[實用新型]仿生垂直軸風力發(fā)電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320831633.8
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN203685480U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 李寶林;唐斯曉;葉華雷;齊帥;程巖;卓少凡;陰雷;袁澤泉;丁偉;王英
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06;F03D11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及有清潔能源領域中一種風力發(fā)電裝置，尤其是采用了仿生可變葉片迎風面積的風力接收葉片的風力發(fā)電機。

背景技術

由于石油、煤炭等非可再生資源的日漸消耗和礦物燃料發(fā)電帶來的環(huán)境污染等嚴重問題，越來越多的國家在可再生資源研究和應用方面投入了大量人力和資金。風能是一種低價、清潔、環(huán)保、便捷、“取之不盡,用之不竭”的能源，是近期內最具開發(fā)利用前景的可再生資源。

目前風力發(fā)電機組主要包括水平軸風力發(fā)電機和垂直軸式風力發(fā)電機，和水平軸式風力發(fā)電機相比，垂直軸式風力發(fā)電機的特征是旋轉軸與地面垂直，風輪的旋轉平面與風向平行，旋轉過程中受力方向恒定，無需迎風調節(jié)系統(tǒng)，其可靠性高，疲勞壽命要長于水平軸式發(fā)電機。而且垂直軸風力發(fā)電機可以放在風輪下部很遠甚至地面上，便于安裝和維護。

其中，達里厄型（Darrieus）風力機屬于垂直軸式風力發(fā)電機，主要由轉子葉片、變速箱、發(fā)電機、拉索、頂部、底部轉子中心等組成。葉片上部連接有頂部轉子中心，下部連接有底部轉子中心，轉子葉片旋轉帶動垂直軸轉動，轉軸經過變速箱變速后將動力傳遞給發(fā)電機，從而實現(xiàn)發(fā)電的功能。由于該風力機轉子葉片水平半徑較大，轉軸較高，為解決因轉動過程中受較大風力引起的強度問題，從頂部采用拉索固定在地面，一定程度上造成了地方空間浪費；而且對于主塔筒支撐軸承，需要承受巨大的徑向和軸向載荷，上下振動同樣也會產生一系列交變載荷等；此外，一旦發(fā)電設備出現(xiàn)故障，維修和檢修都比較麻煩，其時間長，效率低。

目前該類型的垂直軸風力發(fā)電機已經成熟，并有其結構簡單成本低易于維護等優(yōu)點，但最大的問題是由于葉片的結構限制，致使發(fā)電效率低，尤其對于大功率發(fā)電機機組材料、結構成本等都有極大的限制。

發(fā)明內容

本專利的目的是克服已有技術中的不足之處，提供了一種仿生垂直軸風力發(fā)電機，其結構簡單，維修方便，不需要普通三葉片風力發(fā)動機的變槳系統(tǒng)等輔助裝置，占地面積小及對風能的轉化率高，還具有自保護功能，避免了主塔筒結構中軸承過載受力的問題。

本專利的主體為立式風輪的葉片，仿生于鳥類的翅膀的“張—合—張—合……”動作并配合旋轉過程中的變化完成風力發(fā)電機的工作。風輪葉片采用三個或多個柔性可變迎風面積葉片，當其迎風工作時，葉片受風力作用帖附于支架及網狀支撐結構的支撐體上，因此形成一個完整平面；當其回轉迎向風向時葉片張開并平行于風向，降低為阻力最小的狀態(tài)。

仿生垂直軸風力發(fā)電機的結構為回轉平面與風力的方向平行，不需要普通風力發(fā)電機的變槳系統(tǒng)，結構及零部件簡化并降低了加工的精度。因此其成本低，具有一定的抗臺風能力及自適應性能。仿生垂直軸風力發(fā)電機包括立式風輪、行星輪系增速器、聯(lián)軸器及高速傳動軸、鉗式制動器、變速控制器、發(fā)電機、機架主體及回轉支撐體。立式風輪上有三個或者多個風力板，各個風力板設置排列多片柔性葉片，每片葉片均通過葉片安裝軸與風力板連接，迎風時柔性葉片打開，貼到風力板的金屬篩網上，從而形成乘風力矩，驅動風輪轉動。立式風輪與回轉支撐體，回轉支撐體與機架主體均是通過螺栓聯(lián)接，立式風輪轉動，經過回轉支撐體將動力傳給行星輪系增速器，增速后將高速的動力輸送到發(fā)電機，完成有風能到機械能的轉化，最終轉換為電能。

其中，風輪在旋轉過程中自動實現(xiàn)對于各個排列葉片的自由旋轉，使其達成在迎風一側一同完全展開實現(xiàn)大面積阻風式乘風；在到達逆風回轉一側葉片發(fā)生一定程度上的關閉，從而形成幾乎無阻力回轉的周期交替變化，達到風輪適應風力強弱變化及形成出力能力的調控變化。

本專利的有益效果是，該風力發(fā)電機接收葉片面積可根據不同地域的地理位置、風能密度進行調整葉片的迎風面積以達到不同的發(fā)電效果。該設計具有自動保護裝置，一旦風力超過設計風速并具有一定的破壞力時，可變化葉片迎風面積將進行迎風面積的調整，或完全脫放后形成保護。

本仿生垂直軸風力發(fā)電機電控系統(tǒng)可根據風速條件進行檢測并控制調整變速機構實現(xiàn)50Hz電力入網條件，并盡力實現(xiàn)不同風力條件下的最佳發(fā)電效率。

本仿生垂直軸風力發(fā)電機不需要常規(guī)風力發(fā)電機變槳裝置和控制系統(tǒng)，總體結構簡化了風向調控機構等輔助設備，可根據風力條件和地理位置等不同條件，并根據需要調整功率范圍。

柔性葉片連接繩索可控制迎風葉片的閉合裝置，改變葉片迎風阻力，?降低最小阻力。

附圖說明

圖?1為本專利外觀等軸測圖；

圖?2為本專利上部結構的構造圖；

圖?3為本專利下部結構的構造圖；