一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机及其安装方式的制作方法

本发明涉及能源技术领域，具体涉及一种风力发电机。

背景技术：

地球上的能源绝大部分来自于太阳，在能源日益紧缺的今天，新的可再生绿色洁净发电技术日益受到重视。火力发电既要燃烧燃料，又对大气造成污染。因此环保发电已成为一种新的发电趋势。

风力发电已成为清洁能源重要组成部分，水平轴风力发电机的技术现在已经十分成熟，并应用于大型风力发电。虽然水平轴风力发电机已大型化，但效率偏低。垂直轴风力发电机因具有发电效率高，是大型风机技术发展的重要方向。

虽然垂直轴风力发电机因具有发电效率高，但事实上现在垂直轴风力发电机未能大型化，主要原因两点：第一，垂直轴风力发电机受风面积不能太大，垂直轴风力发电机受风面积与风叶长度及宽度有关，在现有垂直轴风力发电机中，装有风叶往上至顶部那一段垂直轴都没有固定的活动支撑点，致使风叶旋转时产生的离心力很容易令垂直轴振动及弯曲，垂直轴长度越长、风叶越大垂直轴越容易振动及弯曲。第二，垂直轴风力发电机受风时以垂直轴为中心，左右两边风叶受风时产生的力矩大部分抵消，至使产生的总力矩不大。

技术实现要素：

为了解决风叶旋转时垂直轴容易振动及弯曲，风叶受风时产生的力矩不大，令垂直轴风力发电机不能大型化的问题，本发明提供一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机及其安装方式，用轴承和轴承座定位垂直轴，挡风弧形板在受风方向挡住风叶一边的来风，解决垂直轴风力发电机不能大型化的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，包括垂直轴1、风叶2、齿轮增速机3、发电机4，所述风叶2安装在垂直轴1上，齿轮增速机3高速轴与发电机4相连，所述垂直轴1上端安装有第一轴承51和第一轴承座61，底部安装有第二轴承52和第二轴承座62，最底部与齿轮增速机3低速轴相连，所述风叶2位于第一轴承座61和第二轴承座62之间。

上述的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，还包括挡风装置，所述挡风装置包括第四轴承71、第四轴承座72、第五轴承73、第五轴承座74、挡风弧形板75、偏航装置、电子控制器、风向标711以及风速计712；所述第四轴承71和第四轴承座72位于第一轴承座61下面并安装在垂直轴1上，所述第五轴承73和第五轴承座74位于第二轴承座62上面并安装在垂直轴1上；所述第四轴承座72和第五轴承座74均为圆柱形，外圆直径相等并大于风叶2旋转直径；挡风弧形板75安装在第四轴承座72和第五轴承座74外圆边上；所述偏航装置安装在第一轴承座61和第四轴承座72之间。

一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机的安装方法，所述安装方法根据上述的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，包括塔架8、至少两套支撑结构和至少两台多轴承定位的垂直轴风力发电机，支撑结构以塔架8纵轴中心线为中心均布在塔架8周围，每套支撑结构安装一台多轴承定位的垂直轴风力发电机；所述每套支撑结构均包括第一横梁架91、第二横梁架92和支撑架10；第一横梁架91和第二横梁架92均与塔架8相连；第一轴承座61与第一横梁架91相连并安装在第一横梁架91上面，第二轴承座62与第二横梁架92相连并安装在第二横梁架92上面；支撑架10与第二横梁架92相连；齿轮增速机3和发电机4均与支撑架10相连并安装在支撑架10上。

上述的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，所述垂直轴1中部至少安装有一个第三轴承53和一个第三轴承座63，相邻两个轴承座之间均有风叶2安装在垂直轴1上。

上述一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，所述挡风装置还包括第六轴承79、第六轴承座710以及圆环形加强圈713；第六轴承79和第六轴承座710与第三轴承座63相邻并安装在垂直轴1上；第六轴承座710和圆环形加强圈713外圆直径均与第四轴承座72相等，并与挡风弧形板75相连。

