专利名称：多级叶轮风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明属于风力发电技术领域，涉及一种风力发电设备，尤其是一种多级叶轮风 力发电机。
背景技术：
目前，风力发电机为获得更大的电力，大型化成为发展趋势。现有的风力发电机分 为水平轴式发电机和竖直轴式发电机两种，这两种发电机，为了获得更大的采风量，叶轮叶 片长度做得也越来越大。几十吨、上百吨重的发电机组设置在100多米高的支架上端，高空 的安装、调试和修理都必须配合大型升降机械高空作业。由于重心较高，所以这种风力发 电机在强风下很容易倒塌，造成重大事故。现有的水平轴式和竖直轴式单叶轮风力发电机 在风力过大时实现减小采风面保护发电设备的安全都是通过变叶齿轮箱对叶片进行变向 调节，而变叶齿轮箱结构复杂，容易损坏，由此导致该风力发电机的故障率很高，通常风力 发电机80%的故障都出在变叶变速箱上。另外，如此巨大的叶片，现有技术中通常使用强 化塑料，大型注塑件加工精度就难于提高，加上这种强化塑料随时间推移还会逐渐产生微 小的收缩和老化，这样影响了机组的使用寿命。风力发电机的使用特点之一是要分散安置 在旷野，大型风力发电机的风机叶片位于最高点，易受雷击。现有技术中的风力发电机的避 雷装置要安装在叶片上，受限于叶片转动结构，避雷效果不佳，因此，时有风力发电机遭雷 击的事故发生，而遭受雷击，常引起机电系统过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧 毁、发电机等贵重部件被击穿和电器设备的损坏；除了这些部件设备损失之外，还造成修复 其间无法发电带来的损失，所以，雷害也是威胁风机安全运行和经济运营的严重问题。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的缺陷，提供一种结构合理，可有效抵抗头重脚 轻的风塔翻倒、雷电击毁，避免风塔过高、叶片过长危险因素增强，安装难度加大等先天不 足，使之无论弱风和强风都可得到充分利用，且便于安装、调试和修理的一种多级叶轮风力 发电机。本发明的目的是这样实现的本发明提供的多级叶轮风力发电机，包括叶轮转轴组件、塔架和发电机组件，所述 叶轮转轴组件包括一个转轴、若干风力叶轮，在所述转轴上沿轴向设置所述的若干风力叶 轮，在每个所述风力叶轮和所述转轴之间都设置离心式离合器，使得所述风力叶轮与所述 转轴有如下两种状态其一是在风力叶轮的转速在一设定值以下时与所述转轴连接，推动 该转轴转动，其二是在风力叶轮的转速在一设定值以上时风力叶轮与所述转轴脱离结合， 风力叶轮空转；在该塔架上设置所述叶轮转轴组件，所述转轴连接所述发电机组，所述转轴 可转动地支承在所述塔架上。
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所述转轴可以是竖直设置的，也可以是水平设置的，还可以是组合状态，即转轴包 括水平设置的，也包括竖直设置的。所述转轴竖直设置，可以是这样的结构在该竖轴上设置所述的若干风力叶轮，每 个所述风力叶轮与竖轴之间设有所述离心式离合器；还可以是这样的结构在该竖轴上通 过传动机构连接若干支杆轴，在每个所述支杆轴上设置一个所述风力叶轮，该风力叶轮和 所述支杆轴之间设置所述离心式离合器，所述竖轴上的若干风力叶轮，从下向上，其叶片长 度逐渐减小。这时，所述发电机组设置在所述竖轴的下端，所述竖轴可转动地设置在所述塔架 上。所述转轴水平设置，可以是这样的结构在该水平转轴上设置若干风力叶轮，每个 所述风力叶轮与水平转轴之间设有所述离心式离合器；所述水平转轴上的若干风力叶轮， 其叶片长度相等或不相等在该水平转轴的一端连接发电机组或者，该水平转轴连接传动装置，通过传动装 置与设置在该水平转轴下面的发电机组连接；所述水平转轴的一端设置在一竖立的支架 上，或者，该水平转轴的两端设置在一支架上。