专利名称：特大型垂直轴风力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，具体地说是一种能够带动多台发电机运转的特大
型垂直轴风力发电装置。
背景技术：
随着能源的日益紧张与匮乏，长期以来人们一直都在尝试开发利用新的可利用能 源。风能资源因无污染、资源丰富、潜力巨大而引起世界各国的关注并投入巨资进行开发。 目前，用于风力发电的装置主要分两种类型，一种是水平轴风力发电装置，另一种是垂直轴 风力发电装置。水平轴风力发电装置因能够充分利用高空的风能，风力转换效率都比较高 等优点而得到了广泛应用。但是，水平轴风力发电装置的叶片比较长，行程空间大，对材料 的强度要求很高，还有偏航、变速箱等附助设施，加上维修不够方便，这些因素制约了它向 更大发电量的方向发展。现有的垂直轴风力发电装置，可以有效利用低空风能，无偏航、无 尾翼动力系统，可以接受任何方向的来风。但是这种风力发电装置既要承受迎风、背风的 冲击力，又要承受风向变化及风力大小的冲击力，这些缺陷使垂直轴风力发电装置的风轮 机构容易受损，使用寿命短。目前，无论是水平轴风力发电装置，还是垂直轴风力发电装 置，由于受到机械等多种因素的影响，最大单机发电量不超过3000KW，大部分单机发电量在 500KW-1000KW范围内。因单机发电量小，制造成本就比较高，输送和上网都受到了限制，远 远不能适应风能资源开发利用的需要。
发明内容
为了克服现有风力发电装置在结构上存在的不足，本发明的目的是提供一种无偏
航、无尾翼、无阻力的特大型垂直轴风力发电装置。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 这种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架以及稳固塔架的横 梁，在上下横梁中心通过上轴承架和下轴承架垂直设置动力旋转轴，旋转轴的底端通过大 盘齿轮连接发电机离合器，发电机通过电缆与变电室相连接，特征是围绕旋转轴设置1 10层多元一体的无阻力风轮机构，每层以旋转轴为轴心等角度、对称地设置1 5个由上横
杆、下横杆和框架立撑组成的弧形框架，在每个弧形框架内的左右两翼分别通过上轴、下轴 及叶片轴套安装1 5个活动风叶，在活动风叶与弧形框架接触处设有叶片挡块及叶片开 启控制机构，弧形框架的外端边之间由固定杆相连接；发电机离合器连接发电量控制调节 装置，控制大盘齿轮先后与不同功率的发电机连接并运转；所说活动风叶的横截面为"勺" 形结构，活动风叶距旋转轴外侧的面积大于内侧的面积；弧形框架内的活动风叶偏纵向中 心线安装，叶片轴线的一侧长度大于另一侧长度；旋转轴上设有制动限速装置。
本发明的有益效果是 —是发电量比较大。由于采用了连接在旋转轴上的多层、多极一体的无阻力风轮 机构，受风面积比较大。同时在发电机离合器上连接了发电量控制调节装置，控制大盘齿轮先后与多台不同功率的发电机连接并运转，使一台风力发电装置的发电总量可达3000KW 以上。 二是阻力比较小。由于采用了"勺"形结构的活动叶片，活动风叶偏纵向中心线安 装，因此叶片的受风面风力利用率高，背风面风的阻力小。特别是在活动风叶与弧形框架接 触处设有叶片挡块和叶片开启控制机构，当活动叶片在接受风力转动180度后，叶片与弧 形框架固定部位形成一条线时，叶片开启控制机构使活动叶片自动打开泄风口，将回转时 的阻力降到最低限度；当弧形框架运转到可接受风力时，活动叶片又自动回位将泄风口封 闭，完成风力作用在叶片上的推力。依次循环，保证了风轮机构高效运转。
三是使用寿命长。风轮机构的框架采用碳钢材料，活动风叶采用高分子纺织材料， 风轮的阻力小，自身的重量轻，大大降低了风轮机构易损部件的损耗，保证运行安全稳定， 维护简单方便，使用寿命长。可以在河滩、海岸、山顶等区域安装使用。
图1是本发明的结构示意图； 图2是图1的A-A向剖视结构示意图；
图3是本发明结弧形框架的构示意图；
图4是图3的俯视结构示意图；
图5是本发明的活动风叶结构示意图；
图6是图5的B-B向横截面结构示意图。 图中1.上轴承架，2.旋转轴，3.弧形框架，4.活动风叶，5.上轴，6.下轴，7.发电 机离合器，8.发电量控制调节装置，9.发电机，IO.电缆，ll.变电室，12.大盘齿轮，13.制 动限速装置，14.下轴承架，15.风轮机构，16.塔架，17.横梁，IS.固定杆，19.叶片开启控 制机构，20.上横杆，21.框架立撑，22.下横杆，23.叶片挡块，24.叶片轴套。