一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机的安装方法，所述安装方法根据上述的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，包括塔架8、至少两套支撑结构和至少两台多轴承定位的垂直轴风力发电机，支撑结构以塔架8纵轴中心线为中心均布在塔架8周围，每套支撑结构安装一台多轴承定位的垂直轴风力发电机；所述每套支撑结构均包括第一横梁架91、第二横梁架92、第三横梁架93、支撑架10和立柱12；第一横梁架91、第二横梁架92和第三横梁架93两端均分别与塔架8、立柱12相连；第一轴承座61与第一横梁架91相连并安装在第一横梁架91上面，第二轴承座62与第二横梁架92相连并安装在第二横梁架92上面，第三轴承座63与第三横梁架93相连并安装在第三横梁架93上面；支撑架10与第二横梁架92相连；齿轮增速机3和发电机4均与支撑架10相连并安装在支撑架10上。

优选地，一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机的安装方法，塔架8中部装有大齿轮13和第七轴承14；第七轴承14外径与大齿轮13内圈相连，內径与塔架8相连；支撑结构上的任意一台齿轮增速机3的高速轴齿轮均与大齿轮13耦合，大齿轮13与安装在发电机4轴上的齿轮相连。

优选地，在另一实施例中，一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机的安装方法，包括两个塔架8、支撑结构和至少一台多轴承定位的垂直轴风力发电机，支撑结构至少安装一台多轴承定位的垂直轴风力发电机；所述支撑结构包括第一横梁架91、第二横梁架92和支撑架10；第一横梁架91和第二横梁架92均与两个塔架8相连；每台多轴承定位的垂直轴风力发电机第一轴承座61与第一横梁架91相连并安装在第一横梁架91上面，第二轴承座62与第二横梁架92相连并安装在第二横梁架92上面；支撑架10与第一横梁架91相连；齿轮增速机3和发电机4均与支撑架10相连并安装在支撑架10上。

本发明的有益效果在于，本发明与现有垂直轴风力发电机相比，有以下效果：

第一，本发明采用将轴承安装在垂直轴多个位置上，有效地消除了离心力对垂直轴的振动及弯曲影响；

第二，本发明采用挡风弧形板挡风，大大增加了风叶对垂直轴产生的力矩；

第三，本发明采用几台多轴承定位的垂直轴风力发电机安装在一个塔架上，大大降低了生产成本；

第四，本发明采用几个风叶装置产生的力矩传送到同一台发电机上，减少发电机数量，降低了生产成本。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明基本的结构示意图；

图2是垂直轴安装有多个轴承的风力发电机结构示意图；

图3是具有挡风装置的风力发电机结构示意图；

图4是实施例1的安装示意图；

图5是几台风力发电机均布在塔架周围的结构示意图；

图6是实施例3的安装示意图；

图7是图6中a-a剖的结构示意图；

图8是风向与挡风弧形板的位置示意图；

图9是实施例4的安装示意图；

图10是实施例5的安装示意图。

图中：1﹒垂直轴，2﹒风叶，3﹒齿轮增速机，4﹒发电机，51﹒第一轴承，52﹒第二轴承，53﹒第三轴承，61﹒第一轴承座，62﹒第二轴承座，63﹒第三轴承座，71﹒第四轴承，72﹒第四轴承座，73﹒第五轴承，74﹒第五轴承座，75﹒挡风弧形板，76﹒回转体大齿轮，77﹒偏航电机，78﹒电磁制动器，79﹒第六轴承，710﹒第六轴承座，711﹒风向标，712﹒风速计，713﹒圆环形加强圈，714．偏航齿轮减速器，8﹒塔架，91﹒第一横梁架，92﹒第二横梁架，93﹒第三横梁架，10﹒支撑架，11﹒第一斜撑梁，12﹒立柱，13﹒大齿轮，14﹒第七轴承。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1是本发明基本的结构示意图，一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，包括垂直轴1、风叶2、齿轮增速机3、发电机4；所述垂直轴1上端安装有第一轴承51和第一轴承座61，底部安装有第二轴承52和第二轴承座62，最底部与齿轮增速机3低速轴相连，齿轮增速机3高速轴与发电机4相连，所述风叶2安装在垂直轴1上，位于第一轴承座61和第二轴承座62之间。风叶2可以任何形状；第一轴承座61和第二轴承座62外形可以方形，亦可圆形；垂直轴1可以单根实心轴或者多根实心轴接驳而成，亦可以为单根无缝金属管或者多根无缝金属管接驳而成，接驳处可用连轴器或者花键轴套。

