專利名稱：水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力動(dòng)力裝置，更具體地說，涉及一種可用于風(fēng)力發(fā)電的水平 串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石化、燃煤能源日漸枯的今天，風(fēng)力發(fā)電己成為人類能源開發(fā)的重點(diǎn)方 向之一。資料表明，全球可開發(fā)風(fēng)能資源的總量大約為人類能源需求總量的許 多倍。風(fēng)能的豐富性和可自然再生性是最具吸引力的理由。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起源于歐洲，其中丹麥、荷蘭、德國等國家對(duì)風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)和倡導(dǎo)已經(jīng)有超過20年的歷史了。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)誕生以來，經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)，目前較為常用的風(fēng)力機(jī)歸納起來可分為兩類1) 水平軸風(fēng)力機(jī)，其風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與氣流方向平行。水平軸風(fēng)力機(jī)主要 由塔架、水平軸風(fēng)輪、變速箱(加速齒輪箱)、發(fā)電機(jī)、對(duì)風(fēng)裝置、控制系統(tǒng) 等部件所組成。風(fēng)輪的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，它由氣體流動(dòng)性能良好的 葉片裝在輪軸上所組成，低速轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)輪通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由加速齒輪箱增速，進(jìn) 而將動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)輪可以架設(shè)到離地面較 高的地方，減少了由于地面擾動(dòng)對(duì)風(fēng)輪動(dòng)態(tài)特性的影響，風(fēng)輪架設(shè)離地面越高， 風(fēng)力越大，隨高度增加發(fā)電量增高，啟動(dòng)風(fēng)速低，可自啟動(dòng)。缺點(diǎn)是葉型設(shè)計(jì) 及風(fēng)輪制造較為復(fù)雜；而且需要額外的對(duì)風(fēng)裝置，來調(diào)整風(fēng)輪的葉片的對(duì)風(fēng)方 向，增加了設(shè)計(jì)難度和成本。2) 垂直軸風(fēng)力機(jī)，其風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向。通常垂直軸 風(fēng)力機(jī)安裝在離地面近的地方，無需使用塔架、對(duì)風(fēng)裝置；由垂直軸風(fēng)力機(jī)受 風(fēng)，帶動(dòng)垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過變速箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是在氣流方向改變 時(shí)無需對(duì)風(fēng)，也不需要對(duì)風(fēng)裝置，減少風(fēng)輪對(duì)風(fēng)時(shí)的陀螺力。結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低。然而，垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率低于水平軸，風(fēng)輪離地面近氣流受地 面影響大，無法更充分的接受風(fēng)力，無法自啟動(dòng)，需要電動(dòng)啟動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種可有效綜合水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直 軸風(fēng)力機(jī)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可大大增加受風(fēng)面積、降低成本的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種水平串式垂直軸風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)分開設(shè)置的塔架、至少在其中一個(gè)所述塔架上安裝 的至少一組發(fā)電組件、以及水平串接在所述塔架之間的至少兩個(gè)垂直軸風(fēng)力 機(jī)；
所述發(fā)電組件包括動(dòng)力輸入軸；每一所述垂直軸風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪、以及由 所述風(fēng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直軸；所述垂直軸與地面基本平行，并且所述風(fēng)輪沿所 述垂直軸的軸線方向設(shè)置在所述垂直軸外圍；