一种组合式转轴结构，其包括一根水平设置的转轴和一根竖直设置的转轴，在该 水平转轴上设置若干风力叶轮，每个所述风力叶轮与水平转轴之间设有所述离心式离合 器，所述水平转轴通过传动机构连接在竖直设置的所述转轴上，驱动该竖直设置的转轴转 动。所述发电机组设置在所述竖直设置转轴的下端。所述水平的转轴和所述竖直设置 的转轴都可转动地设置在塔架上。还有一种组合式结构，即所述转轴为一根竖直设置的转轴和至少两根水平设置的 转轴，所述水平设置的转轴通过传动机构与所述竖直设置的转轴连接，在每根所述水平设 置的转轴上设置所述若干个风力叶轮，每个所述风力叶轮与水平转轴之间设有所述离心式 离合器；上下不同高度设置的水平转轴上设置的风力叶轮的叶片长度为，在较高处水平转 轴上的叶轮的叶片长度较短；在同一水平转轴上的各个叶轮，其叶片长度可以是相同的，也 可以是不同的。所述发电机组设置在所述竖直设置转轴的下端。所述竖直的转轴和水平的 转轴可转动地设置在塔架上。所述风力叶轮和所述转轴之间设置的离心式离合器，包括主动件、离心体和从动 件，所述主动件即为风力叶轮，所述从动件即为其上设置所述叶轮的所述转轴，该转轴和离 心体上相应处分别设有相匹配的可结合或脱离结合的结合结构，所述离心体可在所述风力 叶轮和所述转轴之间运动使得与所述转轴结合或脱离结合地固定在所述风力叶轮上，在所 述离心体和所述风力叶轮之间还设有一弹性复位装置。由风力驱动风力叶轮旋转，在某一 设定转速以下，所述离心体通过所述弹性复位装置牵拉而与所述转轴结合而驱动转轴转 动，在当风力增大，使得风力叶轮的转速在所述设定转速以上时，离心体被甩出而与转轴脱 离接触，此时叶轮空转；当风力减弱到风力叶轮的转速回到设定转速或以下时，在弹性复位 装置的作用下，离心体重新与转轴结合，驱动转轴转动。在所述塔架的与所述离心式离合器上的离心体相对应的位置上还设有刹车装置， 使得当所述风力叶轮的转速超过所述设定转速后被甩出后与该刹车装置接触而减缓其转速。所述离心体及其与所述风力叶轮之间的连接结构可以是所述离心体为一摆锤， 其由一锤头和一摆臂连杆固联而成，摆臂连杆一端与所述风力叶轮铰接固定，锤头和所述 转轴相应处设有可结合或脱离结合的结合结构。所述离心体和转轴或是摆锤和转轴之间的结合结构可以是多种机械结构。例如， 可以是转轴上设单向棘轮，离心体或摆锤上设置相应的拨齿部。一种具体的所述离心式离合器可以是这样的结构该离心式离合器中的所述离心 体包括单向棘轮、摆锤和复位弹簧，所述结合结构在所述转轴上为一单向棘轮设置在与所 述风力叶轮相对应的转轴上，所述摆锤包括一个与所述棘轮上的棘齿啮合或脱离啮合拨齿 部的的所述结合结构的锤头和一个摆臂连杆，所述摆臂连杆的一端连接所述锤头，其另一 端铰接在所述风力叶轮上，在所述转和摆臂连杆之间连接所述复位弹簧。进一步地，在对应每层塔架支承架的塔架上围绕在所述摆锤外面设置有刹车环， 在所述锤头的外端表面上和相应刹车环的内壁上设有摩擦片。所述风力叶轮上的叶片为蜂窝结构夹层板。所述塔架为横截面为三角形的三角塔架，和/或，所述塔架横截面自下而上减小； 自上而下，在塔架上设置多层支承架，在支承架上设置穿孔供竖向转轴设置，在所述竖向转 轴和支承架之间设置轴承。各个所述风力叶轮的叶片都在所述塔架的框架之内。所述竖直设置的转轴为多段式结构，每段轴与段轴之间通过柔性联轴器或弹性联 轴器连接，且每个轴段都对应一个所述风力叶轮。当转轴为水平设置时，在该水平的转轴与发电机组连接的轴段上设置所述的柔性 或弹性联轴器。在所述塔架的顶端设置避雷装置。本发明提供的多级叶轮风力发电机，改变了现有技术中为了增大采风面只是一味 将单叶轮增大的习惯思路，采用在转轴上设置若干个风力叶轮，虽然每个叶轮的叶片长度 减小了，但是，比现有水平轴长浆单叶轮风力发电机，本发明发电系统的采风面自上而下分 布，不光采风面积没有减少，且对于风力的利用率更高。