[發明專利]一種垂直軸風力發電裝置

在審

• 申請號: 201010257802.2
• 申請日: 2010-08-20
• 公開（公告）號: CN101915218A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 張杰;吳占松
• 申請（專利權）人: 張杰;吳占松
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種風力發電設備，特別涉及一種垂直軸式風力發電裝置，屬于可再生能源技術領域。

背景技術

目前，世界能源消費構成是以煤、石油、天然氣等不可再生能源為主。不可再生能源的過度開發和利用，不僅帶來了能源危機，更帶來了日益嚴重的環境污染問題。例如，由于大量使用劣質煤，我國已有70％的國土受到酸雨的影響，水體酸化會改變水生生態，而土壤酸化會使土壤貧瘠化，導致陸地生態系統的退化。隨著全球氣候變暖和能源危機，各國都在加緊對風力的開發和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護我們賴以生存的地球。

風能資源具有可再生、永不枯竭、無污染等特點，綜合社會效益高。我國幅員遼闊，海岸線長，風能資源比較豐富。據國家氣象局估算，全國風能密度為100W/m²，風能資源總儲量約1.6X10⁵MW，特別是東南沿海及附近島嶼、內蒙古和甘肅走廊、東北、西北、華北和青藏高原的部分地區，每年風速在3m/s以上的時間近4000h左右，一些地區年平均風速可達6～7m/s以上，具有很大的開發利用價值。根據“十一五”國家風電發展規劃，2010年全國風電裝機容量達到500萬千瓦，2020年全國風電裝機容量達到3000萬千瓦。而2006年底，全國已建成和在建的約91個風電場，裝機總容量僅260萬千瓦。可見，風機市場前景誘人，發展空間廣闊。

目前常見的風力發電機是水平軸風力發電機，即葉片在風驅動下繞著水平軸旋轉；這種風力發電機存在啟動風速高、噪音大、抗風能力差、受風向影響和維護困難等缺點，限制了風力資源的開發和利用。因此，近些年來，不少國家在開發垂直軸風力發電機，它的葉片是垂直設置的，這些葉片環繞著一根同樣垂直于地面的軸旋轉。垂直軸風力發電機有多項優點，如不擇風向，節省了對風選向裝置，使結構設計簡單化；塔架較矮，且發電機傳動、減速制動等裝置都安裝在機組下方，因此安裝、維修方便，造價成本較低；強、大風時，減速、停機操作容易，效果較好；葉片形狀可塑變化性強，可做成各種形狀。

垂直軸風力發電機主要分為阻力型和升力型兩種。阻力型垂直軸風力發電機主要是利用空氣流過葉片產生的阻力作為驅動力，而升力型則是利用空氣流過葉片產生的升力作為驅動力。由于葉片在旋轉過程中，隨著轉速的增加阻力急劇減小，而升力反而會增大，所以升力型的垂直軸風力發電機的效率要比阻力型的高很多。然而升力型垂直軸風力機有兩大缺點限制了其應用，一是其空氣動力性能較低，再一個“致命”的缺點就是沒有“自啟動能力”。而阻力型風力機天然具有良好的“自啟動能力”；如果采用這種阻力型風力機，就只需解決空氣動力性能低的一個問題就行了。另外，升力型垂直軸風力機一般仍有較高的尖速比，可達3～5，其葉片的切線速度一般可達40～50m/s；而阻力型的尖速比則最大為1，這就是說，阻力型風力機的葉片最大切線速度不可能超過風速，所以它可以在強風中工作，這正是阻力型風力機的最大優點，同時由此產生的低噪聲也帶來其另一大優點。

因此，同時采用阻力型與升力型兩種葉片，將二者的優點結合起來，開發一種新型的垂直軸式風力發電設備，使之達到微風啟動、大風穩定又不受風向限制，是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種垂直軸風力發電裝置，通過采用升力型葉片與阻力型葉片相結合的結構形式，將兩者的優點相結合，并克服其存在的不足和缺陷，使之達到微風啟動、靜音運行、抗風暴力強又不受風向限制，從而實現小風能發電、大風時系統安全穩定運行的目的。

本發明的技術方案如下：

一種垂直軸風力發電裝置，含有一組升力型葉片、垂直軸、葉片支架，發電機以及系統支架，所述的垂直軸與發電機的軸相連接，其特征在于：該垂直軸風力發電裝置還包括一組阻力型葉片，所述的升力型葉片和阻力型葉片安裝在葉片支架上，并以垂直軸為中心分別在兩個不同直徑的圓周上均勻布置，且升力型葉片布置在外圓周上，阻力型葉片布置在內圓周上；在每個阻力型葉片頂部設有一個用于自動調節阻力型葉片受風面積的離心穩速控制器，該離心穩速控制器包括殼體，以及設置在殼體內的齒輪、齒條、力平衡塊和彈簧，該彈簧的一端固定在殼體上，彈簧另一端與齒條的一端連接，齒條的另一端與所述的力平衡塊相連，所述的齒輪與阻力型葉片同軸安裝。

本發明的技術特征還在于：升力型葉片和阻力型葉片的個數相同，且每個升力型葉片在同一徑向方向對應一個阻力型葉片。

本發明的又一技術特征是：在離心穩速控制器的殼體內還設有用于限定齒條位置的兩個限位軸承。

上述技術方案中，所述的升力型葉片和阻力型葉片的個數各采用2～5片。