图4是本实施例的结构示意图，本发明的安装方法，根据上述，安装此种多轴承定位的垂直轴风力发电机必须同时安装至少两台，安装时需有塔架8、至少两套支撑结构，支撑结构以塔架8纵轴中心线为中心均布在塔架8周围；所述每套支撑结构均包括第一横梁架91、第二横梁架92和支撑架10；第一横梁架91和第二横梁架92均与塔架8相连；第一轴承座61与第一横梁架91相连并安装在第一横梁架91上面，第二轴承座62与第二横梁架92相连并安装在第二横梁架92上面；支撑架10与第二横梁架92相连；齿轮增速机3和发电机4均与支撑架10相连并安装在支撑架10上；所述塔架8由多根两端带法兰的无缝金属管连接而成。

所述支撑结构还包括立柱12和第一斜撑梁11，所述第一斜撑梁11一端与第二横梁架92相连，另一端与塔架8或立柱12相连；所述立柱12底部与地面相连，中部与第二横梁架92相连，顶端与第一横梁架91相连；所述立柱12由多根两端带法兰的无缝金属管连接而成。

本发明采用将轴承安装在垂直轴1两端，有效地消除了离心力对垂直轴1的振动及弯曲影响；支撑结构设有立柱12和第一斜撑梁11，主要增加横梁架支承强度。

图5是几台风力发电机4均布在塔架8周围的结构示意图，图中三台风力发电机4相隔120度均布在塔架8周围，安装有多轴承定位的垂直轴风力发电机的几个支撑结构以塔架8纵轴中心线为中心均布在塔架8周围，可令塔架8受力均匀，增强抗风强度。

金属管与金属管、横梁架和塔架8、横梁架和立柱12、轴承座和横梁架、支撑架10与第一横梁架91、齿轮增速机3与支撑架10、发电机4与支撑架10、斜撑梁11与第二横梁架92、斜撑梁11与立柱12、斜撑梁11与塔架8之间均采用螺栓连接。

实施例2

图2是垂直轴1安装有多个轴承的风力发电机4结构示意图；在实施例1前提下的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，所述垂直轴1中部至少安装有一个第三轴承53和一个第三轴承座63，相邻两个轴承座之间均有风叶2安装在垂直轴1上。第三轴承座62外形可以方形，亦可圆形。

安装时每套支撑结构还包括第三横梁架93，第三横梁架93采用螺栓与塔架8相连；第三轴承座63采用螺栓与第三横梁架93相连。

在垂直轴1中部至少安装一个第三轴承53和一个第三轴承座63，目的在于最大限度减少离心力对垂直轴1中部的振动及弯曲，让风叶2运转更加畅顺。

实施例3

图3是具有挡风装置的风力发电机4结构示意图，图6是本实施例的安装示意图，图7是图6中a-a剖的结构示意图；在实施例2前提下的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，还包括挡风装置，所述挡风装置包括第四轴承71、第四轴承座72、第五轴承73、第五轴承座74、第六轴承79、第六轴承座710、圆环形加强圈713、挡风弧形板75、偏航装置、电子控制器、风向标711以及风速计712；所述第四轴承71和第四轴承座72位于第一轴承座61下面并安装在垂直轴1上，所述第五轴承73和第五轴承座74位于第二轴承座62上面并安装在垂直轴1上；第六轴承79和第六轴承座710与第三轴承座63相邻并安装在垂直轴1上；所述第四轴承座72、第五轴承座74、第六轴承座710和圆环形加强圈713均为圆柱形，外圆直径相等并大于风叶2旋转直径，并与挡风弧形板75通过螺栓相连。