现有技术中，一个风力叶轮设在较 高处，当风力过大叶轮角速度超过设定值时，通过变叶齿轮箱调整叶片的角度，减小迎风面 积，降低叶轮转速以确保安全。自然来风，在高度方向上通常都是高处风力较大，而低处风 力较小，所以，刮强风时，较低水平高度上的风力会相对较小，而这时较低处的风力也许正 好适合作为发电机叶轮的推动力，而现有风力发电机或者在低水平高度不设叶轮，或者低 处所设叶轮的叶片长度与高处的一样，对低空风力都没有很好地利用。而本发明，由于叶 轮自上而下排布，且自上而下，叶轮的叶片长度逐渐增大，，这种前所未有创新的多级叶轮 竖式排列设置，无需人为调节风向以加强风力，可接“八面来风”，而且，本风力发电机在很 大的风力范围内都可以勻速正常、不间断地发电，以竖直转轴的本风力发电机为例，在强风 下，从最顶部叶片最短的风力叶轮开始，依次与转轴脱离结合，这样，可以确保不过载，安全 发电，在弱风下，例如在2级风力情况下，竖轴上部设置的一些叶片长度较小位置较高处的 风力叶轮仍然可以被风吹动而推动转轴转动而发电，所以，本风力发电机在诸如强风和弱 风的较大风力强度范围内下均可以均勻发电。因此，本风力发电机可产生比普通风力发电机还大的电力。同时，本发明一改现有技术中通过变叶齿轮箱调节风力叶轮的叶片角度的 常规结构，通过在风力叶轮和转轴之间设置离心式离合器解决强风过载保护问题。因此，使 得本风力发电机的结构大大简化，高举塔顶的机头重量大大减少，整体结构重心大大降低， 故障率、维修量也相对大幅度下降，从而既提高了稳定性，又提高了风力发电机的使用寿命 和经济性。而且，使用本发明提供的风力发电叶轮转轴组件，与叶轮连接的转轴水平设置也 不会像现有水平轴式风力发电机那样头重脚轻，可有效避免风塔过高、叶浆过长危险因素 增强，安装难度加大等先天不足，使得风力发电机的安全性大大提高。本风力发电叶轮转轴 组件和发电系统中的多级叶轮结构，加上转轴的多段式结构，在安装时可以分段安装，而在 高处是设置较小的叶轮，故而安装、调试和修理都很方便。因此，本发明提供的多级叶轮风 力发电机结构合理，可有效抵抗强风翻倒、可充分利用风能且便于安装、调试和修理。
图1为本发明提供的多级叶轮风力发电机一种结构的结构示意图；图2为风力叶轮与竖轴通过离心式离合器结合的主剖视结构示意图；图3为风力叶轮与竖轴通过离心式离合器结合的俯视结构示意图；图4为构成多段式竖轴中的弹性联轴器的结构示意图；图5为另一种竖轴多级叶轮风力发电机的结构示意图；图6为一种水平轴式多级叶轮风力发电机的结构示意图；图7为另一种水平轴式多级叶轮风力发电机的结构示意图；图8竖轴与水平轴组合式的多级叶轮风力发电机即矩阵式叶轮风力风力发电叶 轮转轴组件的结构示意图；图9为蜂窝结构叶轮叶片的结构示意图。
具体实施例方式如图1、2和3所示，本发明提供的多级叶轮风力发电机包括一三角形截面的塔架 1和一涡轮风力发电机。所述塔架1是横截面为三角形的三角塔架。这种三角塔架与现有矩形截面塔架相 比，因为其多个侧向迎风面为侧向面，不易被风翻倒。在该塔架1的纵向自上而下设有若干 层塔架支承架10，在各层该塔架支承架上设有穿孔11。所述涡轮风力发电机包括一个竖轴2和若干风力叶轮3，该竖轴2穿过各层塔架支 承架10上的穿孔11，通过轴承21可转动地与各层塔架支承架10固定，在对应各层所述塔 架支承架之间的空间中分别设置一个所述风力叶轮3，所述风力叶轮3包括中心的轮毂台 板31和固设在轮毂台板外廓的叶片32，风力叶轮3的轮毂台板32和竖轴2之间设置轴承 22，通过轴承风力叶轮可转动地固定在所述竖轴2上，在所述竖轴2的下端连接发电机组5。在所述风力叶轮3和所述竖轴2之间设置离心式离合器4，使得所述风力叶轮3与 所述竖轴2有如下两种状态其一是在风力较小时风力叶轮与所述竖轴连接，推动该竖轴 转动，其二是在风力较大时风力叶轮与所述竖轴脱离结合，风力叶轮空转。