专利名称：一种垂直轴风力发电机的中心塔柱及其施工方法
技术领域：
本发明涉及垂直轴风力发电机，尤其是垂直轴风力发电机的中心塔柱结构及其施工方法。
背景技术：
目前，垂直轴风力发电机以其明显的优势已经开始逐渐代替水平轴风力发电机。 垂直轴风力发电机的塔柱上可以安装多台发电机组，以提高风力发电效率。但是现有的塔柱一般为钢管结构，该结构的塔柱所能承受的压力非常有限，且其稳定性不好。受到该结构的制约，塔柱的高度一般不会做得太高，因此塔柱上可安装发电机组的数量就比较少。为了加强塔柱的强度和高度，一些垂直轴风力发电机的塔柱上会向地面拉有钢丝，通过钢丝的作用使塔柱能够更稳定的立于地面上，在稳定的基础上，适当的可增加塔柱的高度和塔柱上发电机组的数量，但是该种塔柱所占的地表面积较大。还有一些垂直轴风力发电机加厚了塔柱的壁厚，使其强度达到要求，但是该种塔柱成本高。另外，现有的垂直轴风力发电机的电机一般直接设安装在塔柱上，目前主要采用外转子的发电机环抱塔柱的结构来实现， 这种结构的电机需要做得比较大，其价格成本高，而且电机的安装难度高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，中心塔柱的强度高，稳定性更好，且成本低；发电机的安装更方便，能够缩小发电机的体积，能够降低垂直轴风力发电机的总体价格。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，中心塔柱的强度更高，稳定性更好，且成本低；发电机的安装更方便，能够缩小发电机的体积，能够降低垂直轴风力发电机的总体价格。为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，所述中心塔柱为钢筋混凝土结构，所述中心塔柱的中心设有从底部直通顶部的通道， 所述中心塔柱上设有两个以上环抱所述中心塔柱的用于安装发电机的安装平台，所述安装平台与所述中心塔柱一体灌浆成型。钢筋混凝土的中心塔柱相对于现有的钢结构的中心塔柱来说，具有施工方便，价格成本低，强度高，稳定性好的优点；由于中心塔柱上的安装平台与钢筋混凝土的中心塔柱为一体化结构，具有足够的强度，可承载发电机、控制柜等设备， 将整套发电设备安装在安装平台上，改变了发电机的安装方式，大大缩小发电机的体积，而且发电机的安装也更方便简单了 ；该种具有多安装平台的中心塔柱结构适合在垂直轴风力发电机上布设多层发电装置，这些发电装置能够互不干扰，能够独立发电，这样一来有助于提高垂直轴风力发电机的总体发电功率；因此，本发明的中心塔柱结构打破垂直轴风力发电机向高功率发展的瓶颈。作为改进，所述安装平台内部设有钢构件，使安装平台的强度更高，承载能力更强。
作为改进，所述钢构件水平设置且贯穿所述中心塔柱形成网格状分布，进一步增加安装平台的强度和承载能力。作为改进，所述中心塔柱内部建筑构造用钢筋延伸至所述安装平台内，使安装平台的强度更高，承载能力更强。作为改进，所述安装平台上设有安装螺孔，所述发电机通过螺栓固定在所述安装平台上。在平面的安装平台上安装发电机，实施起来非常方便。作为改进，所述安装平台上设有防护墙，所述防护墙环绕所述安装平台，所述防护墙上设有门窗形成防风雨的房屋，所述发电机设于所述房屋内，用于保护发电机、控制柜等发电设备免受外界环境影响，确认其运行在安全的环境，能够增加发电设备的使用寿命。作为改进，所述相邻两个安装平台之间的距离用于安装所述垂直轴风力发电机的风轮。中心塔柱上风轮与其对应安装平台上的发电装置组成一个独立的发电单元，发电单元独立工作发电。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，包括以下步骤(1)修建中心塔柱的地基；(2)在所述地基的基础上搭建中心塔柱的内模板和外模板，内、外模板之间形成灌浆腔体，在所述灌浆腔体内预埋钢构件和建筑构造用钢筋，所述内模板呈筒状，所述外模板上设有两个以上用于成型环抱所述中心塔柱用于安装发电机的安装平台的环形凸出腔体， 所述环形凸出腔体与所述灌浆腔体连通；(3)在内、外模板之间灌浆混凝土。