[實用新型]仿生垂直軸風(fēng)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(shè)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(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 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(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

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(yán)重問題，越來越多的國家在可再生資源研究和應(yīng)用方面投入了大量人力和資金。風(fēng)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(nèi)最具開發(fā)利用前景的可再生資源。

目前風(fēng)力發(fā)電機組主要包括水平軸風(fēng)力發(fā)電機和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機，和水平軸式風(fēng)力發(fā)電機相比，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機的特征是旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向平行，旋轉(zhuǎn)過程中受力方向恒定，無需迎風(fēng)調(diào)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(fēng)力發(fā)電機可以放在風(fēng)輪下部很遠(yuǎn)甚至地面上，便于安裝和維護(hù)。

其中，達(dá)里厄型（Darrieus）風(fēng)力機屬于垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機，主要由轉(zhuǎn)子葉片、變速箱、發(fā)電機、拉索、頂部、底部轉(zhuǎn)子中心等組成。葉片上部連接有頂部轉(zhuǎn)子中心，下部連接有底部轉(zhuǎn)子中心，轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)帶動垂直軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸經(jīng)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(fēng)力機轉(zhuǎn)子葉片水平半徑較大，轉(zhuǎn)軸較高，為解決因轉(zhuǎn)動過程中受較大風(fēng)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(chǎn)生一系列交變載荷等；此外，一旦發(fā)電設(shè)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(fēng)力發(fā)電機已經(jīng)成熟，并有其結(jié)構(gòu)簡單成本低易于維護(hù)等優(yōu)點，但最大的問題是由于葉片的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)成本等都有極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

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

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

仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)平面與風(fēng)力的方向平行，不需要普通風(fēng)力發(fā)電機的變槳系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)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(fēng)能力及自適應(yīng)性能。仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機包括立式風(fēng)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(zhuǎn)支撐體。立式風(fēng)輪上有三個或者多個風(fēng)力板，各個風(fēng)力板設(shè)置排列多片柔性葉片，每片葉片均通過葉片安裝軸與風(fēng)力板連接，迎風(fēng)時柔性葉片打開，貼到風(fēng)力板的金屬篩網(wǎng)上，從而形成乘風(fēng)力矩，驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。立式風(fēng)輪與回轉(zhuǎn)支撐體，回轉(zhuǎn)支撐體與機架主體均是通過螺栓聯(lián)接，立式風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)過回轉(zhuǎn)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(fēng)能到機械能的轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)換為電能。

其中，風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過程中自動實現(xiàn)對于各個排列葉片的自由旋轉(zhuǎn)，使其達(dá)成在迎風(fēng)一側(cè)一同完全展開實現(xiàn)大面積阻風(fēng)式乘風(fēng)；在到達(dá)逆風(fēng)回轉(zhuǎn)一側(cè)葉片發(fā)生一定程度上的關(guān)閉，從而形成幾乎無阻力回轉(zhuǎn)的周期交替變化，達(dá)到風(fēng)輪適應(yīng)風(fēng)力強弱變化及形成出力能力的調(diào)控變化。

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

本仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機電控系統(tǒng)可根據(jù)風(fēng)速條件進(jìn)行檢測并控制調(diào)整變速機構(gòu)實現(xiàn)50Hz電力入網(wǎng)條件，并盡力實現(xiàn)不同風(fēng)力條件下的最佳發(fā)電效率。

本仿生垂直軸風(fēng)力發(fā)電機不需要常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機變槳裝置和控制系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)簡化了風(fēng)向調(diào)控機構(gòu)等輔助設(shè)備，可根據(jù)風(fēng)力條件和地理位置等不同條件，并根據(jù)需要調(diào)整功率范圍。

柔性葉片連接繩索可控制迎風(fēng)葉片的閉合裝置，改變?nèi)~片迎風(fēng)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(jié)構(gòu)的構(gòu)造圖；

圖?3為本專利下部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造圖；