專利名稱：大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)向大型化發(fā)展。
背景技術(shù)：
一般的，本發(fā)明中所稱的大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是指50KW以上輸 出功率的直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
如圖l所示，是現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，即在塔架l之 上設(shè)有安裝固定發(fā)電機(jī)的平臺(tái)2，發(fā)電機(jī)、連接器、剎車和變速箱等部件3 安裝于平臺(tái)2的上方，塔架1承載垂直中心軸4、由葉片6和支持翼5組 成的垂直軸風(fēng)輪。其中，塔架l的結(jié)構(gòu)是空心管，垂直中心軸4采用的是 實(shí)心管或厚壁空心管，支持翼5的結(jié)構(gòu)采用的是空心管。
由于受結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍功率較 小，若采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，為了能在強(qiáng)風(fēng)中(比如在60m/s風(fēng)速下)保持結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定，則需將塔架和垂直中心軸制造的非常堅(jiān)固，并且隨著風(fēng)輪直徑的 增大，塔架和垂直中心軸的直徑也必須按一定比例增大，但客觀上受工業(yè) 裝備的限制和成本因素的約束，由此影響了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大型化發(fā) 展。
舉例而言，若垂直中心軸采用實(shí)心管，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪直徑 是50m，風(fēng)輪高度是40m，假設(shè)安全風(fēng)速設(shè)計(jì)在60m/s時(shí)，風(fēng)輪側(cè)向所受 風(fēng)的合力大約在2700KN，為了能使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速達(dá)到60m/s時(shí)不至 毀壞，若垂直中心軸長(zhǎng)度是25m左右，直徑大約1.5m，重量近350t，且雖然強(qiáng)度能滿足要求，但剛性卻仍然不足。若同樣的tt況；垂直中心軸采用
厚壁空心管，直徑大約在3.5m左右，重量也要近百噸。且隨著中心軸直徑 的增大，軸承直徑也相應(yīng)增大，大幅度增加了成本；對(duì)塔架而言，即使塔 架高度僅為25m，塔架底部的最大彎矩也要達(dá)到大約1.26xl05kN*m，塔架 直徑也需要大約6m以上，重量大約150t，而且塔架的基礎(chǔ)也需相應(yīng)增大， 大大增加了大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本，使大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)不具 商業(yè)化價(jià)值。
綜上，為了將垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)向大型化發(fā)展，就需要改變現(xiàn)有的垂 直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種可使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)向大型化發(fā)展的 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。使大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)能有效抵御強(qiáng)風(fēng)的同時(shí) 達(dá)到降低成本，便于加工的目的，滿足商業(yè)化發(fā)展的要求。
具體的技術(shù)方方案是
一種大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，包括塔架1，在塔架1上設(shè)有安裝 固定發(fā)電機(jī)的平臺(tái)2，由塔架1承載的垂直中心軸4，由塔架1承載的葉片 6和支持翼5組成的垂直軸風(fēng)輪，其特征在于，所述的塔架l是桁架結(jié)構(gòu)。
所述的塔架1由至少3個(gè)子塔架平行組成俯視投影為正多邊形的桁架 結(jié)構(gòu)，子塔架的結(jié)構(gòu)是空心管。
上述塔架1由3個(gè)子塔架平行組成俯視投影為正三角形的桁架結(jié)構(gòu)； 其垂直軸風(fēng)輪直徑(D)和相鄰兩子塔架之間距離(L)的比值(D/L)是2.5 6之 間，風(fēng)輪直徑(D)和風(fēng)機(jī)塔架高度(H)的比值D/H在3 0.5之間。該比值范 圍的選取是為了在滿足結(jié)構(gòu)安全的條件下，達(dá)到最佳的節(jié)省材料和降低成本的目的。
上述的垂直中心軸4是空心管，空心管內(nèi)部是桁架結(jié)構(gòu)。 所述垂直中心軸4的桁架結(jié)構(gòu)是均勻的從中心軸的底部延長(zhǎng)到中心軸 的頂部。
所述垂直中心軸4的桁架結(jié)構(gòu)是'非均勻的從中心軸的底部延長(zhǎng)到中心 軸的頂部，底部桁架密度高，頂部密度低，以便進(jìn)一步降低中心軸的重量。