在每个风力叶轮3和所述竖轴2之间设置的所述离心式离合器4可以是这样的结 构如图2、3所示，该离心式离合器包括单向棘轮41、摆锤42和复位弹簧43，所述单向棘轮41设置在所述塔架支承架间与所述风力叶轮相对应的竖轴2上，所述摆锤42包括一个与所 述棘轮41上的棘齿啮合或脱离啮合结合端的锤头421和一个摆臂连杆422，所述摆臂连杆 422的一端连接所述锤头421，其另一端通过铰接轴423铰接在所述风力叶轮3的轮毂台板 31上，在所述竖轴2和摆臂连杆422之间连接所述复位弹簧43。在静止状态下，摆锤42上的锤头421与竖轴2上的单向棘轮相啮合，当风力较小 时，风力叶轮转动，即可带动竖轴转动，从而进行风力发电。等风力增大时，使得摆锤42受 到较大的离心力，锤头421与棘轮脱离啮合，这时，风力叶轮空转而不驱动竖轴转动。本发明设计的风力叶轮在风力较大时与发电机组例如涡轮发电机的主轴脱离结 合的结构，可以避免因风力过大而造成涡轮发电机在强风下机件的损坏。这样的设计，看 似没有充分地利用风能，但实际上却是更加合理地利用了风能。风力总是高处较强低处较 弱。现有技术中水平轴风力发电机为了得到较大的风力，将塔架建得越来越高，而对于较低 处的风力却未加考虑给予利用。而本发明提供的风力发电机，通过在竖轴上从上到下设置 多级风力叶轮，将较低处的风力也利用起来。当风力较大时，竖轴上部一些风力叶轮转速过 快，可能对发电机产生不利影响，则通过离合器使其脱离对竖轴的驱动，而这时处于较低位 置的风力叶轮得到的风力却是合适发电的强度，这些叶轮仍然与竖轴连接，驱动竖轴。因 此，本风力发电机对风力的利用应该是更加充分，也更加安全。风力过大，叶轮与竖轴脱离 啮合，对于发电机系统给予保护。过大的风力使得叶轮高速转动，叶轮脱离转轴后的高速空 转对于叶轮本身也有不利影响。为了避免风力过大损坏叶轮，可以在所述塔架支承架上设 有刹车装置，使得当叶轮脱离转轴后风力超过一定强度时，可以与该刹车装置接触而减缓 其转速。在对应每层塔架支承架10的塔架上围绕在所述摆锤42外面设置有刹车环44，在 刹车环44的内侧壁上设有摩擦片441，在所述锤头421的外端表面上设有摩擦片424。当 风力过大时，在离心力的作用下锤头421与其外面的刹车环接触，在刹车环和锤头上的摩 擦片的作用下，可以对风力叶轮减速，对风力叶轮给予保护。本发明提供的刹车装置，由于 离合器中的离心体是一端铰接在叶轮上的摆锤结构，当风力增大，在离心力的作用下摆锤 的锤头向外运动，与刹车环接触使得叶轮的转速瞬间降低，锤头即与刹车环分离，当风速再 增大，锤头又会与刹车环接触一下又分离，这样对于叶轮就实施了点刹，比起抱紧刹车，这 样的点刹可以对叶轮平稳的减速，不会产生振动，确保发电系统的安全和叶片的使用寿命。为了提高风力叶轮的强度，所述风力叶轮上的叶片32可以为蜂窝结构夹支承架 (如图9所示)，其可以为轻质金属例如铝合金材料制造，也可以是适应使用环境的各种材 料制造。本涡轮风力发电机的所述竖轴上的若干风力叶轮，从下向上，其叶片长度逐渐减 小。各个所述风力叶轮的叶片都在所述塔架的框架之内。这样的结构可以使得所有风力叶 轮都处于三角形截面的塔架的框架式高压屏蔽罩内，如果塔架具有避雷装置，可以保护所 有叶轮和发电机组。塔架的避雷装置6安装在塔架1的顶端。本风力发电系统的竖轴通常需要几十米，甚至上百米的高度，为了便于制造，降低 安装和制造精度，所述竖轴2优选为多段式结构，每段轴段之间通过柔性联轴器连接。且每 个轴段对应设置一个所述风力叶轮。所述的联轴器例如可选用弹性联轴器(如图4所示)。 具体的，该联轴器70包括弹性件71、连接法兰201和连接法兰72以及防松螺栓73，在两个轴段20的相邻的端部设置法兰201、72，法兰和轴段20可以焊接、也可以螺接连接，或通过 过盈配合固联，在两个轴段之间设置由包括柔性材料或弹性材料制成的弹性件，通过防松 螺栓73连接两个法兰，将两个轴段连接起来。