作为改进，所述环形凸出腔体内设有钢构件，所述钢构件伸入所述灌注腔体内。作为改进，所述灌注腔体内的钢筋延伸至所述环形凸出腔体内。作为改进，所述步骤(3)中，采用分段灌浆的方式进行灌浆。作为改进，等内、外模板内的混凝土固定成型后，拆除内、外模板，并在安装平台上钻螺孔，所述螺孔用于安装固定所述垂直轴风力发电机的发电机。作为改进，所述相邻两个环形凸出腔体之间的距离大于所述垂直轴风力发电机的风轮高度。本发明与现有技术相比所带来的有益效果是1、钢筋混凝土的中心塔柱强度高，稳定性更好，且成本低；2、钢筋混凝土的中心塔柱可以做得更高，在中心塔柱上可以设置多个安装平台， 安装平台上可以设置发电设备，在加上对应的风轮组成一个独立的发电单元，一台中心塔柱上设置多个发电单元能够增加整个垂直轴风力发电机的发电功率；3、安装平台与中心塔柱为一体成型，安装平台强度高，承载能力强，使发电机、控制柜等发电设备能够安装在安装平台上，该种结构有助于减小发电机的体积，方便发电机的安装及维修。
图1为本发明中心塔柱上安装平台的结构示意图。图2为图1的剖视图。
图3为安装平台的水平剖视图。图4为中心塔柱上具有两个安装平台的结构示意图。图5为本发明中心塔柱与发电单元结合的结构示意图。图6为图4的A处放大图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。如图4所示，一种垂直轴风力发电机，包括中心塔柱1，设置在中心塔柱1上的两个以上的发电单元。所述发电单元主要包括发电机5、控制柜9、风轮4。如图1、2、5所示，所述中心塔柱1为中空的钢筋混凝土结构，所述中心塔柱1上设有两个以上环抱所述中心塔柱1的用于安装发电机5的安装平台2，所述安装平台2与所述中心塔柱1 一体灌浆成型；如图3所示，所述安装平台2内部设有工字钢13，所述工字钢13 水平设置且贯穿所述中心塔柱1，相互垂直交错形成网格状分布，且中心塔柱1内的建筑构造用钢筋3延伸至所述安装平台2内。所述安装平台2上设有安装螺孔，发电机5、控制柜 9等发电设备通过螺栓固定在所述安装平台2上；所述安装平台2上设有防护墙，所述防护墙环绕所述安装平台2，所述防护墙上设有门窗形成防风雨的房屋10，所述发电机5设于所述房屋10内，用于保护发电机5、控制柜9等发电设备免受外界环境影响，确认其运行在安全的环境，能够增加发电设备的使用寿命。所述相邻两个安装平台2之间的距离用于安装所述垂直轴风力发电机5的风轮4。为了以后的维修方便，中心塔柱1上可以设置维修口 (未标示)通往中心塔柱1内的通道12，维修人员就可以通过维修口进入到中心塔柱1的通道12内，在通道12内设置吊笼，维修人员通过吊笼到达中心塔柱1的不同高度，对具有多层发电单元的垂直轴风力发电机5来说是十分方便的；另外上层的发电单元的电缆线还可以通过该通道12进行布线。所述中心塔柱1的施工步骤如下(1)修建中心塔柱1的地基；(2)在所述地基的基础上搭建中心塔柱1的内模板和外模板，内、外模板之间形成灌浆腔体，在所述灌浆腔体内预埋钢构件和建筑构造用钢筋3，所述内模板呈筒状，所述外模板上设有两个以上用于成型环抱所述中心塔柱1用于安装发电机5的安装平台2的环形凸出腔体，所述环形凸出腔体与所述灌浆腔体连通，且所述相邻两个环形凸出腔体之间的距离大于所述垂直轴风力发电机5的风轮4高度；所述环形凸出腔体内设有工字钢13，所述工字钢水平设置且贯穿所述中心塔柱1形成网格状分布，环形凸出腔体内的其他钢构件还可以与灌浆腔体内的钢构件连成一体；所述灌注腔体内的钢筋延伸至所述环形凸出腔体内；(3)采用分段灌浆的方式在内、外模板之间灌混凝土 ；(4)等内、外模板内的混凝土固定成型后，拆除内、外模板，并在安装平台2上钻螺孔。