专利名称：一种垂直轴风力发电机组的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种垂直轴风力发电机组，它属于风力发电技术领域，它可应用于垂直轴风力发电机组之中。
技术背景垂直轴风力发电机组的结构型式有多种，目前还没有定型，尚处在不断创新、改进和提高的过程。目前出现过的结构型式，大都属于“H”型。它们的特点是叶片立式布置， 与垂直轴风力发电机组的主轴相平行；采用常规的内转子发电机；叶片为安装角不变的固定式安装结构；叶片用金属构件与发电机转子输出轴的联轴器固定连接。对于不同类型的产品，其具体的结构是会有所区别。有一类产品把发电机置于风轮体的中间位置，发电机输出轴端的联轴器用二根上下倾斜的金属构件与叶片固定连接(参见附
图1)。这种结构型式存在一些的缺点由于叶片和发电机之间有倾斜的金属构件，当风轮旋转时倾斜的金属构件对气流的扰动，会影响气流对后续叶片的作功，使风能转换效率下降；风轮体的重量和气流作用于叶片上的作用力最终转换为轴承的轴向负荷和径向负荷，全部由发电机的轴承来承受，特别当风力发电机的功率不断提高时，其轴承的负荷会变得越来越大，对发电机的工作寿命会有影响；倾斜的金属构件与叶片固定连接的型式是很难采用转动式叶片的结构， 使这项新技术难以得到推广。另一类产品把发电机置于风轮体的底部位置。为了使叶片与发电机输出轴相连接，则在发电机输出端处设置一根长的立轴，用联轴器把立轴与发电机输出轴固定连接。在立轴上分别设置二个轴套，用来固定悬臂横梁。在上、下二片悬臂横梁的端部固定叶片(参见附图2)。这种结构型式已没有倾斜的金属构件，消除了对气流的扰动，但它还存在着与上述产品其它类同的缺点风轮体的重量和气流作用于叶片上的作用力最终转换为轴承的轴向负荷和径向负荷全部由发电机的轴承来承受，尤其是这类产品有一根长的立轴，悬臂结构，气流作用于风轮体上所有的作用力转换为轴承的径向负荷特别大，对发电机的工作寿命会有影响；悬臂横梁与叶片固定连接很难采用转动式叶片的结构， 使这项新技术也难以得到推广；由于长立轴是悬臂结构，对立轴的加工和叶片安装都提出了较高的要求，否则会影响机组运转的平稳性。综上所述，目前垂直轴风力发电机组“H”型的结构型式均存在着一些缺点，有待改进提高。目前在没有更好的结构型式下，它们仍在中小型垂直轴风力发电机中得到应用。随着垂直轴风力发电机的功率不断提高，人们对它的风能转换效率的提高更为关注；转动式叶片及叶片安装角控制等新技术的采用，更为迫切；机组功率的提高，伴随着机组重量和尺寸的加大，对机组运转的平稳性和工作可靠性将会提出更高的要求。上述二类产品的结构型式已不能适应垂直轴风力发电机发展形势的需要，期待着出现一种更适用于垂直轴风力发电机组的结构型式，希望它能消除目前垂直轴风力发电机组结构型式中的不足。
发明内容[0004]本实用新型提供了一种垂直轴风力发电机组。它的结构型式是叶片安装在二根互相平行的悬臂横梁之间，而二根悬臂横梁又与垂直轴风力发电机组不旋转支撑立柱相连接，呈“中”字型。这种结构型式的特点是没有悬臂结构的旋转主轴，只有一根不旋转支撑立柱，消除了悬臂主轴而产生的的旋转晃动，提高了垂直轴风力发电机组运行平稳性，特别是大中型垂直轴风力发电机组。这种结构型式还改善了垂直轴风力发电机组的受力状态， 能克服“H”型垂直轴风力发电机组结构型式中的不足，能分流部分轴向力，减小径向力，以减轻发电机滚动轴承的负荷，能减轻重量，降低成本，能降低机组加工和安装的要求。此外， 这种结构型式为转动式叶片的采用创造条件。本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是1.垂直轴风力发电机组不旋转支撑立柱构建采用了外转子发电机G)，它的外壳是旋转的，而它的中心轴固定不旋转的；其叶片安装在二根互相平行的悬臂横梁之间，而二根悬臂横梁又与垂直轴风力发电机组不旋转的支撑立柱相连接，结构型式呈“中”字型； 它没有悬臂结构的旋转主轴，只有一根不旋转的支撑立柱；该不旋转的支撑立柱是由薄壁管材制成的上立柱(1 、外转子发电机不旋转中心轴(1 和薄壁管材制成的下立柱(2)组成；外转子发电机不旋转中心轴(1 上连接上立柱(12)，下连接下立柱O)；为实施连接， 外转子发电机不旋转中心轴(15)的二端必须外伸于外转子发电机(4)之外，它的上端设置发电机上法兰(14)，它的下端设置发电机下法兰(16)；在上立柱(1 的下端设置上立柱法兰(13)，在下立柱O)的上端设置下立柱法兰(3)；外转子发电机不旋转中心轴(1 向上用发电机上法兰(14)和上立柱法兰(1 对接固定，向下用发电机下法兰(16)和下立柱法兰C3)对接固定；这样便构成“中”字型垂直轴风力发电机组不旋转的支撑立柱。2.