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 如图1、2、3、4所示，这种特大型垂直轴风力发电装置，高度60m，直径20m，由4根 设置在地面上的钢筋混凝土材料塔架16以及稳固塔架16的横梁17构成，在上下横梁17 中心通过上轴承架1和下轴承架14垂直设置直径260cm、壁厚12mm的动力旋转轴2，旋转 轴2的底端通过直径15m的大盘齿轮12连接3台发电机离合器7，功率总量为3210KW，发 电机9通过电缆10与变电室11相连。旋转轴2下部的大盘齿轮12上端设有制动限速装 置13，保证在风力较大的情况下使风轮机构15平稳运转。 主要是围绕旋转轴2设置5层多元一体的风轮机构15，每层以旋转轴2为轴心，按 照圆心角120°的角度、对称地设置3个由上横杆20、下横杆22和框架立撑21组成的弧形 框架3，在每个弧形框架3内的左右两翼分别通过上轴5、下轴6及叶片轴套24安装3个活 动风叶4，在活动风叶4与弧形框架3接触处设有叶片挡块23和叶片开启控制机构19，弧 形框架3的外端边之间由固定杆18相连接。发电量控制调节装置8由微机和控制软件以 及安装在大盘齿轮12上的转速传感器构成，当大盘齿轮12上转速能够满足第一台发电机 运转时，计算机发出指令，将第一台1510KW的发电机离合器与大盘齿轮12连接；当大盘齿轮12继续运转，其转速能够满足第二台发电机运转时，计算机发出指令，将第二台1000KW 的发电机离合器与大盘齿轮12连接；最后将第三台700KW的发电机离合器与大盘齿轮12 连接。 如图5、6所示，活动风叶4采用重量比较轻的尼龙或高分子纺织材料制成，同时采 用能够最大效率地利用风能，减少阻力的横截面为"勺"形结构。在每个弧形框架3内的一 侧均安装了 3个活动风叶，距旋转轴2外侧的活动风叶4长度为429cm中间的一个长度为 336cm，靠近旋转轴2内侧的活动风叶4长度为192cm，高均为745cm。弧形框架3内的每一 片活动风叶4，采取偏纵向中心线安装，叶片轴线的一侧长度a大于另一侧长度b。
权利要求
一种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架(16)以及稳固塔架的横梁(17)，在上下横梁(17)中心通过上轴承架(1)和下轴承架(14)垂直设置动力旋转轴(2)，旋转轴(2)的底端通过大盘齿轮(12)连接发电机离合器(7)，发电机(9)通过电缆(10)与变电室(11)相连，其特征在于围绕旋转轴(2)设置1～10层多元一体的无阻力风轮机构(15)，每层以旋转轴(2)为轴心等角度、对称地设置1～5个由上横杆(20)、下横杆(22)和框架立撑(21)组成的弧形框架(3)，在每个弧形框架(3)内的左右两翼分别通过上轴(5)、下轴(6)及叶片轴套(24)安装1～5个活动风叶(4)，在活动风叶(4)与弧形框架(3)接触处设有叶片挡块(23)及叶片开启控制机构(19)，弧形框架(3)的外端边之间由固定杆(18)相连接；发电机离合器(7)连接发电量控制调节装置(8)。
2. 根据权利要求l所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于所说活动风叶(4) 横截面为"勺"形结构。
3. 根据权利要求l所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于所说活动风叶(4) 距旋转轴(2)外侧的面积大于内侧的面积。
4. 根据权利要求1所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于旋转轴(2)上设 有制动限速装置(13)。
5. 根据权利要求l所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于所说大盘齿轮(12)连接1 5台发电机离合器(7)。
6. 根据权利要求l所述的特大型垂直轴风力发电装置，其特征在于弧形框架(3)内 的活动风叶(4)偏纵向中心线安装，叶片轴线的一侧长度大于另一侧长度。
全文摘要
本发明公开了一种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架以及稳固塔架的横梁，在上下横梁中心通过轴承垂直设置动力旋转轴，旋转轴的底端通过大盘齿轮连接发电机离合器，要点是在旋转轴设置多层一体的风轮机构及弧形框架，在每个弧形框架内安装无阻力活动风叶，在活动风叶与弧形框架接触处设有叶片挡块及叶片开启控制机构，发电机离合器连接发电量控制调节装置。本发明发电量大，阻力小，发电总量可达3000kW以上，而且自身重量比较轻，运行安全稳定，维护简单方便，使用寿命长，可以在河滩、海岸、山顶等区域安装使用。
文档编号F03D3/00GK101737270SQ20101010645
公开日2010年6月16日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者王京福 申请人:济南高新开发区中泰环保技术开发中心