叠式立体风力发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电技术领域，是一种叠式立体风力发电机。
【背景技术】
[0002]据中国气象局第三次全国风能普查结果得出，陆上技术可开发面积20万km2 (风功率密度为150W/m2)，其中1m高度风能资源技术可开发25.48亿KW (2006年国家气候中心采用数值模拟方法对中国风资源评价结果)，中国陆上离地面50m高度层风能资源可开发量达到14亿KW (2005年联合国环境规划署采用数值模拟方法)，近地风资源极为丰富。
[0003]在风能发电领域，现有技术主要采用以下三种方式来提高风能的发电功率，一是采用组合式垂直轴风力机，组合式垂直轴风力机是在一个垂直轴风力机的垂直轴上，又增设了一台垂直轴风力机，通过在同一垂直轴的高度方向设置两台风力机来增大风资源的利用率，进而实现发电功率的目的；二是对塔架进行改造，采用多层布置风力机来提高单台风力机的发电功率；三是在风场的布置上，采用在水平轴风力机之间安装垂直轴风力机。
[0004]上述三种方式风力机设置均在一定程度上提高了近地风资源的利用效率，但仍存在诸多的问题:(I)组合式垂直轴发电机的发电功率较小，大于1.5MW的组合式垂直轴风力机难以实现，对高空(50m以上)风资源利用率为O ; (2)多层风力机单机功率明显增大，但结构复杂，维修和安装难度较大，同时由于安装多个小型风机，结构重量增加较大，同时受风面增大，风速不均导致塔架两侧的受力不同发生偏转，多层布置的风力机对塔筒稳定性要求陡增，最终到时造价大幅度上升，且可靠性不高；(3)风场采用垂直轴和水平轴风力机相间布置的方法需重新添加整套垂直轴风力机的设备，且对于水平轴风力机的底部叶片转动最低处至地表之间25-30m的空间内的风资源利用情况没有任何改善，同时在运行时，水平轴风力机和垂直轴风力机的尾流发生相互干涉引起发电功率波动，对风机的实时运行调节提出更高的要求。迄今未见具有垂直轴和水平轴叠式立体风力发电机的文献报道和实际应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，克服现有技术不足，对现有技术进行有机的组合和创新，以不改变现有塔筒的结构为基础，提供一种强度高、稳定性好，制造成本低，安全可靠，使用寿命长，能够充分利用近地风能，提高发电功率，特别适用于对现有水平轴风力发电机进行改造，易于大规模推广的叠式立体风力发电机。
[0006]实现本发明目的采用的技术方案是:一种叠式立体风力发电机，其特征是，包括:垂直轴风力发电机支撑筒座、垂直轴风力发电机叶片、回转外筒、塔筒、水平轴风力发电机叶片、水平轴风力发电机、轴承、垂直轴风力发电机、电刷、支撑杆、内驱动齿、推力轴承、支撑环、从动齿轮和上盖，水平轴风力发电机置于塔筒上，水平轴风力发电机的轴端固连有水平轴风力发电机叶片；塔筒与垂直轴风力发电机支撑筒座通过在塔筒外壁与垂直轴风力发电机支撑筒座的筒内壁之间设置的上、下支撑环固连，垂直轴风力发电机支撑筒座的筒上、下端外壁通过设置的推力轴承与回转外筒铰接，回转外筒上、下端通过均布固连的支撑杆固定有垂直轴风力发电机叶片，上盖板通过螺栓与回转外筒的上端固连，垂直轴风力发电机支撑筒座的上、下端通过轴承装有同轴固连的从动齿轮和垂直轴风力发电机转子，回转外筒的内壁上、下端设置的内驱动齿与从动力齿轮相啮合。
[0007]在垂直轴风力发电机支撑筒座的筒壁与回转外筒内壁之间置有刹车装置。
[0008]本发明的一种叠式立体风力发电机的优点体现在:
(1)充分利用水平轴风力发电机的塔架底部近地侧风资源，在不增加水平轴风力发电机叶轮直径和塔筒高度的前提下，大幅度增加单台风力发电机组的功率；
(2)将垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机有机的组合，能够明显提高整机的发电功率，提尚风场的土地利用率；
(3)垂直轴风力发电机启动风速低于水平轴风力发电机，增加枯风期发电量，提高设备利用率，可增强风电场上网功率的稳定性，减少枯风期的弃风现象；
(4)垂直轴风力发电机安装在水平轴风力发电机的下方，相互之间尾流干扰小，对运行调控要求较低；
(5)垂直轴风力发电机的重量不需水平轴塔筒承担，两部分结构相对独立，对水平轴风力发电机结构的受力不产生影响，其强度高、稳定性好，制造成本低，安全可靠，使用寿命长，能够充分利用近地风能，提高发电功率，适用于叠式立体风力发电机新产品的制造，特别适用于对现有水平轴风力发电机进行改造，易于大规模推广，市场前景广阔。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的一种叠式立体风力发电机结构示意图；
图2为图1中I局部放大示意图；
图3为图2中A-A尚]视不意图。
[0010]1-垂直轴风力发电机支撑筒座，2-垂直轴风力发电机叶片，3-回转外筒，4-塔筒，5-水平轴风力发电机叶片，6-水平轴风力发电机，7-轴承，8-垂直轴风力发电机，9-电刷，10-支撑杆，11-内驱动齿，12-螺检，13-推力轴承，14-支撑环，15-从动齿轮，16-上盖板，17-刹车装置。