悬臂横梁与风力发电机组不旋转支撑立柱之间的连接方法如下下悬臂横梁 (5)安装于外转子发电机的外壳之上，用螺钉固定连接，确定了下悬臂横梁(5)的轴向位置，但又能随着外转子发电机(4) 一起旋转；上悬臂横梁(8)安装于带有法兰结构的滚动轴承座(11)之上，用螺钉连接固定，滚动轴承(9)的内圈套装于上立柱(1 的顶部，滚动轴承(9)的外圈压入滚动轴承座(11)内，并用轴承压板(10)固定，这样便确定了上悬臂横梁(8)的轴向位置，也能以上立柱(1 为轴而旋转；风轮体通过上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)以二支点型式支撑在风力发电机组不旋转的支撑立柱之上。3.叶片与悬臂横梁之间的连接方法如下叶片安装于上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)之间，上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)互相平行并垂直于外转子发电机不旋转中心轴(15)，上悬臂横梁⑶和下悬臂横梁(5)之间距离应大于叶片的高度，以便叶片(6)的安装；叶片(6)的上下二端均设置带有螺纹的小轴，分别安装于上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)之中，在调整好叶片㈩)的安装角后并用螺母(7)紧固。由于这种结构不存在倾斜的金属构件，可减少对气流的扰动。同时也适用于转动式叶片的采用。由于叶片的重量是通过上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)作用到风力发电机组不旋转支撑立柱，滚动轴承(9) 和外转子发电机的轴承将同时受力，使外转子发电机的轴承因滚动轴承(9)的分流作用，使它承受的轴向负荷减小。气流作用于叶片上的作用力也通过上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁( 传递到不旋转支撑立柱上，由于是双支点型式，使作用到外转子发电机(4) 轴承上的径向力大为减小。4.风轮体的上立柱(12)是不旋转的，采用重量轻，刚度好的大直径空心薄壁管材制成，加工和安装简单。与“H”型垂直轴风力发电机组输出轴为实心和旋转的相比，其优越性被显示出来。5.外转子发电机(4)置于垂直轴风力发电机组不旋转支撑立柱的中间，即为上立柱(1 之下，下立柱( 之上，而又处于风轮体的底部；降低机组的重心，提高机组运行的平稳性。本实用新型的有益效果是风轮体以二支点型式支撑在风力发电机组不旋转支撑立柱上，消除了因悬臂结构的主轴造成旋转晃动，提高了机组运行平稳性，改善机组的受力方式，可减轻发电机轴承的负荷；以不旋转支撑立柱替代旋转立轴，用大直径空心薄壁管材替代实心轴，减轻重量，降低加工和安装要求；这种结构型式还适宜于采用转动式叶片和叶片安装角控制技术，使垂直轴风力发电机组风能转换效率得到提高。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是“H”型垂直轴风力发电机组结构示意图之一。图2是“H”型垂直轴风力发电机组结构示意图之二。图3是本实用新型“中”字型结构的垂直轴风力发电机组结构示意图。图中1.拉紧索；2.下立柱；3.下立柱法兰；4.外转子发电机；5.下悬臂横梁； 6.叶片；7.螺母；8.上悬臂横梁；9.滚动轴承；10.轴承压板；11.滚动轴承座；12.上立柱； 13.上立柱法兰；14.发电机上法兰；15.外转子发电机不旋转中心轴；16.发电机下法兰。
具体实施方式
图3是“中”字型结构的垂直轴风力发电机组结构示意图。在“中”字型垂直轴风力发电机组内有一根不旋转支撑立柱，由薄壁管材制成的上立柱(12)、外转子发电机不旋转中心轴(1 和薄壁管材制成的下立柱( 组成。外转子发电机不旋转中心轴(1 上连接上立柱(12)，下连接下立柱O)。为实施连接，外转子发电机不旋转中心轴(1 的二端必须外伸于外转子发电机(4)之外，它的上端设置发电机上法兰(14)，它的下端设置发电机下法兰(16)。在上立柱(1 的下端设置上立柱法兰(13)，在下立柱O)的上端设置下立柱法兰(3)。外转子发电机不旋转中心轴(1 向上用发电机上法兰(14)和上立柱法兰 (13)对接固定，向下用发电机下法兰(16)和下立柱法兰C3)对接固定。这样便构成“中” 字型垂直轴风力发电机组不旋转的支撑立柱。为提高该不旋转支撑立柱的稳定性，在下立柱法兰(3)处用四条拉紧索(1)与地面固定并拉紧。下悬臂横梁(5)固定于外转子发电机 (4)的外壳之上，用螺钉连接固定，确定了下悬臂横梁(5)的轴向位置，但又能随着外转子发电机(4) 一起旋转。上悬臂横梁(8)安装在带有法兰结构的滚动轴承座(11)之上，用螺钉连接固定。滚动轴承(9)的内圈套装于上立柱(1 的顶部，滚动轴承(9)的外圈压入滚动轴承座(11)内，并用轴承压板(10)固定。这样便确定了上悬臂横梁(8)的轴向位置，也能以上立柱(1 为轴而旋转。上悬臂横梁(8)与下悬臂横梁( 互相平行，均垂直于不旋转的支撑立柱。上悬臂横梁(8)与下悬臂横梁(5)之间的距离略大于叶片(6)的高度，以便叶片(6)的安装。叶片(6)的上下二端均设置带有螺纹的小轴，分别安装于上悬臂横梁 (8)和下悬臂横梁(5)之中，在调整好叶片(6)的安装角后并用螺母(7)紧固。风轮体的
