上來設(shè)計的，其發(fā)電功率 較小，不能滿足大功率發(fā)電機(jī)組的需要。

中國發(fā)明專利申請200710080114.1公開了一種垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī) 漿葉組，該漿葉組支承于驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的垂直軸上，漿葉組包含 一旋轉(zhuǎn)支架和復(fù)數(shù)個設(shè)于旋轉(zhuǎn)支架的垂直式漿葉，各漿葉可圍繞自 身旋轉(zhuǎn)軸受控制地轉(zhuǎn)動以維持迎風(fēng)面的最佳攻角或者受控制地改變 轉(zhuǎn)動直徑以減低強(qiáng)風(fēng)時被吹壞的可能性。

上述漿葉的獨(dú)特的運(yùn)動方式有助于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用 率，然而，機(jī)翼形狀的漿葉結(jié)構(gòu)對風(fēng)能利用率還是不理想，特別是 在制造兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的外形將變得非常巨大。