[發明專利]模塊化框架式高效率垂直軸風力機

有效

• 申請號: 201710450710.8
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107061151B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 王華君;楊帥;朱鴻曦;張洪昌;呂東坡;張統;王碩
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/02;F03D3/06
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰;趙鳳英

本發明涉及模塊化框架式高效率垂直軸風力機，包括風輪主軸、增速齒輪箱、永磁同步發電機、風電控制柜和外圍基礎，其特征在于該風力機還包括阻力型風輪、升力型風輪、風向導流板和橫向支撐結構；所述阻力型風輪安裝于風力機的頂部，阻力型風輪的下部與風輪主軸連接；所述升力型風輪為三層層疊式葉輪結構，每層中心處均裝有一段風輪主軸，且每層均包括若干數量的葉片，每個葉片通過風輪支架與相應的風輪主軸連接，各段風輪主軸通過軸套進行柔性連接；三層上的所有葉片交錯布置，所有葉片在水平面上的投影均布在一個圓形區域內，每層中葉片的數量為奇數；所述風輪支架包括矩形框架，矩形框架的一端與風輪主軸連接。

技術領域

本發明屬于綠色新能源技術中的風力發電裝置技術領域，涉及一種模塊化框架式高效率垂直軸風力機。

背景技術

風電發電領域的主流為水平軸風力機，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，例如整體受力不平衡，機艙內幾十噸甚至幾百噸重的風力發電裝置需要吊裝到幾十米甚至幾百米的塔架上，使得安裝與維修困難、成本較高。而且造成塔架承受較大的傾翻力矩，對塔架基礎要求較高的同時使得在某些特殊地形例如風資源較好的山梁地區受到限制而無法運輸與安裝。與此同時，風光互補、建筑一體化等分布式發電以及海上風力發電日漸增多。由于垂直軸風力發電機組自身具有維護方便、成本低、噪音低等優勢，比水平軸風力機更適合于這些領域，因此垂直軸風力發電機組也會有很好地發展前景。

本發明為在專利號為ZL2015103068388的中國專利基礎上的改進，該專利公開了一種層疊結構、自動變槳的垂直軸風機，所述風力機為層疊式框架結構，在風輪主軸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安裝三個框架，框架內安裝有一根葉片轉軸，每根葉片轉軸上安裝有一個葉片，所述導流板為長黨性，各導流板在水平投影方向與風輪徑向平面夾角相等，該專利雖然在一定程度上提高了風力機的風能利用率與起動性能，卻依然存在著許多缺陷。其不足之處在于：1.導流板為可轉動的長黨性，可以通過控制導流板的開閉控制風力機風輪的進風量，卻因為導流板的設計形狀無法提高風力機開啟時的風能利用率；2.風力機中缺少阻力型風輪結構，使得低風速下風力機的氣動性能較低。3.該專利涉及的風力機的風輪主軸依然要承受葉片與連接葉片與風輪主軸的風輪支架的重力，當垂直軸風力機大型化后其葉片與風輪支架的重力較大，對于風輪主軸的強度要求較高，大大增加了風力機制造與安裝的成本，這使得該風力機僅僅適用于小型或分布式發電而無法實現垂直軸風力機的大型化發展。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種模塊化框架式高效率垂直軸風力機。該風力機克服了現有技術中垂直軸風力機啟動時風能利用率低、啟動性差、成本高、適用范圍窄的缺點，設有橫截面為流線型的風向導流板和層疊式葉輪結構的升力型風輪，加裝的橫截面為流線型的風向導流板結構可以在現有導流板濃縮風的基礎之上還能改變垂直軸風力機某些方位角下的來流風向，將這些方位角位置的風輪所做的負轉矩轉化為正轉矩，顯著提高了垂直軸風力機的風能利用率；采用三層相互錯開的層疊式葉輪結構的升力型風輪，并在整體風力機頂端加裝阻力型風輪，顯著提高了垂直軸風力機的啟動性能。同時，本發明在風輪主軸與葉片之間使用自行設計的風輪支架連接，各層葉片之間采用橫向支撐結構連接，并在該橫向支撐結構上安裝環形滑道，通過環形軌道上的導輪直接提拉葉片與風輪支架，可以有效減輕風輪主軸的承重，大大降低了風輪主軸的強度要求與制造成本。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，提供一種模塊化框架式高效率垂直軸風力機，包括風輪主軸、增速齒輪箱、永磁同步發電機、風電控制柜和外圍基礎，其特征在于該風力機還包括阻力型風輪、升力型風輪、風向導流板和橫向支撐結構；所述阻力型風輪安裝于風力機的頂部，阻力型風輪的下部與風輪主軸連接；