5上立柱(12)是不旋转的，可采用重量轻，刚度好，大直径空心薄壁管材制成，加工和安装简
权利要求1.一种垂直轴风力发电机组，其特征在于采用了外转子发电机；其叶片安装在二根互相平行的悬臂横梁之间，而二根悬臂横梁又与垂直轴风力发电机组不旋转的支撑立柱相连接，结构型式呈“中”字型；它没有悬臂结构的旋转主轴，只有一根不旋转的支撑立柱；该不旋转的支撑立柱是由薄壁管材制成的上立柱(12)、外转子发电机不旋转中心轴(15)和薄壁管材制成的下立柱( 组成；外转子发电机不旋转中心轴(巧)上连接上立柱(12)，下连接下立柱O)；为实施连接，外转子发电机不旋转中心轴(15)的二端必须外伸于外转子发电机(4)之外，它的上端设置发电机上法兰(14)，它的下端设置发电机下法兰(16)；在上立柱(1 的下端设置上立柱法兰(13)，在下立柱O)的上端设置下立柱法兰(3)；外转子发电机不旋转中心轴(1 向上用发电机上法兰(14)和上立柱法兰(1 对接固定，向下用发电机下法兰(16)和下立柱法兰C3)对接固定；这样便构成“中”字型垂直轴风力发电机组不旋转的支撑立柱。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机组，其特征在于下悬臂横梁(5)安装于外转子发电机的外壳之上，用螺钉连接固定，确定了下悬臂横梁(5)的轴向位置， 但又能随着外转子发电机(4) 一起旋转；上悬臂横梁(8)安装于带有法兰结构的滚动轴承座(11)之上，用螺钉连接固定，滚动轴承(9)的内圈套装于上立柱(1 的顶部，滚动轴承 (9)的外圈压入滚动轴承座(11)内，并用轴承压板(10)固定，这样便确定了上悬臂横梁 (8)的轴向位置，也能以上立柱(1 为轴而旋转；风轮体通过上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)以二支点型式支撑在风力发电机组不旋转的支撑立柱之上。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机组，其特征在于叶片安装于上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)之间，上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)互相平行并垂直于外转子发电机不旋转中心轴(15)，上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)之间的距离应大于叶片的高度，以便叶片(6)的安装；叶片(6)的上下二端均设置带有螺纹的小轴，分别安装于上悬臂横梁(8)和下悬臂横梁(5)之中，在调整好叶片(6)的安装角后并用螺母(7)紧固。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机组，其特征在于风轮体的上立柱 (12)可采用重量轻、刚度好的大直径空心薄壁管材制成。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机组，其特征在于外转子发电机(4) 置于垂直轴风力发电机组不旋转的支撑立柱的中间，即为上立柱(1 之下，下立柱(2)之上，而又处于风轮体的底部。
专利摘要本实用新型提供了一种垂直轴风力发电机组。它的结构特点是采用外转子发电机，并由它的不旋转的中心轴向二端延伸与上立柱和下立柱相连接，构成风力发电机的不旋转的支撑立柱；它的叶片安装在二根互相平行的悬臂横梁之间，而二根悬臂横梁又与不旋转的支撑立柱相连接，呈“中”字型；风轮体通过上悬臂横梁和下悬臂横梁以二支点型式支撑在不旋转的支撑立柱上，消除了“H”型垂直轴风力发电机因悬臂结构而带来旋转主轴的晃动，提高了机组运行平稳性；同时能改善机组的受力状态，能分流部分轴向力，减小径向力，以减轻发电机轴承的负荷；降低机组加工和安装要求；这种结构型式为转动式叶片的采用创造条件。
文档编号F03D3/06GK202012451SQ201020662009
公开日2011年10月19日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者夏嘉琪 申请人:夏嘉琪