本竖轴2的这种分段式结构可以补偿竖轴的 偏移，对于叶轮随风力与竖轴离合的冲击和振动能够得到很好的缓冲和吸收。本发明提供的三角塔架设计有四大特征其一，其为最简单节约之稳定结构，尤其 采取以单个风轮为组件的层层加高的安装方式，比现有单塔式风机，无论在结构上，还是在 安装(包括调试)和维护上都显示出更加简约、便捷的特征；其二，基于前一设计理念，本发 明更适于海上、山地等地形复杂风场的使用；其三，基于前二点特征，本发明在风场即采风 点的选择上更加灵活，可在偏远海岛、山区村镇独立设置，分散供电，无需铺设电缆并入电 网；其四，此结构还可以使所有风力叶轮都处于三角形截面的塔架的框架式高压屏蔽罩内， 在塔架顶端设有避雷装置，因而可以保护所有叶轮和发电机组不被雷电击毁。本发明提供的竖直设置转轴的多级叶轮风力发电机在风速为2m/s的微风下即可 运行发电，在风力逐渐增大时，从顶上的风力叶轮向下顺序与转轴脱离结合，且结构合理、 易损部件少，维修量小，便于安装、维护，使用寿命可达20-50年。本发明提供的多级叶轮风力发电机，其中所述转轴除了如前所述竖直设置之外， 还可以有以下一些结构形式。如图5所述，在该竖轴8上通过传动机构例如一对锥齿轮81连接若干支杆轴82， 在每个所述支杆轴82上设置一个所述风力叶轮3，该风力叶轮3和所述支杆轴82之间设置 所述离心式离合器。这时，所述发电机组设置在所述竖轴8的下端。竖轴上设置轴承21与塔架连接支承。上述结构中，上部支杆轴82上的叶轮叶片长度较小，下部支杆轴82上的叶轮叶片 长度较大。其它结构如前述实施例。所述转轴也可以是水平设置的。如图6所示，在该水平转轴9上设置若干风力叶轮3，每个所述风力叶轮3与水平 转轴9之间设有所述离心式离合器；在该水平转轴9的一端连接发电机组5(图中未示出)，在水平转轴的与发电机组 之间的轴段上设置一个柔性或弹性联轴器70即可；所述水平转轴的一端设置在一竖立的 支架100上，或者，该水平转轴的两端都设置在支架上。水平转轴上设置轴承21与塔架连 接支承。所述转轴水平设置，也可以是这样的结构如图7所示，在该水平转轴9上设置若 干风力叶轮3，每个所述风力叶轮与水平转轴之间设有所述离心式离合器，所述水平转轴9 的一端通过传动机构例如一对锥齿轮81连接在一个竖直设置的转轴8上，驱动该竖直设置 的转轴转动。水平转轴的另一端可以支承在一支架200上。所述发电机组5设置在所述竖直设置转轴8的下端(图中未示出)。在连接发电 机组和连接所述传动机构如锥齿轮81之间的竖直设置的转轴上设置一个柔性或弹性联轴 器70。前述的两个实施例中设置在水平转轴上的各个风力叶轮的叶片长度可以是相等 的，也可以是不等的。
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还有一种组合式结构，如图8所示，即所述转轴为一根竖直设置的转轴8和至少两 根水平设置的转轴9，所述水平设置的转轴9的一端通过传动机构例如一对锥齿轮81与所 述竖直设置的转轴8连接，在每根所述水平设置的转轴9上设置所述若干个风力叶轮，每个 所述风力叶轮与水平转轴之间设有所述离心式离合器，该结构可以是与前述图6、图7所示 的结构相同的。各个水平转轴的另一端支承在支架200上。水平转轴上设置轴承21与塔 架连接支承。发电机组5连接在竖直设置的转轴9的下端。由此组成矩阵式风力发电机。 这样的结构可以有效增大采风面。在该结构中，上部水平转轴9上的叶轮叶片长度较小，下 部水平转轴9上的叶轮叶片长度较大。在竖直设置的转轴的每个锥齿轮之间以及连接发电 机组和连接所述传动机构之间的轴段上设置柔性或弹性联轴器70。本发明的风力叶轮上的叶片采用金属材料，采用蜂窝结构夹层板制造，与现有技 术中玻璃钢制叶片相比具有如下优点1、蜂窝结构夹层板制叶片强度高容易实现设计精 度，而且不易老化，所以寿命长；2、蜂窝叶片重量轻，特别是在弱风情况下发电效率高，玻璃 钢反之。本风力叶轮的叶片可以为弧面设计，与现有的平板叶片设计结构不同，无需在塔架 上设置导风板，不同方向的来风都可以将其吹动。