如图6所示，所述风轮4为Φ形风轮，所述风轮4由两片对称设置的叶片41组成； 所述风轮4上端设有第一枢接装置，所述风轮4下端设有第二枢接装置，本实施例中，所述第一枢接装置为第一轴承11，所述第一轴承11的内圈固定套在所述塔柱上，所述第一轴承11的外圈通过连接法兰与所述风轮4上端固定连接；所述第二枢接装置为第二轴承8，所述第二轴承8的内圈固定套在所述塔柱上，套在中心塔柱1上的主齿轮6上端通过连接法兰与所述风轮4下端固定连接，且所述连接法兰与第二轴承8外圈固定连接。所述风轮42通过第一轴承11和第二轴承8与所述中心塔柱1枢接，所述风轮4通过所述第二轴承8与所述主齿轮6联动。所述主齿轮6分别通过一套齿轮传动系统与设置在安装平台2上的发电机5的转轴连接，本实施例中，所述齿轮传动系统为一锥齿轮7，主齿轮6与所述锥齿轮7啮合，且所述锥齿轮7套在水平放置的发电机5的转轴上，因此，风轮4通过主齿轮6和锥齿轮7与所述发电机5的转轴联动，实现由风轮4的垂直旋转转变成发电机5的水平旋转，对于垂直轴风力发电机5来说，发电机5的安装更简单方便了。所述第一轴承11与第二轴承8之间设有两根以上均勻分布在同一圆周上的连接管，连接管上端与第一轴承11的外圈固定连接，连接管的下端与第二轴承8的外圈固定连接，第一轴承11外圈通过所述连接管与所述第二轴承8外圈联动同步。所述钢管的分布构成一个鼠笼结构，由于叶片41上端的风速与下端的风速往往不一样，上端的风速一般比下端的风速大，从而会造成叶片41在旋转时上端的速度比下端的速度快，但是由于叶片41是一个整个结构，叶片41的上端和下端必须具有同步的转速，这样一来叶片41有可能会发生扭曲，从而破坏叶片41的最佳迎风面积，降低叶片41对的风能的利用率。鼠笼的设计正是为了传递叶片41上端的力矩到叶片41下端，使叶片41在旋转过程中，尽可能的降低叶片 41的扭曲程度。所述主齿轮6与锥齿轮7之间设有控制齿轮传动系统与主齿轮6连接的离合器 (未标示)，所述风轮4及发电机5的转轴上设有速度传感器(未标示)，所述速度传感器与所述离合器电连接。当速度传感器检测到风轮4或发电机5的转轴转速超过预设值时，发送信号至离合器，使离合器断开齿轮传动系统与主齿轮6的连接；当速度传感器检测到风轮4 转速回到预设值内时，发送信号至离合器，使离合器重新连接齿轮传动系统与主齿轮6。由于钢筋混凝土的中心塔柱1与安装平台2 —体灌浆成型，安装平台2强度高，承载能力强，使发电机5、控制柜9等发电设备能够安装在安装平台2上。如图4所示，同一安装平台2上可以设置多个发电机5，将一个风轮4带动多个发电机5同时发电，以提高整个风力发电机5的发电功率。风轮4受风力作用旋转，其动力依次通过主齿轮6、齿轮传动系统传递到每台发电机5的转轴，为每一台发电机5提供机械能，从而进行发电。通过齿轮传动系统可以改变主齿轮6与发电机5的转轴的转速比，尽管风轮4的转速较低，但是经过齿轮传动系统的调整后，同样可以输出较大的转速到发电机5的转轴上，从而可以利用高转速的发电机5，高转速的发电机5与现有技术低转速发电机5相比，在同样的发电功率下，高转速的发电机5体积更小；风轮4的负载减小，启动风速更小，有利于风力发电机5在低风速时也能够发电；每台发电单元中的发电机5体积较小，其制造成本低，且降低维修检修难度；塔柱上可安装的发电单元数量更多，进一步提高了风力发电机5的发电功率。
权利要求
1.一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述中心塔柱为钢筋混凝土结构，所述中心塔柱的中心设有从底部直通顶部的通道，所述中心塔柱上设有两个以上环抱所述中心塔柱的用于安装发电机的安装平台，所述安装平台与所述中心塔柱一体灌浆成型。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述安装平台内部设有钢构件。
