[實用新型]一種減少阻力的直軸風力機支撐臂結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420474093.7
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN204163926U
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉華;孫明剛;張立軍;胡義娥
• 申請（專利權）人: 青島經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)泰合海浪能研究中心
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種減少阻力的直軸風力機支撐臂結構，屬于風力發(fā)電技術領域。

背景技術

風能作為一種綠色能源，在世界是有著豐富的儲量。據(jù)不完全統(tǒng)計，我們國家在離地10米高處的風能能量約有32.26億千瓦，其中可以開發(fā)和利用的資源約有2.53億千瓦。隨著風能開發(fā)和利用技術的日益成熟，越來越多的人們認識到風能資源的重要性。現(xiàn)在利用風能為人類服務的風力機主要阻力型和升力型。其中升力型又有水平軸風力發(fā)電裝置和垂直軸風力發(fā)電裝置。現(xiàn)在水平軸風力發(fā)電裝置是主流，相對水平軸而言垂直軸由于技術不太成熟，所以沒有大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。

垂直軸風力發(fā)電裝置有以下優(yōu)點：(1)噪音低，不傷害鳥類。水平軸風力機噪聲大，高速時對鳥類構成較大的威脅，而H形垂直軸風力機高速運轉時，看到的是一個圓柱體，鳥類會自動避讓。(2)無需對風裝置。水平軸風力機側需要通過偏航系統(tǒng)來調整才能啟動。而H形垂直軸側可以接受任何方向的風，不需要進行對風，不受風向影響，沒有沉重的機倉及變速齒輪箱，大大降低了系統(tǒng)成本，增強了系統(tǒng)的可靠性。(3)塔架低，日常維護方便，且塔架承載性能好。水平軸風力機的發(fā)電機及變速制動裝置等需要安裝在幾十高的塔架上，日常修理很不方便。而H形垂直軸風力的塔架則很低，甚至可以安裝在較高地面或樓頂上，所以日常維護非常方便。水平軸風力機對塔架有較大的風載荷，影響塔架的使用壽命，且由于要避免和風輪葉片相互影響，不能使用張索，這樣就要靠增加塔架直徑來加大承載水平，造成高昂的成本，而H形垂直軸風力則對塔架的風載荷小，且可通過使用張索來加大承載水平，承載性能好。(4)葉片具有較大的受力強度。水平軸風力機葉片受力情況類似于懸臂梁，根部彎矩產(chǎn)生的應力較大，還受周期性的風剪作用，會引起葉片的疲勞破壞。H形垂直軸的葉片側不會有這些情況出現(xiàn)。(5)葉片制造工藝簡單。水平軸風力機的葉片需要扭轉及變截面，制造復雜，加工成本高。H形垂直軸風力機葉片是直線型的，加工非常容易，成本較低，可以通過機械化批量生產(chǎn)。所以現(xiàn)在人們更加注重對垂直軸風力發(fā)電裝置的研究。

在最重要的效率方面，研究認為垂直軸風力發(fā)電裝置效率底與水平軸，一部分是由于垂直軸風力發(fā)電裝置有水平支撐臂來安裝葉片，產(chǎn)生了較大的迎風阻力，對葉片充分吸收風能有一定的影響，尤其是大型風力更加突出，成為影響其商業(yè)化，大型化主要因素。因為風力機在整個旋轉過程中，所受的空氣阻力與其支撐臂在迎風方向的垂直投影面積成正比，有資料研究表明，支撐臂在風力機工作過程中所產(chǎn)生的阻力占整機阻力的10％以上，所以這個影響是十分巨大的。支撐臂在垂直方向主要支撐葉片的重量及其安裝箍的重量，在水平方向主要承受在50m/s停機風速時，風在葉片上產(chǎn)生的氣動拉力，而這個水平方向的拉力遠遠大于葉片的重量及其安裝箍的重量。為使水平方向是懸臂梁狀態(tài)的支撐臂具有一定的強度來承受這個水平拉力，人們不得不采用直徑較大的支撐臂，因為懸臂梁是所有梁結構中效果最差的一種，這樣就使風力機所受的迎風阻力大增加，并增大了系統(tǒng)的轉動慣量，使風力機的啟動風速偏高，降低了風機的風能利用范圍，使整個系統(tǒng)的效率變小。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種減少阻力的直軸風力機支撐臂結構，以采用拉繩結構來改變支撐臂水平方向是懸臂梁的狀態(tài)，減小支撐臂的直徑，減小風力機所受的迎風阻力，減小系統(tǒng)的轉動慣量，降低啟動風速，降低發(fā)電風速，增加風能利用范圍，提高整個系統(tǒng)的效率。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下。

一種減少阻力的直軸風力機支撐臂結構，包括支撐爪法蘭，支撐爪法蘭四周設置有多個支撐爪，每個支撐爪外端連接有支撐臂；支撐臂遠離支撐爪法蘭端設置有葉片安裝塊和拉繩固定塊，拉繩固定塊上設置有拉繩伸出孔，拉繩伸出孔上設置有拉繩與支撐爪法蘭上的拉繩拉緊螺栓相連接。

進一步地，拉繩拉緊螺栓一端上連接有拉繩接頭螺栓，另一端上連接有拉繩拉緊鎖固螺母，拉繩拉緊鎖固螺母與支撐爪外壁之間設置有墊片。

進一步地，每個支撐爪上有設置有至少兩個安裝孔，用來安裝支撐臂。

進一步地，支撐臂包括連接桿，連接桿一端上設置有支撐爪法蘭連接套，支撐爪法蘭連接套側壁上設置有拉繩拉緊螺母安裝孔和支撐臂螺栓安裝孔，支撐爪法蘭連接套端面上設置有支撐爪法蘭插入孔。

進一步地，拉繩的兩端各設置有一個蘑菇頭，用來把拉繩卡在支撐臂上的安裝孔和拉繩接頭螺栓的孔中。拉繩的直徑根據(jù)承受的力量大小來選擇。

進一步地，拉繩接頭螺栓上設置有一個比拉繩直徑略大但小于拉繩兩端蘑菇頭的通孔，外表面設置有螺紋。