上述垂直軸中心軸的管壁由若干個(gè)圓管相隔組成環(huán)形，以便進(jìn)一步降 低中心軸的重量。
上述的支持翼5是桁架結(jié)構(gòu)。
上述支持翼長(zhǎng)度(S)和相鄰兩桁架間距(K)的比值S/K是13 25之間。 該比值范圍的選取是為了在滿足結(jié)構(gòu)安全的條件下，達(dá)到最佳的節(jié)省材料 和降低成本的目的。
所述的平臺(tái)2下方可安裝發(fā)電機(jī)、連接器、剎車、變速箱或齒輪箱部 件3，以便于縮短中心軸的長(zhǎng)度，減小并降低中心軸的重量。
本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，可使大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)能有效抵御強(qiáng)風(fēng)的同 時(shí)達(dá)到降低成本，便于加工的目的，滿足商業(yè)化發(fā)展的要求。
本發(fā)明將在下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述。


圖1是現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明塔架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4、 5是本發(fā)明垂直中心軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明支持翼結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)下面給出的本發(fā)明的具體實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明， 但它們不是對(duì)本發(fā)明的限定。 實(shí)施例1:
如圖2所示， 一種大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，包括塔架l，在塔架l 上設(shè)有安裝固定發(fā)電機(jī)的平臺(tái)2，由塔架1承載的垂直中心軸4，由塔架l 承載的葉片6和支持翼5組成的垂直軸風(fēng)輪。所述的平臺(tái)2下方可安裝發(fā) 電機(jī)、連接器、剎車、變速箱或齒輪箱部件3。如圖3所示，所述的塔架l 是桁架結(jié)構(gòu)，所述塔架1由3個(gè)子塔架，子塔架的結(jié)構(gòu)是空心管，平行組 成俯視投影為正三角形的桁架結(jié)構(gòu)，如圖4所示，所述的垂直中心軸4是 空心管，空心管內(nèi)部是桁架結(jié)構(gòu)。所述垂直中心軸4的桁架結(jié)構(gòu)是均勻的 從中心軸的底部延長(zhǎng)到中心軸的頂部。如圖6所示，所述的支持翼5是桁 架結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2:
其余裝置同實(shí)施例1不變，只改為所述垂直中心軸4的桁架結(jié)構(gòu)是非 均勻的從中心軸的底部延長(zhǎng)到中心軸的頂部，底部桁架密度高，頂部密度 低。
實(shí)施例3:
如圖5所示，其余裝置同實(shí)施例1不變，只改為所述垂直軸中心軸4 的管壁由若干個(gè)圓管相隔組成環(huán)形。 實(shí)施例4:
其余裝置同實(shí)施例1不變，所述的塔架1由4個(gè)子塔架平行組成俯視 投影為正四邊形的桁架結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5:
其余裝置同實(shí)施例1不變，所述的塔架1由5個(gè)子塔架平行組成俯視 投影為正五邊形的桁架結(jié)構(gòu)。 實(shí)施例6:
50千瓦垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用本發(fā)明塔架結(jié)構(gòu)，支持翼結(jié)構(gòu)的耗鋼
選取風(fēng)輪直徑(D)為llm，風(fēng)輪高度10m，設(shè)計(jì)安全風(fēng)速為60m/s (在 此風(fēng)速下風(fēng)機(jī)不至損壞)，當(dāng)風(fēng)機(jī)塔架高度(H)為22m時(shí)，D/H=0.5，相鄰 兩子塔架之間距離(L)為4m時(shí)，D/L-2.75;塔架的耗鋼量為4.1t。
選取風(fēng)輪直徑(D)為llm，風(fēng)輪高度10m，設(shè)計(jì)安全風(fēng)速為60m/s (在 此風(fēng)速下風(fēng)機(jī)不至損壞)，當(dāng)風(fēng)機(jī)塔架高度(H)為11.5m時(shí)，D/H=0.96,相 鄰兩子塔架之間距離(L)為3m時(shí)，D/L=3.67;塔架的耗鋼量為1.74t。
選取風(fēng)輪直徑(D)為80m，風(fēng)輪高度43m，設(shè)計(jì)安全風(fēng)速為60m/s (在 此風(fēng)速下風(fēng)機(jī)不至損壞)，當(dāng)風(fēng)機(jī)塔架高度(H)為30m時(shí)，D/H=2.67，相鄰 兩子塔架之間距離(L)為15m時(shí)，D/L=5.33;塔架的耗鋼量為72.3t。
控制D/L二 2.5 6之間；D/H二3 0.5之間，在滿足結(jié)構(gòu)安全的條件
下,達(dá)到更節(jié)省材料和降低成本的目的。
支持翼長(zhǎng)度(S)為5m，相鄰兩桁架間距(K)為0.3m， S/K= 16.67;支持 翼耗鋼量為85kg。若相鄰兩桁架間距(K)為0.2m， S/K=25;則支持翼耗鋼 量為118kg。相鄰兩桁架間距(K)為0.38m， S/K=13.2;則支持翼耗鋼量為