3.根据权利要求2所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述钢构件水平设置且贯穿所述中心塔柱形成网格状分布。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述中心塔柱内部建筑构造用钢筋延伸至所述安装平台内。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述安装平台上设有安装螺孔，所述发电机通过螺栓固定在所述安装平台上。
6.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述安装平台上设有防护墙，所述防护墙环绕所述安装平台，所述防护墙上设有门窗形成防风雨的房屋，所述发电机设于所述房屋内。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱，其特征在于所述相邻两个安装平台之间的距离用于安装所述垂直轴风力发电机的风轮。
8.—种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，其特征在于包括以下步骤(1)修建中心塔柱的地基；(2)在所述地基的基础上搭建中心塔柱的内模板和外模板，内、外模板之间形成灌浆腔体，在所述灌浆腔体内预埋钢构件和建筑构造用钢筋，所述内模板呈筒状，所述外模板上设有两个以上用于成型环抱所述中心塔柱用于安装发电机的安装平台的环形凸出腔体，所述环形凸出腔体与所述灌浆腔体连通；(3)在内、外模板之间灌混凝土。
9.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，其特征在于所述环形凸出腔体内设有钢构件，所述钢构件伸入所述灌注腔体内。
10.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，其特征在于所述灌注腔体内的钢筋延伸至所述环形凸出腔体内。
11.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，其特征在于所述步骤(3)中，采用分段灌浆的方式进行灌浆。
12.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，其特征在于等内、外模板内的混凝土固定成型后，拆除内、外模板，并在安装平台上钻螺孔，所述螺孔用于安装固定所述垂直轴风力发电机的发电机。
13.根据权利要求8所述的一种垂直轴风力发电机的中心塔柱的施工方法，其特征在于所述相邻两个环形凸出腔体之间的距离大于所述垂直轴风力发电机的风轮高度。
全文摘要
一种垂直轴风力发电机的中心塔柱及其施工方法，施工步骤修建中心塔柱的地基；在地基上搭建中心塔柱的内模板和外模板，内、外模板之间形成灌注腔体，在所述灌注腔体内预埋钢构件，所述内模板呈筒状，所述外模板上设有两个以上用于成型环抱所述中心塔柱用于安装发电机的安装平台的环形凸出腔体，所述环形凸出腔体与所述灌注腔体连通；在内、外模板之间灌混凝土。钢筋混凝土的中心塔柱强度高，稳定性更好，且成本低；钢筋混凝土的中心塔柱可以做得更高，在中心塔柱上可以设置多个安装平台，安装平台上可以设置发电设备，发电设备和风轮组成一个独立的发电单元，一台中心塔柱上设置多个发电单元能够增加整个垂直轴风力发电机的发电功率。
文档编号E04G21/00GK102400588SQ20111031302
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年8月11日
发明者邓允河 申请人:邓允河