[實用新型]垂直軸葉輪自動變面積風力發電機組

無效

• 申請號: 201020548008.9
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN201786573U
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 武慶林
• 申請（專利權）人: 武慶林
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06;F03D11/00
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 王梨華;陳麗霞

技術領域

本實用新型涉及風力發電機組,尤其是涉及垂直軸葉輪自動變面積高效吸收風能大功率發電機組。

背景技術

目前，利用風能來發電的風力發電機，其結構有水平軸和垂直軸兩種形式。水平軸式風力發電機已發展到5MW左右，由于水平軸式風力發電機，包括齒輪箱、發電機等機構零部件都要安裝在一百米左右的高聳鐵塔頂端上，這對制造安裝、運行保養、維護檢修造成了很大難度，存在建設成本、運行成本都很昂貴的問題。因此水平軸風力發電機很難再向大功率發展。

垂直軸風力發電機其特點是發電機、齒輪箱等重要部件都安裝于地面上，制造安裝方便、維護保養方便，在相同的發電機容量下其成本顯著下降。然而現有的垂直軸風力發電機普遍存在采集風能效率低的問題。

最近，國內外多家公司提出了建造超大型垂直軸風力發電機計劃（10MW），此計劃一旦實現，會逐步取代水平軸風力發電機將成為世人矚目的清潔能源主要發電設備之一。

發明內容

本實用新型針對現有技術中風力發電機塔頂高空設備安裝、檢修難度大、造價高、大功率機啟動力矩大，難以啟動、吸收風能效率低、電能需要進行“交-直-交”轉換等問題，提供了一種通過設定固定軌道，從而實現葉輪上的扇葉可以自由調節，從而大大提高風能的利用效率的垂直軸葉輪自動變面積風力發電機組。

為了解決上述技術問題，本實用新型通過下述技術方案得以解決：垂直軸葉輪自動變面積風力發電機組，包括垂直于地面的內塔筒、外塔筒以及發電機，所述的內塔筒與外塔筒通過球面推力調心軸承轉動支撐連接，外塔筒套裝在內塔筒之外；外塔筒圓周上均布著兩支或兩支以上的葉輪；外塔筒內壁下端與內塔筒之間設有輥子軸承組；外塔筒外壁下端安裝一個大齒輪?；大齒輪嚙合增速機構，增速機構嚙合小齒輪，小齒輪與發電機驅動連接(見圖1、2)。

作為優選，當發電機組功率中、小時，內塔筒采用鋼管或現場澆注的混凝土管構成，當功率大時則采用多邊形錐體(一般3～12邊)的高聳桁架鋼構塔。

作為優選，當發電機組功率小時，外塔筒采用鋼管，當功率中、大時則采用鼠籠式桁架結構套筒體。

作為優選，所述的外塔筒內壁下端與內塔筒之間通過輥子軸承組徑向約束轉動連接，輥子軸承組包括三個或三個以上的多個輥子，輥子座體可微調、鎖定。

作為優選，所述的葉輪?(參見圖3)是由兩支或兩支以上的扇面組成，每個單支扇面又由兩根或兩根以上水平放置的橫桿和兩根或兩根以上的垂直放置縱桿構成一個網格平面；在每個網格眼中的縱桿之間設有一根或一根以上的翼片軸，通過橫桿上的軸承轉動連接并且貫通于上、下所有橫桿；在每個網格眼中的翼片軸上固定連接翼片；每個單支扇面當中的全部翼片軸上的所有翼片均安裝時在一個平面內(參見圖4)；全部翼片軸下端之間通過聯動桿連接(參見圖3)，一個單支扇面上的所有翼片同步同形位地轉動。

作為優選，所述的葉輪中的翼片截面處處相同，截面的輪廓為NACA機翼形，翼片的圓端命名為翼首σ，尖端命名為翼尾τ(參見圖5)。

作為優選，所述的葉輪其中的一根翼片軸下端固接著曲柄滑塊；曲柄滑塊與軌道機構滑動配合(參見圖8、9)。

作為優選，所述的軌道機構中的α凸輪控制著翼的翼首σ，β凸輪控制著翼片的翼尾τ；α凸輪和β凸輪形狀是根據翼首σ和翼尾τ軌跡逐點繪制成形的(參見圖6)；翼片隨著葉輪圍繞內塔筒軸心線z-z做衛星式的公轉同時也繞翼片軸自轉，其連線σ-τ：在Ⅰ、Ⅳ象限（315°～45°）區域內與y軸垂直(參見圖6、7)；在Ⅰ象限（45～90°）區域內σ-τ由垂直y軸旋轉為平行y軸；在Ⅱ、Ⅲ象限（90～270°）區域內σ-τ與y軸平行；在Ⅰ象限（270～315°）區域內σ-τ由平行y軸旋轉為垂直y軸。設定y軸的正方向始終與風速方向一致,?葉輪逆時針旋轉。在（315°～45°）內翼片與風速方向垂直迎風面積大為動力區；在（45～90°）和（270～315°）內為過渡區；在（90～270°）內翼片與風速方向平行迎風面積小為減阻區。

一般方程α、β，本例選定α=β=45°,翼片旋轉過渡區：t[(90-β)°,90°），????????????????????????????????????????????????

翼片與y軸垂直區：t[0°,(90-β)°）

t[(270+α)°,360°）

翼片旋轉過渡區：t[270°,(270+α)°）

翼片與y軸平行區：t[90°,270°）