权利要求
一种多级叶轮风力发电机，其特征在于包括叶轮转轴组件、塔架和发电机组件，所述叶轮转轴组件包括一个转轴、若干风力叶轮，在所述转轴上沿轴向设置的若干所述风力叶轮，在每个所述风力叶轮和所述转轴之间都设置离心式离合器，使得所述风力叶轮与所述转轴有如下两种状态其一是在风力叶轮的转速在一设定值以下时与所述转轴连接，推动该转轴转动，其二是在风力叶轮的转速在一设定值以上时风力叶轮与所述转轴脱离结合，风力叶轮空转；在该塔架上设置所述叶轮转轴组件，所述转轴连接所述发电机组，所述转轴可转动地支承在所述塔架上。
2.根据权利要求1所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于所述转轴是竖直设置的， 和/或，所述转轴是水平设置的。
3.根据权利要求2所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于所述转轴竖直设置，在该 竖轴上设置若干所述的风力叶轮，每个所述风力叶轮与竖轴之间设有所述离心式离合器， 所述发电机组设置在所述竖轴的下端；所述竖轴可转动地设置在所述塔架上，所述竖轴上 的若干所述风力叶轮，从下向上，其叶片长度逐渐减小；或者，所述转轴竖直设置，在该竖轴上通过传动机构连接若干支杆轴，在每个所述支杆轴上 设置一个所述风力叶轮，该风力叶轮和所述支杆轴之间设置所述离心式离合器，所述发电 机组设置在所述竖轴的下端；所述竖轴可转动地设置在所述塔架上，所述竖轴上的若干所 述风力叶轮，从下向上，其叶片长度逐渐减小；或者，所述转轴水平设置，在该水平转轴上设置若干所述风力叶轮，每个所述风力叶轮与所 述水平转轴之间设有所述离心式离合器，在该水平转轴的一端连接所述发电机组或通过传 动装置与设置在该水平转轴下面的发电机组连接；所述水平转轴的一端设置在一竖立的所 述塔架上，或者，该水平转轴的两端设置在所述塔架上，所述水平转轴上的若干所述风力叶 轮，其叶片长度相等或不相等；或者，所述转轴为组合式转轴结构，其包括一根水平设置的转轴和一根竖直设置的转轴，在 该水平转轴上设置若干所述风力叶轮，每个所述风力叶轮与该水平转轴之间设有所述离心 式离合器，所述水平转轴上的若干所述风力叶轮，其叶片长度相等或不相等；所述水平转轴 通过传动机构连接在所述竖直设置的转轴上，驱动该竖直设置的转轴转动，所述发电机组 设置在所述竖直设置转轴的下端；所述水平的转轴和竖直设置的转轴可转动地设置在所述 塔架上；或者，所述转轴为组合式转轴结构，其包括一根竖直设置的转轴和至少两根水平设置的转 轴，水平设置的所述转轴通过传动机构与竖直设置的所述转轴连接，在每根水平设置的所 述转轴上设置若干个所述风力叶轮，每个所述风力叶轮与该水平转轴之间设有所述离心式 离合器；同一所述水平转轴上的若干所述风力叶轮，其叶片长度相等或不相等；上下不同 高度设置的所述水平转轴上设置的所述风力叶轮的叶片长度为，在较高处水平转轴上的叶 轮的叶片长度较短；所述发电机组设置在竖直设置所述转轴的下端；竖直的所述转轴和水 平的所述转轴可转动地设置在所述塔架上。
4.根据权利要求1所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于所述风力叶轮和所述转 轴之间设置的离心式离合器，包括主动件、离心体和从动件，所述主动件即为风力叶轮，所 述从动件即为其上设置所述风力叶轮的所述转轴，该转轴和离心体上相应处分别设有相匹 配的可结合或脱离结合的结合结构，所述离心体可在所述风力叶轮和所述转轴之间运动使得与所述转轴结合或脱离结合地固定在所述风力叶轮上，在所述离心体和所述风力叶轮之 间还设有一弹性复位装置；或者，所述风力叶轮上的叶片为蜂窝结构夹层板；或者，所述风力叶轮的叶片为弧面的。
