专利名称：直轴多叶球型轮式风电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风电装置，特别是指一种由众多叶片组合成风轮的直轴多叶 片球型轮式风电装置。
背景技术：
目前，风力发电装置分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，水平轴风力发 电机是目前技术最成熟，占据市场主流的产品。而垂直轴风力发电机由于研究起步晚，研究 方法落后，导致目前垂直轴风力发电机在设计上存在缺陷，规模难以扩大，在当今水平轴风 力发电机出现6000KW时，垂直轴风力发电机还没有1000KW的样机出现。2008年12月31日公开的中国专利200810063467. 5公布了一种垂直轴多叶片水 平轮式风电装置，包括垂直于水平面的主轴及围绕着主轴并与水平面平行的主圈，有若干 个叶片被主圈穿过并固定于主圈上，主圈与主轴联动连接配合，围绕着主轴设有辅助圈且 穿过个叶片受风面得延伸端并与叶片固定连接配合。此发明的有效受风面积仅为单个叶片 的纵向截面，而且其上下表面为敞开式的结构将会影响风电装置的采风率，进而影响发电 效率。
发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种采风面广，风能利用率高，支撑 结构合理的垂直轴多叶片球型轮式风电装置。为了实现以上目的，本实用新型设计的多叶片球型轮式风电装置所述的风轮由围 绕着旋转轴的多条经筋和纬筋组成网络格形式的球形框架，球形框架表面各相连两条纬筋 之间由众多叶片按顺时针方向呈一定角度固定组合成球形的风轮。球形的风轮使多叶片球 型轮式风电装置的受风面达到最大面积，并使风进入风轮后在球形体内旋转，从而增加了 风对风轮的作用面积和风在风轮内外的作用时间，产生的旋转力能进一步转化为电能。本实用新型的进一步设置所述的旋转轴由与水平面垂直的上旋转轴和下旋转轴 组成，上、下旋转轴之间通过连杆连接，连接处由法兰盘固定。风轮沿着旋转轴轴线的上下 极分别安置有上花盘和下花盘，上花盘和下花盘分别固定于上旋转轴和下旋转轴，固定方 式一般为螺栓固定。经筋的一端与上花盘连接，另一端与下花盘连接。风轮上方设置有弧 形支架，该弧形支架的顶端通过顶轴座与上旋转轴顶端的球形构成悬吊配合，所述的悬吊 配合约承载了风轮自重的1/3重量，减轻旋转轴座上轴承负重压力，进而增加了风电装置 对风能的利用率，使与伞齿轮联接的发电机的功率增大。本实用新型的进一步设置所述的底座装置包括有铸铁支承座、铸铁底座、顶力轴 承盖、顶力轴承、伞齿轮、顶珠、顶珠座、弹簧和螺杆，所述的顶力轴承盖固定套设在下旋转 轴上，顶力轴承架设在铸铁支承座上，使顶力轴承座架支撑了风轮在转动时约2/5份额的 总重量，提高风轮半悬挂装置承担负重的有效性。铸铁支承座固定安装在铸铁底座上，其中 下旋转轴的底端、顶珠、顶珠座、弹簧和螺杆位于同一直线上并依次相互抵触，该直线与旋转轴所在轴心共线，伞齿轮位于顶力轴承的下方并套设在下旋转轴上，其中底座装置中的 伞齿轮与发电机传动轴末端的伞齿轮相互配合，从而带动发电机工作。本实用新型的进一步设置所述的叶片为横截面为弧形的片状结构，叶片的凸起 的外表面上纵向压制有多条横截面为直角三角形的加强筋，叶片内壁表面设置有至少三条 弧形的横向加强筋，叶片两端与纬筋压平设置固定。其中经筋和纬筋的横截面均为“匚”型， 多条经筋与多条纬经搭接成一个网状球体，该网络球体属于一个整体预应力实体，经筋和 纬筋互相扦拉能成倍提高球体表面的强度与刚度。为了减轻重量，经筋和纬筋在保证其所 需强度与刚度的前题下作适度挖空处理。本实用新型的进一步设置所述的风轮顶端半悬装置包括设置在球形风轮周边对 称分布多根“H”型的支柱，支柱一般选择为钢材，支柱上部与风轮上方的弧形支架连接，组 成一个大交叉弧形支架，在支柱顶端设有拉杆，拉杆一端与支柱通过螺纹连接，拉杆另一端 与弧形支架的3/5以上处通过螺纹连接，在协助调整弧形支架高度的同时提高弧形支架的 支撑强度，弧形支架选用空心管搭接组成，即减轻重量又增加大跨度距离的悬吊能力。其中 支柱与弧形支架连接处下方设置有千斤顶支架，支柱下端与旋转轴座连接。