[實用新型]一種層疊結構、自動變槳的垂直軸風力機

有效

• 申請號: 201520382647.5
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN204729229U
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 張洪昌;王華君;柴富俊
• 申請（專利權）人: 張洪昌;王華君;柴富俊
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D11/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李淑惠

【技術領域】

本實用新型屬于綠色新能源技術中的風力發電裝置技術領域，涉及一種有風向導流板，風輪為上下層疊結構，葉片可自動變槳的垂直軸風力發電裝置。

【技術背景】

在水平軸風力機為主流的風電領域，近30年來水平軸風力機發揮了巨大的作用。但由于其自身結構特點的限制，使其存在一些不易解決的缺陷。如機艙過重；幾十噸甚至幾百噸重的發電設備要吊裝到幾十米甚至上百米高空的機艙內；塔架所承受的傾翻力矩非常大，對塔架基礎的要求非常高；從而整體造價很高。垂直軸(即立軸)風力機構成的風電機組，在某些區域或位置，有其結構上的明顯優勢。垂直軸風電機組比水平軸風電機組有更好的性價比，即垂直軸風力機具有整體上設備制造成本低，安裝、運輸、維護方便，噪音低等優勢。本實用新型是在主要發明人申請的ZL20142012724.8號實用新型專利《立軸風力發電裝置》基礎上的一個突破性的改進，或者說是一個升級版的新結構。ZL20142012724.8號專利存在阻力型葉片效率低、單層結構不易大型化等不足。

【實用新型內容】

本實用新型的目的是克服現有升力型立軸風力機啟動性能差、風能利用率低、避險能力差的缺陷和不足，提供一種新型層疊結構、葉片自動變槳、帶有風向導流調節板的垂直軸(即立軸)風力機。

本實用新型提供的層疊結構、自動變槳的垂直軸風力機，包括通過風輪主立軸1安裝在支座上的風輪及其主立軸1，在風輪外圍的基礎上通過導流板立軸8安裝有一組導流板6，導流板6用于調控風輪的風能捕獲量和風向；所述的風力機為層疊式框架結構，在風輪主立軸1上至少串聯安裝有兩組框架式風輪及導流板，每組框架式風輪至少包括三個框架15，每個框架內安裝有一根葉片轉軸2，每根葉片轉軸上各安裝有一個葉片3；所述導流板6為長方形，以寬度方向靠近風輪的位置固定在導流板立軸8軸承座上；各導流板的水平投影與風輪徑向平面夾角相等，各導流板能夠圍繞導流板立軸8同步調整角度。

所述風力機的葉片3采用自動變槳機構，每個葉片在垂直方向均設有一根支撐軸2即葉片轉軸2，葉片轉軸2在水平方向上靠近葉片前緣，固定在葉片的1/4—1/3處，葉片轉軸2通過軸承安裝在風輪框架上，在風輪框架上靠近葉片位置各安裝有一個葉片變槳角度限位機構7，以限制葉片最大變槳位置，在風力和離心力的合力作用下，實現自動變槳。

所述風輪為串聯層疊結構，每一層風輪的葉片均錯開一個角度安裝，使所有葉片在徑向均布于360度旋轉圓柱曲面上；每層風輪至少由三個葉片組成。

所述風輪主立軸軸承座安裝在由導流板立軸組成的結構支座上，導流板立軸頂部采用環形剛性結構連接為一體，且分別與風輪主立軸進行徑向剛性。

本實用新型垂直軸風力機的關鍵組件及特點：

1.導流板6的結構、安裝形式及調節傳動

在該風力機風輪旋轉圓柱面外側設有6個及以上長方形的風向導流板6，通過軸承座安裝在導流板立軸8上。在導流板外側設有導流板角度同步調節環形結構5，它和計算機執行機構4連接，根據增速機10高速軸上的轉速信號，按設定的參數適時調整導流板的角度。執行機構電機減速機通過齒輪、齒條調整導流板的角度。

2.風輪的層疊結構及其作用

本實用新型中的風輪至少由兩層框架式風輪組成，風輪葉片上下錯位安裝，形成層疊結構，它增加了風力機的整體剛性和制造、運輸的便利性。層疊結構的另一個作用是使各層風輪葉片沿360度均布安裝，以減少風力機起動轉矩的死角范圍。

3.葉片3自動變槳距結構及其作用

該風力機葉片3通過其轉軸2及軸承安裝在其風輪框架內。該轉軸在葉片的水平投影方向上靠近其前緣的1/4～1/3處。在上述風輪框架上設有對葉片轉動角度的限位機構7，限制葉片在正負20度范圍內運動。借助于風對葉片的推力和風輪旋轉時的離心力二者的疊加作用，實現自動變槳距。葉片圍繞其轉軸在風輪正對風上風向的前半部分圓柱曲面,呈現0-20度的正槳距角,從而獲得較大的起動轉矩和風能利用系數；而在風輪下風向的后半部分圓柱曲面，呈現0-20度的負槳距角，同樣能獲得較大的起動轉矩和風能利用率。風輪葉片通過其固定安裝的水平支撐機構上設置的限位機構起到槳距角正負值變化的最大值約束。

4.導流板粘貼光伏電池板結構及工作方式

根據該型風電機組的安裝位置和主風向，選擇部分風向導流板朝向陽光側粘貼柔性光伏電池板,該電池板主要為該風電機組自備電源蓄電池進行充電用。在風電機組不發電期間,自備電源蓄電池可能因自放電失電而不能使風電機組自行工作,因此安裝部分光伏電池能確保風電機組正常工作。