所述動(dòng)力輸入軸與所述垂直軸之間、相鄰所述垂直軸之間通過聯(lián)軸組件連接。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述聯(lián)軸組件為剛性聯(lián)軸器 或撓性聯(lián)軸器。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述撓性聯(lián)軸器為萬向聯(lián)軸
器0
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，每一所述塔架上均設(shè)有至少 一組發(fā)電組件，每一所述發(fā)電組件由所述最外側(cè)的兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)分別驅(qū) 動(dòng)。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述發(fā)電組件的動(dòng)力輸入軸 與所述垂直軸風(fēng)力機(jī)的垂直軸之間還設(shè)有推力軸承。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述塔架為三個(gè)以上，并且 均分開設(shè)置。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，每一所述塔架上設(shè)置有兩組
5所述發(fā)電組件，并且在相鄰兩個(gè)所述塔架之間設(shè)有所述垂直軸風(fēng)力機(jī)。
本發(fā)明解決其另一技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案在于，提供一種水平串式垂
直軸風(fēng)力發(fā)電方法，包括以下步驟
Sl:設(shè)置分開的至少兩個(gè)塔架，并設(shè)置帶有動(dòng)力輸入軸的發(fā)電組件；
S2:在相鄰的兩個(gè)所述塔架之間設(shè)置至少兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)，并將所述垂
直軸風(fēng)力機(jī)的垂直軸與氣流方向或地面基本平行設(shè)置，利用所述垂直軸風(fēng)力機(jī)
的風(fēng)輪帶動(dòng)所述垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述風(fēng)輪沿所述垂直軸的軸線方向設(shè)置在所
述垂直軸外圍；并將相鄰的所述垂直軸傳動(dòng)連接，并將最外側(cè)的所述垂直軸與
相鄰的所述發(fā)電組件的動(dòng)力輸入軸傳動(dòng)連接。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電方法中，通過在所述動(dòng)力輸入軸與所
述垂直軸之間、相鄰所述垂直軸之間設(shè)置撓性聯(lián)軸器，來實(shí)現(xiàn)可調(diào)角度動(dòng)力傳
遞連接。
在本發(fā)明的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電方法中，在每一所述塔架上設(shè)置一組 發(fā)電組件，每一所述發(fā)電組件由所述最外側(cè)的兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果通過在兩個(gè)塔架之間水平串聯(lián)的垂直風(fēng)機(jī) 大大增加了受風(fēng)面積，由于提高了受風(fēng)高度，發(fā)電效率也得到提高，啟動(dòng)風(fēng)速 低可自啟動(dòng)，從而在相同的投資下可以發(fā)出更多的電能，具有高效、成本低的 優(yōu)點(diǎn)。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是本發(fā)明水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖2是本發(fā)明水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，是本發(fā)明的水平串式垂直軸131風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的第一實(shí)施例， 包括兩個(gè)分開設(shè)置的塔架11、在塔架11上安裝的發(fā)電組件12、以及水平串接 在塔架11之間的多個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)13。如圖所示，每一塔架11上均安裝有發(fā)電組件12;可以理解的，也可以僅 僅在其中一個(gè)塔架11上安裝發(fā)電組件12，而另一塔架11安裝支撐垂直軸風(fēng)
力機(jī)13的垂直軸131的軸承即可。每一發(fā)電組件12包括有動(dòng)力輸入軸121， 由垂直軸風(fēng)力機(jī)13帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。該發(fā)電組件12可以包括發(fā)電機(jī)以及增速器。 增速器的輸入軸作為整個(gè)發(fā)電組件12的動(dòng)力輸入軸121，而發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī) 軸由增速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。可以理解的，當(dāng)垂直軸風(fēng)力機(jī)13的垂直軸131輸出轉(zhuǎn) 速足夠時(shí)，也可以省略增速器，發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)軸作為動(dòng)力輸入軸121，由垂 直軸風(fēng)力機(jī)13帶動(dòng)直接發(fā)電。