5.根据权利要求4所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于在所述塔架与所述离心 式离合器上的离心体相对应的位置上还设有刹车装置，使得当所述风力叶轮的转速超过设 定转速被甩出后与该刹车装置接触而减缓其转速。
6.根据权利要求4所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于所述离心体与所述风力 叶轮之间的连接结构是所述离心体为一摆锤，其由一锤头和一摆臂连杆固联而成，摆臂连 杆一端与所述风力叶轮铰接固定。
7.根据权利要求4所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于所述离心式离合器是这 样的结构该离心式离合器中的所述离心体包括摆锤和复位弹簧，所述结合结构在所述转 轴上为一单向棘轮，设置在与所述风力叶轮相对应的所述转轴上，所述摆锤包括一个其上 设有与所述棘轮上的棘齿啮合或脱离啮合的所述结合结构的拨齿部的锤头和一个摆臂连 杆，所述摆臂连杆的一端连接所述锤头，其另一端铰接在所述风力叶轮上，在所述转轴和摆 臂连杆之间连接所述复位弹簧；或者且，在对应每层塔架层板的塔架上围绕在所述摆锤外 面设置有刹车环，在所述锤头的外端表面上和相应刹车环的内壁上设有摩擦片。
8.根据权利要求3所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于在所述转轴竖直设置时， 所述竖轴上的若干所述风力叶轮，从下向上，其叶片长度逐渐减小，或者，在包括一根竖轴和至少两个水平转轴的组件中，上部所述水平转轴上的该风力叶轮直 径较小，下部所述水平转轴上的该风力叶轮直径较大，同一所述水平转轴上的若干风力叶 轮，其叶片长度相等或不相等；或者，在包括一根水平设置的转轴和一根竖直设置的转轴的转轴组件中，设置在所述水平转 轴上的若干叶轮，其叶片长度相等或不相等；或者，在该竖轴上通过传动机构连接若干支杆轴的所述组件中，上部所述支杆轴上的该风力 叶轮直径较小，下部所述支杆轴上的该风力叶轮直径较大；或者，所述竖直设置的转轴为多级段式结构，每段轴段之间通过柔性或弹性联轴器连接，且 每个轴段上设置一个所述风力叶轮。
9.根据权利要求1所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于各个所述风力叶轮的叶 片都在所述塔架的框架之内；或者，在所述塔架的顶端设置避雷装置。
10.根据权利要求2或3或9所述的多级叶轮风力发电机，其特征在于所述塔架为横 截面为三角形的三角塔架，和/或，所述塔架横截面自下而上减小；自上而下，在塔架上设 置多级层支承架，在所述支承架上设置穿孔供竖直设置的所述转轴设置，在竖向所述转轴 和塔板之间设置轴承。
全文摘要
本发明提供一种多级叶轮风力发电机，包括一塔架和一风力发电机，在该塔架上纵向设有若干层塔架支承架，在各层该塔架支承架上设有穿孔，所述风力发电机包括一个竖轴和若干风力叶轮，该竖轴穿过各层塔架支承架，可转动地与各层塔架支承架固定，在对应各层所述塔架支承架之间的空间中分别设置所述风力叶轮，所述风力叶轮可转动地固定在所述竖轴上，在所述竖轴的下端连接发电机组。本发明提供的多级叶轮风力发电机在风速为2m/s的微风下即可运行发电，在强风下也能够安全发电，且结构合理、易损部件少，维修量小，便于安装、维护，使用寿命可达20-50年。
文档编号F03D1/02GK101852179SQ20091021077
公开日2010年10月6日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者卢国骥 申请人:卢国骥;严硕勤