控制S/K=13 25之間，在滿足結(jié)構(gòu)安全的條件下,達(dá)到更節(jié)省材料和 降低成本的目的。實(shí)施例7:
采用本發(fā)明中心軸結(jié)構(gòu)，分別與采用空心厚壁管結(jié)構(gòu)、實(shí)心管結(jié)果進(jìn) 行對(duì)比
選取風(fēng)輪直徑(D)為50m，風(fēng)輪高度40m，設(shè)計(jì)安全風(fēng)速為60m/s (在 此風(fēng)速下風(fēng)機(jī)不至損壞)，中心軸長(zhǎng)度25m，采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中心軸，軸 徑L2m，壁厚30mm，中心軸重量大約30t，當(dāng)采用空心厚壁管，中心軸直 徑大于等于1.7m，壁厚30mm，重量大約31t，當(dāng)中心軸用實(shí)心軸時(shí)，軸徑 870mm，重量約117t，且剛性下降。
又，選取風(fēng)輪直徑(D)為80m,風(fēng)輪高度43m，設(shè)計(jì)安全風(fēng)速為60m/s (在此風(fēng)速下風(fēng)機(jī)不至損壞)，中心軸長(zhǎng)度25m，采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中心軸， 軸徑1.5m，壁厚30mm，中心軸重量大約38t，當(dāng)采用空心厚壁管，中心軸 直徑大于等于2.16m，壁厚30mm，重量大約40t，當(dāng)中心軸用實(shí)心軸時(shí)， 軸徑1022mm,重量約161t，且剛性下降。
由此可見(jiàn)，采用本發(fā)明的中心軸結(jié)構(gòu)，相對(duì)于采用實(shí)心軸而言，大大 降低了重量；相對(duì)于采用空心厚壁管而言，軸徑大為降低，便于加工。
盡管對(duì)本發(fā)明已經(jīng)作了詳細(xì)的說(shuō)明并引證了一些具體實(shí)施例，但對(duì)本 領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，只要不離開(kāi)本發(fā)明人的設(shè)計(jì)思路和范圍也可作各 種變化和修正是顯然的。
權(quán)利要求
1、一種大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，包括塔架(1)，在塔架(1)上設(shè)有安裝固定發(fā)電機(jī)的平臺(tái)(2)，由塔架(1)承載的垂直中心軸(4)，由塔架(1)承載的葉片(6)和支持翼(5)組成的垂直軸風(fēng)輪，其特征在于，所述的塔架(1)是桁架結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的塔架(1 )由至少3個(gè)子塔架平行組成正多邊形的桁架結(jié)構(gòu)， 所述子塔架的結(jié)構(gòu)是空心管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述塔架(1)由3個(gè)子塔架平行組成正三角形的桁架結(jié)構(gòu)；其垂 直軸風(fēng)輪直徑(D)和相鄰兩子塔架之間距離(L)的比值(D/L)是2.5 6之 間，風(fēng)輪直徑(D)和風(fēng)機(jī)塔架高度(H)的比值D/H在3 0.5之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的垂直中心軸(4)是空心管，空心管內(nèi)部是桁架結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述垂直中心軸(4)的桁架結(jié)構(gòu)是均勻的從中心軸的底部延長(zhǎng)到 中心軸的頂部。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述垂直中心軸(4)的桁架結(jié)構(gòu)是非均勻的從中心軸的底部延長(zhǎng) 到中心軸的頂部，底部桁架密度高，頂部密度低。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述垂直軸中心軸(4)的管壁由若干個(gè)圓管相隔組成環(huán)形。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征 在于，所述的支持翼(5)是桁架結(jié)構(gòu)。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述支持翼長(zhǎng)度(S)和相鄰兩桁架間距(K)的比值S/K是13 25之 間。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征 在于，所述的平臺(tái)(2)下方可安裝發(fā)電機(jī)、連接器、剎車、變速箱或 齒輪箱部件(3)。
全文摘要
一種用于大型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)向大型化發(fā)展。該結(jié)構(gòu)包括塔架，在塔架上設(shè)有安裝固定發(fā)電機(jī)的平臺(tái)，由塔架承載的垂直中心軸，由塔架承載的葉片和支持翼組成的垂直軸風(fēng)輪，所述的塔架、垂直軸、支持翼是桁架結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F03D3/00GK101598111SQ20081010899
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者強(qiáng) 嚴(yán) 申請(qǐng)人:強(qiáng) 嚴(yán)