在本實(shí)施例中，發(fā)電組件12設(shè)置在塔架11的頂部，通過垂直軸131直接 驅(qū)動(dòng)發(fā)電；可以理解的，發(fā)電組件12也可以安裝在塔架11的其他位置，再通 過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來連接發(fā)電組件12的動(dòng)力輸入軸121和垂直軸風(fēng)力機(jī)13的垂直軸 131，從而避免發(fā)電組件12的安裝限制。
每一垂直軸風(fēng)力機(jī)13包括風(fēng)輪132以及由風(fēng)輪132帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直軸 131。垂直軸131的方向?yàn)樗皆O(shè)置，大致與氣流方向或地面平行。而風(fēng)輪132 可以選用現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力機(jī)13的各種風(fēng)輪132，例如達(dá)里厄式風(fēng)輪132、美 格勞斯效應(yīng)風(fēng)輪132、 S型風(fēng)輪132或其他類型的垂直軸131風(fēng)輪132。垂直 軸風(fēng)力機(jī)13為至少兩個(gè)，其數(shù)量可以根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的條件進(jìn)行調(diào)整，
相鄰的兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)13的垂直軸131之間通過聯(lián)軸組件14，串聯(lián)連 接起來，由多個(gè)風(fēng)輪132同時(shí)受風(fēng)，推動(dòng)垂直軸131轉(zhuǎn)動(dòng)，大大增加了受風(fēng)面 積，從而提高垂直軸131的轉(zhuǎn)速。對(duì)應(yīng)的，發(fā)電組件12的動(dòng)力輸入軸121和 垂直軸131之間的連接同樣通過聯(lián)軸組件14連接。
在本實(shí)施例中，該聯(lián)軸組件14選用撓性聯(lián)軸器，來消除垂直軸131之間 的角偏移。例如使用萬向聯(lián)軸器來補(bǔ)償由于各個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)13受到的重力、 氣流方向等的不一致而導(dǎo)致的角偏移。該撓性聯(lián)軸器可以選用萬向節(jié)聯(lián)軸器， 從而適應(yīng)較大的角偏移，并保證垂直軸131之間、垂直軸131與動(dòng)力輸入軸 121之間的可靠傳動(dòng)。當(dāng)然，聯(lián)軸組件14也可以選用其他的聯(lián)軸器，如剛性 聯(lián)軸器、或其他無彈性元件的撓性聯(lián)軸器、或其他有彈性元件的撓性聯(lián)軸器等。
進(jìn)一步的，在動(dòng)力輸入軸121與垂直軸131之間還設(shè)有推力軸承，起到更好的連接作用。
在組裝時(shí)，首先設(shè)立兩個(gè)分開的塔架ll，并在每一塔架ll的上部安裝發(fā)
電組件12。兩個(gè)發(fā)電組件12的動(dòng)力輸入軸121相對(duì)設(shè)置。然后，在兩個(gè)塔架 11之間設(shè)置多個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)13。每一垂直軸風(fēng)力機(jī)13的垂直軸131與氣流 方向或者地面基本平行設(shè)置，利用垂直軸風(fēng)力機(jī)13的風(fēng)輪132帶動(dòng)垂直軸131 轉(zhuǎn)動(dòng)。在相鄰的兩個(gè)垂直軸131之間、最外側(cè)的垂直軸131與發(fā)電組件12的 動(dòng)力輸入軸121之間，進(jìn)行傳動(dòng)連接。從而，在氣流的推動(dòng)下，垂直軸風(fēng)力機(jī) 13的風(fēng)輪132轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)垂直軸131轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過垂直軸131帶動(dòng)動(dòng)力輸入 軸121轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
通過在動(dòng)力輸入軸121與垂直軸131之間、相鄰垂直軸131之間設(shè)置撓性 聯(lián)軸器，來實(shí)現(xiàn)可調(diào)角度動(dòng)力傳遞連接，從而克服垂直軸風(fēng)力機(jī)13的重力、 氣流推動(dòng)的形變等，帶來的垂直軸131之間、垂直軸131與動(dòng)力輸入軸121 之間的角偏移。
如圖2所示，是本發(fā)明的水平串式垂直軸131風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的另一實(shí)施例。 在本實(shí)施例中，多個(gè)塔架11分開排列設(shè)置，在每個(gè)塔架11上設(shè)置兩組發(fā)電組 件12，從而可以減少塔架ll的使用數(shù)量，并更加充分的利用了垂直軸風(fēng)力機(jī) 13的動(dòng)力輸出，在相同的投資下，可以發(fā)出更多的電能。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí) 施例基本相同，故不贅述。