【具体实施方式】
[0011]下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0012]参照图1-图3，本发明为一种叠式立体风力发电机，包括:垂直轴风力发电机支撑筒座1、垂直轴风力发电机叶片2、回转外筒3、塔筒4、水平轴风力发电机叶片5、水平轴风力发电机6、轴承7、垂直轴风力发电机8、电刷9、支撑杆10、内驱动齿11、螺栓12、推力轴承13、支撑环14、从动齿轮15、上盖板16、刹车装置17。水平轴风力发电机6的布置与现有技术相同，将水平轴风力发电机6置于塔筒4上，水平轴风力发电机6的轴端固连有水平轴风力发电机叶片5，水平轴风力发电机叶片5在风力的作用下，使水平轴风力发电机6转子转动，实现发电输出。垂直轴风力发电机8的布置为:塔筒4与垂直轴风力发电机支撑筒座I通过在塔筒4外壁与垂直轴风力发电机支撑筒座I筒内壁之间设置的上、下支撑环14固连，垂直轴风力发电机支撑筒座I的筒上、下端外壁通过设置的推力轴承13与回转外筒3铰接，回转外筒3上、下端通过均布固连的支撑杆10固定有垂直轴风力发电机叶片2，上盖板16与通过螺栓12与回转外筒3的上端固连，垂直轴风力发电机支撑筒座I的上、下端通过轴承7装有同轴固连的从动齿轮15和垂直轴风力发电机8转子，回转外筒3的内壁上、下端设置的内驱动齿11与从动力齿轮15相啮合，垂直轴风力发电机叶片2在风力的作用下，使回转外筒3回转，回转外筒3的内驱动齿11带动从动力齿轮15转动，由于从动齿轮轴和垂直轴风力发电机转子同轴，垂直轴风力发电机6转子转动，垂直轴风力发电机8所发的电通过两片电刷9导出并接入水平轴风力发电机6的发电母线，风速低于3m/s时水平轴风力发电机6基本处于空载状态，大于1.5m/s时，垂直轴风力发电机8正常工作，风速大于3m/s时水平轴风力发电机6和垂直轴风力发电机8都可正常运行，总负荷为水平轴风力发电机负荷加上垂直轴风力发电机负荷。在垂直轴风力发电机支撑筒座I的筒壁与回转外筒3内壁之间置有刹车装置17。刹车装置17为现有技术产品，采用两个油动活塞，在危险工况下，储油装置中油压增高，使活塞夹紧刹车片，达到减速止动。
[0013]本发明一种叠式立体风力发电机组装时，将垂直轴风力发电机通过支撑筒座I的支撑抬升到距水平轴风力机叶片5转动最低处3-5m处。为便于装配，垂直轴风力发电机支撑筒座I采用分体结构，经焊接为整体；回转外筒3也采用分体结构，经焊接为整体，回转外筒3与支撑杆10采用焊接。
[0014]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种叠式立体风力发电机，其特征是，包括:垂直轴风力发电机支撑筒座、垂直轴风力发电机叶片、回转外筒、塔筒、水平轴风力发电机叶片、水平轴风力发电机、轴承、垂直轴风力发电机、电刷、支撑杆、内驱动齿、推力轴承、支撑环、从动齿轮和上盖，水平轴风力发电机置于塔筒上，水平轴风力发电机的轴端固连有水平轴风力发电机叶片；塔筒与垂直轴风力发电机支撑筒座通过在塔筒外壁与垂直轴风力发电机支撑筒座的筒内壁之间设置的上、下支撑环固连，垂直轴风力发电机支撑筒座的筒上、下端外壁通过设置的推力轴承与回转外筒铰接，回转外筒上、下端通过均布固连的支撑杆固定有垂直轴风力发电机叶片，上盖板通过螺栓与回转外筒的上端固连，垂直轴风力发电机支撑筒座的上、下端通过轴承装有同轴固连的从动齿轮和垂直轴风力发电机转子，回转外筒的内壁上、下端设置的内驱动齿与从动力齿轮相啮合。2.根据权利要求1所述的叠式立体风力发电机，其特征是，在所述的垂直轴风力发电机支撑筒座的筒壁与回转外筒内壁之间置有刹车装置。
【专利摘要】一种叠式立体风力发电机，其特点是，包括：水平轴风力发电机置于塔筒上，水平轴风力发电机的轴端固连有水平轴风力发电机叶片；塔筒与垂直轴风力发电机支撑筒座通过在塔筒外壁与垂直轴风力发电机支撑筒座的筒内壁之间设置的上、下支撑环固连，垂直轴风力发电机支撑筒座的筒上、下端外壁通过设置的推力轴承与回转外筒铰接，回转外筒上、下端通过均布固连的支撑杆固定有垂直轴风力发电机叶片，上盖板与回转外筒的上端固连，垂直轴风力发电机支撑筒座的上、下端通过轴承装有同轴固连的从动齿轮和垂直轴风力发电机转子，回转外筒的内壁上、下端设置的内驱动齿与从动力齿轮相啮合。在垂直轴风力发电机支撑筒座的筒壁与回转外筒内壁之间置有刹车装置。
【IPC分类】F03D11/04, F03D3/06, F03D3/00, F03D9/00, F03D11/02, F03D1/00
【公开号】CN104895743
【申请号】CN201510305495
【发明人】张立栋, 邵思齐, 李伟伟, 郭婷婷, 张玲, 李少华, 王擎
【申请人】东北电力大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日