所述挡风弧形板75可以为两件（如图8），弧度角均不大于90度，并以垂直轴1中心线为中心对称分布安装在第四轴承座72、第五轴承座74、第六轴承座710和圆环形加强圈713外圆边上；亦可以为一件，弧度角在90度至180度之间，安装在第四轴承座72、第五轴承座74、第六轴承座710和圆环形加强圈713外圆边上；。设置第六轴承座710和圆环形加强圈713，目的增强挡风弧形板75的抗风强度。

偏航装置包括回转体大齿轮76、偏航电机714、偏航齿轮减速器77以及电磁制动器78；回转体大齿轮76带轴颈，用螺栓与第四轴承座72顶面连接；偏航电机714和偏航齿轮减速器77连体，用螺栓安装在第一横梁架91上，偏航齿轮减速器77输出轴齿轮与回转体大齿轮76耦合；电磁制动器78可以安装在第一横梁架91上用以制动回转体大齿轮76的轴颈如图6，亦可以与偏航电机714及偏航齿轮减速器77连体，制动偏航电机714。电磁制动器78和偏航电机714信号一致，当偏航电机714运转时，电磁制动器78处于打开状态，当偏航电机714停止运转时，电磁制动器78处于制动状态。设置电磁制动器78目的令挡风弧形板75处于最佳挡风位置时不受风力影响而转动。

风向标711以及风速计712安装在第一轴承座61或塔架8顶部。

电子控制器根据风向标711以及风速计712提供的电信号控制偏航电机714的运转，从而达到控制挡风弧形板75的转动位置。

如图8，在风速设计范围内，当风向（即→方向)与x轴平行时，挡风弧形板75处于最佳挡风位置，当风向与x轴形成夹角，风向标711及风速计712将电信号传送到电子控制器，电子控制器将电信号传送到偏航电机714，偏航电机714转动带动偏航齿轮减速器77转动，从而带动回转体大齿轮76转动，回转体大齿轮76转动带动第四轴承座72转动，第四轴承座72转动带动挡风弧形板75转动。当挡风弧形板75转动到最佳挡风位置时，电信号停止，偏航电机714停止转动。

当风速超过设计范围，风向标711及风速计712将电信号传送到电子控制器，电子控制器根据风向及风速自动计算挡风弧形板75旋转角度，令风叶2转速不超过设计范围，然后将电信号传送到偏航电机714，偏航电机714转动，从而有效地利用高速风。

实施例4

图9是实施例4的安装示意图；在实施例3前提下的一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机，塔架8中部装有大齿轮13和第七轴承14；第七轴承14外径与大齿轮13内圈相连，內径与塔架8相连；支撑结构上的任意一台齿轮增速机3的高速轴齿轮均与大齿轮13耦合，大齿轮13与安装在发电机4轴上的齿轮相连。将几个风叶2装置产生的力矩传送到同一台发电机4上，减少发电机4数量，降低了生产成本。

实施例5

图10是本实施例的安装示意图，一种由多轴承定位的垂直轴风力发电机的安装方法，所述安装方法包括两个塔架8、支撑结构和至少一台多轴承定位的垂直轴风力发电机，支撑结构至少安装一台多轴承定位的垂直轴风力发电机；所述支撑结构包括第一横梁架91、第二横梁架92和支撑架10；第一横梁架91和第二横梁架92均与两个塔架8相连；每台多轴承定位的垂直轴风力发电机第一轴承座61与第一横梁架91相连并安装在第一横梁架91上面，第二轴承座62与第二横梁架92相连并安装在第二横梁架92上面；齿轮增速机3和发电机4均与支撑架10相连并安装在支撑架10上面；支撑架10与第二横梁架92相连。

本实施例与上述几个实施例的区别在于，本实施例第一横梁架91和第二横梁架92均与两个塔架8相连，而上述几个实施例第一横梁架91和第二横梁架92仅与一个塔架8相连，本实施例横梁架抗风强度更强，可承受风力发电机整机重量更重。

本发明说明书、权利要求书和附图中出现的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同的对象，而并非用于描述特定的顺序。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，不论在其方法及设备上作任何变化或改进，凡是具有与本发明申请相同或相近似的技术方案，均应设有在本发明的保护范围之内。