權(quán)利要求
1、一種水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括至少兩個(gè)分開設(shè)置的塔架、至少在其中一個(gè)所述塔架上安裝的至少一組發(fā)電組件、以及水平串接在所述塔架之間的至少兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)；所述發(fā)電組件包括動(dòng)力輸入軸；每一所述垂直軸風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪、以及由所述風(fēng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直軸；所述垂直軸與地面基本平行，并且所述風(fēng)輪沿所述垂直軸的軸線方向設(shè)置在所述垂直軸外圍；所述動(dòng)力輸入軸與所述垂直軸之間、相鄰所述垂直軸之間通過聯(lián)軸組件連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述聯(lián)軸組件為剛性聯(lián)軸器或撓性聯(lián)軸器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述撓性聯(lián)軸器為萬向聯(lián)軸器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征 在于，每一所述塔架上均設(shè)有至少一組發(fā)電組件，每一所述發(fā)電組件由所述最 外側(cè)的兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電組件的動(dòng)力輸入軸與所述垂直軸風(fēng)力機(jī)的垂直軸之間還設(shè)有推力軸 承。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述塔架為三個(gè)以上，并且均分開設(shè)置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 每一所述塔架上設(shè)置有兩組所述發(fā)電組件，并且在相鄰兩個(gè)所述塔架之間設(shè)有 所述垂直軸風(fēng)力機(jī)。
8、 一種水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電方法，其特征在于，包括以下步驟 Sl:設(shè)置分開的至少兩個(gè)塔架，并設(shè)置帶有動(dòng)力輸入軸的發(fā)電組件；S2:在相鄰的兩個(gè)所述塔架之間設(shè)置至少兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)，并將所述垂直軸風(fēng)力機(jī)的垂直軸與地面基本平行設(shè)置，并且所述風(fēng)輪沿所述垂直軸的軸線 方向設(shè)置在所述垂直軸外圍，利用所述垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪帶動(dòng)所述垂直軸轉(zhuǎn) 動(dòng)；并將相鄰的所述垂直軸傳動(dòng)連接，并將最外側(cè)的所述垂直軸與相鄰的所述發(fā)電組件的動(dòng)力輸入軸傳動(dòng)連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電方法，其特征在于， 通過在所述動(dòng)力輸入軸與所述垂直軸之間、相鄰所述垂直軸之間設(shè)置撓性聯(lián)軸 器，來實(shí)現(xiàn)可調(diào)角度動(dòng)力傳遞連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電方法，其特征在于， 在每一所述塔架上至少設(shè)置一組發(fā)電組件，每一所述發(fā)電組件由所述最外側(cè)的 兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水平串式垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括至少兩個(gè)分開設(shè)置的塔架、至少在其中一個(gè)塔架上安裝的至少一組發(fā)電組件、以及水平串接在塔架之間的至少兩個(gè)垂直軸風(fēng)力機(jī)。發(fā)電組件包括動(dòng)力輸入軸；每一垂直軸風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪、以及由風(fēng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直軸；垂直軸與地面基本平行；動(dòng)力輸入軸與垂直軸之間、相鄰垂直軸之間通過聯(lián)軸組件連接。通過在兩個(gè)塔架之間水平串聯(lián)的垂直風(fēng)機(jī)大大增加了受風(fēng)面積，由于提高了受風(fēng)高度及面積，發(fā)電效率也得到提高，在啟動(dòng)風(fēng)速低時(shí)也可自啟動(dòng)。從而在相同的投資下可以發(fā)出更多的電能，具有高效、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03D3/00GK101514688SQ20091010623
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者李世展 申請(qǐng)人:李世展;劉海平;郭德建