本实用新型的再进一步设置所述的下旋转轴底端设置有旋转轴座，顶珠通过顶 珠座安装在旋转轴座内并与下旋转轴底端构成抵压配合，顶珠座下方设置有弹簧和螺杆， 保证旋转轴座与铸铁底座的轴心处于同一直线上，同时使安装在底座上的发电机的传动轴 与旋转轴轴线保持垂直状态，从而减少了克服阻力所耗的能量，提高了风电装置的发电效 率。所述发电机传动轴与齿轮之间通过花键轴和花键套连接，通过齿轮在传动轴上的轴向 移动，可以实现发电机传动轴上的齿轮与顶力轴承下端伞齿轮的啮合和分离，从而使发电 机分别处于做功和不做功状态。当所受风力较大时，通过对花键轴的轴向调节，三台发电 机上的齿轮和伞齿轮配合，均处于做功状态；当风轮所受风力较小时，通过花键轴的轴向移 动，使一台发电机上的齿轮与伞齿轮处于啮合状态做功，另外两台发电机上的齿轮与伞齿 轮处于分离状态不做功。如上所述，无论是风力大还是风力小的时候，发电机的发电功率都 能得到最大限度的发挥。
图1为本实用新型的示意图。图2为本实用新型叶片正面的示意图。图3为本实用新型叶片的A-A剖视图。图4为本实用新型叶片的背面的示意图。图5为本实用新型实施例原理示意图。图6为本实用新型实施例原理示意图的B-B剖视图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5、6所示，本实用新型实施一种直轴多叶片球型轮式风电装置，所 述的旋转轴2包括与水平面垂直的上旋转轴21和下旋转轴22，上旋转轴21和下旋转轴22 之间通过连杆8连接，连接处由法兰盘固定。围绕着旋转轴2的多条经筋13和纬筋12组 成网络格形式的球形框架，众多叶片11按顺时针方向呈一定角度均勻固定在两条纬筋12 圈之间，任何相邻两条纬筋12圈垂直间距相等地固定于经筋13上，经筋13和纬筋12的横 截面均为“匚”型，12条经筋13与16条纬经12组合成一个完整的球形体网络格，其中所述经筋13至少设置有12条以上，纬筋12至少设置有16条以上。每个网络格内设置有三 片大小与网络格格体匹配的叶片11，由此组成一个网状预应力球形体，球形体结构使风轮 1表面张力与强度得到极大提高，其中每个网络格内叶片11数量可以根据实际网络格面积 来调整。其中所述的连杆8由轻质材料制成的，连杆8的直径远远小于旋转轴2的直径，在 风轮装置中起防止风轮1因风力作用而发生变形的情况。本实用新型实施例中叶片11为横截面为弧形的片状结构，叶片11凸起的外表面 纵向压制有多条横截面为三角形的纵向加强筋112，从而加强了叶片11整体的强度，叶片 11内壁表面设置有至少三条弧形的横向加强筋111，叶片11架设在两条纬筋之间，“匚”型 纬筋12与叶片11两端接触的连接处实行压平处理，经筋13压平部分与叶片11两端相抵 触并通过螺纹固定连接。其中在保证叶片11刚度和强度的同时，叶片11可选用轻薄的材 料，从而有效减轻风轮1整体重量，提高风轮1运转时的稳定。当叶片11在所有网格中安 置完毕，从而形成一个完整的球型的风轮1，风轮1接受从各个方向(东、南、西、北、上、下) 吹来的风面而旋转。其中因为分别在最靠近风轮1上下极的两组纬筋12组成的网络格内 叶片11纵向角度大，风对此处叶片11所产生的有效功率可以忽略不计，同时靠近下极的两 组纬筋12组成的网络格内的叶片11还会阻挡从风轮1顶部落下的杂物和雨水的排出，故 前述的网络格内不设置叶片11。本实用新型实施例中经筋13的上端部与固定在上旋转轴21上的上花盘5固定连 接，经筋13另一端端部与固定在下旋转轴22上的下花盘6固定连接，下花盘6位于旋转轴 座3上方。所述的旋转轴座3包括有铸铁支承座32、铸铁底座31、顶力轴承盖33、顶力轴 承34、伞齿轮351、顶珠36、顶珠座37、弹簧38和螺杆39，顶力轴承盖33套设在下旋转轴 22上并通过螺栓固定连接，所述的顶力轴承34中心为通孔，下旋转轴22穿过通孔并与顶力 轴承34固定连接，通孔外圈周围设置有环形的凹槽，槽内底端设置有调节螺杆343，调节螺 杆343穿过凹槽底部并抵触在套设在环形凹槽内的弹簧342底端，弹簧342上端抵触滚珠 341，滚珠341与顶力轴承盖33的环形凸起相抵触。顶力轴承34架设在铸铁支承座32上， 铸铁支承座32固定安装在铸铁底座31上，下旋转轴22的底端抵触在顶珠36上，其中下旋 转轴22、顶珠37、弹簧38和螺杆39位于同一直线上并依次相互抵触，该直线与旋转轴2所 在轴心共线，伞齿轮351位于顶力轴承34的下方并套设在下旋转轴22上，顶珠36安置于 顶珠座37内，并与下旋转轴22底端形成抵压配合，顶珠座37、弹簧38和螺杆39上方，其 中旋转轴座3中的伞齿轮351与发电机7传动轴末端的伞齿轮352相互配合，进而带动发 电机7工作。旋转轴座35与铸铁底座31的轴心处于同一直线上，同时安装在铸铁底座32 上的发电机7的传动轴与旋转轴始终2保持垂直状态。旋转轴座3支撑了风轮1在转动时 约2/5份额的总重量，从而提高风轮半悬挂装置承担负重的有效性。所述的半悬挂装置4 包括有球顶圆41、推力轴承42、顶轴座43、弧形支架44、拉杆45、支柱46和攀线47，上旋转 轴21顶端设置有球形的球顶圆41，球顶圆41的直径至少大于上旋转轴21直径的两倍，球 顶圆41下半球套设有推力轴承42，推力轴承42架设于顶轴座43上，所述的顶轴座43为大 小与球顶圆相配合的圆桶，桶内底部设有供上旋转轴21穿过的孔，孔内壁的下端设有向外 侧倾斜的斜坡，以防止因风力过大而导致上旋转轴21旋转时与顶轴座43发生碰撞，顶轴座 43的外壁与对称分布的4或6或8只弧形支架44连接配合，弧形支架4由上下两条位置 相对应的长弧形的管子441作为边框，长弧形的管子441之间由多条短管442呈“N”字形排列连接而搭成一个完整弧形支架44，弧形支架44下端部与支柱46上部连接处通过紧固 螺栓固定，所述支柱46为“H”型钢材，支柱46对称分布在风轮1周边，支柱46与弧形支架 44的连接处开有多个等距离长孔，以便调整弧形支架44升降时保证紧固螺栓47在长孔中 顺利滑动。为了方便弧形支架44升降时的调整，可以在支柱46与弧形支架44连接处下方 设置一千斤顶以及供千斤顶放置的平台48，千斤顶上端顶于弧形支架44与支柱46的连接 处。在支柱45顶端设有拉杆45，拉杆45 —端与支柱46通过螺纹连接，拉杆44另一端与弧 形支架43的3/5以上处螺纹连接固定，在协助调整弧形支架44高度的同时提高弧形支架 44的支撑强度，弧形支架44选用空心管442搭接组成，即减轻重量又提高大跨度距离的悬 吊能力。其中支柱46与拉杆45连接处设置有相对于风轮1轴心方向往外拉的攀线47以 加固处理。所述半悬挂装置4减轻了风轮1旋转时的1/3重量，从而提高了风轮1运转时 的稳定性，进而增加了风电装置对风能的利用率，使旋转轴2联接的发动机7的功率增大。本实用新型实施例中所述与顶力轴承34下端伞齿轮351配合的发电机7安装有 三台，所述发电机7传动轴与齿轮352之间通过花键轴和花键套连接，通过齿轮352在传动 轴上的轴向移动，可以实现发电机7传动轴上的齿轮352与顶力轴承34下端伞齿轮351的 啮合和分离，从而使发电机7分别处于做功和不做功状态。当所受风力较大时，通过对花键 轴的轴向调节，三台发电机7上的齿轮352和伞齿轮351配合，均处于做功状态；当风轮1 所受风力较小时，通过花键轴的轴向移动，使一台发电机7上的齿轮352与伞齿轮351处于 啮合状态做功，另外两台发电机7上的齿轮352与伞齿轮351处于分离状态不做功。如上 所述，无论是风力大还是风力小的时候，发电机7的发电功率都能得到最大限度的发挥。本实用新型的工作原理如下假设风从装置0°度前方吹来，由于叶片11与风 轮1表面呈一定角度，球体外表面两极中间叶片30° -90°弧线上的叶片11是有效受风 面，球体外表面叶片11与垂直平面所成的角度自中间向两极依次由1°增大到179°，部 分风从叶片11间隙进入球体内部，并在球体内形成与球体旋转方向相同的旋涡风，旋涡 风作用于球体内30°至270°球体内表叶片，其产生的旋转力能大部分抵消球体表面从 29° -360° -270°弧线上风对风轮的阻力，从而可计算的净受风面综合弧度约40°弧长 左右o
权利要求一种直轴多叶球型轮式风电装置，包括有支架、底座装置和固定在底座装置上的旋转轴，其特征在于围绕着旋转轴设置有多条经筋和纬筋，所述的经筋和纬筋构成球形框架，所述的球形框架外表面设置有若干叶片，该叶片与球形框架组合构成球形风轮。
2.根据权利要求1所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的旋转轴包括 上旋转轴和下旋转轴，上、下旋转轴之间通过连杆连接，所述的经筋通过上、下花盘分别固 定在上、下旋转轴上，所述的上旋转轴顶端设置有球形体，所述的风轮上方设置有弧形支 架，该弧形支架的顶端设有顶轴座与上旋转轴顶端的球形体构成悬吊配合。
3.根据权利要求1或2所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的底座装 置包括有铸铁支承座、铸铁底座、顶力轴承盖、顶力轴承、伞齿轮、顶珠、顶珠座、弹簧和螺 杆，所述的顶力轴承盖固定套设在下旋转轴上并与顶力轴承箱抵触，顶力轴承架设在铸铁 支承座上，铸铁支承座固定安装在铸铁底座上，所述的下旋转轴的底端抵触在顶珠上，所述 的伞齿轮位于顶力轴承的下方且固定套设在下旋转轴上。
4.根据权利要求1或2所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的叶片为 横截面为弧形的片状结构，叶片凸起的外表面纵向压制有多条横截面为三角形的加强筋， 叶片内壁表面设置有至少三条弧形的横向加强筋，所述的经筋和纬筋的横截面均为“匚” 型，所述的叶片两端与纬筋压平设置固定连接。
5.根据权利要求3所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的叶片为横截 面为弧形的片状结构，叶片凸起的外表面纵向压制有多条横截面为三角形的加强筋，叶片 内壁表面设置有至少三条弧形的横向加强筋，所述的经筋和纬筋的横截面均为“匚”型，所 述的叶片两端与纬筋压平设置固定连接。
6.根据权利要求2或5所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的风轮周 边对称设有支柱，支柱上端与弧形支架固定连接处设置有多个等距离长孔，支柱与弧形支 架固定连接处的下方设置有千斤顶，支柱的顶端设置有与弧形支架连接的拉杆。
7.根据权利要求3所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的风轮周边对 称设有支柱，支柱上端与弧形支架固定连接处设置有多个等距离长孔，支柱与弧形支架固 定连接处的下方设置有千斤顶，支柱的顶端设置有与弧形支架连接的拉杆。
8.根据权利要求4所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的风轮周边对 称设有支柱，支柱上端与弧形支架固定连接处设置有多个等距离长孔，支柱与弧形支架固 定连接处的下方设置有千斤顶，支柱的顶端设置有与弧形支架连接的拉杆。
9.根据权利要求3所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的下旋转轴底 端设置有旋转轴座，顶珠通过顶珠座安装在旋转轴座内并与下旋转轴构成抵压配合，所述 的顶珠座下方设置有弹簧和螺杆，所述的旋转轴座与铸铁底座的轴心处于同一直线上，所 述发电机传动轴与齿轮之间通过花键连接。
10.根据权利要求5所述的直轴多叶球型轮式风电装置，其特征是所述的下旋转轴底 端设置有旋转轴座，顶珠通过顶珠座安装在旋转轴座内并与下旋转轴构成抵压配合，所述 的顶珠座下方设置有弹簧和螺杆，所述的旋转轴座与铸铁底座的中心轴处于同一直线上， 所述发电机传动轴与齿轮之间通过花键连接。
专利摘要本实用新型涉及一种直轴多叶片球型轮式风电装置，它包括多条经筋和纬筋组成的球形框架，连接组成网络格形式的风轮，风轮表面各相连两条纬筋之间由众多叶片按一定角度固定组成球型轮式风能装置。本实用新型的有益效果是，球型轮式风能装置增加了风对风轮的作用面积和风在风轮内外的作用时间，半悬挂式支撑设置承担了风轮的部分重量，从而提高了风轮运转时的稳定性，进而增加了风电装置对风能的利用率，增大了发电机的发电功率。
文档编号F03D11/00GK201606190SQ20092019632
公开日2010年10月13日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者余继光 申请人:余继荣