專利名稱：一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，特別涉及一種垂直軸式風(fēng)力發(fā)電裝置，屬于可再 生能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，世界能源消費(fèi)構(gòu)成是以煤、石油、天然氣等不可再生能源為主。不可再生能 源的過度開發(fā)和利用，不僅帶來了能源危機(jī)，更帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。例如，由 于大量使用劣質(zhì)煤，我國已有70%的國土受到酸雨的影響，水體酸化會改變水生生態(tài)，而土 壤酸化會使土壤貧瘠化，導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)的退化。隨著全球氣候變暖和能源危機(jī)，各國都 在加緊對風(fēng)力的開發(fā)和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護(hù)我們賴以生存的 地球。風(fēng)能資源具有可再生、永不枯竭、無污染等特點(diǎn)，綜合社會效益高。我國幅員遼闊， 海岸線長，風(fēng)能資源比較豐富。據(jù)國家氣象局估算，全國風(fēng)能密度為lOOW/m2，風(fēng)能資源總 儲量約1.6X105MW，特別是東南沿海及附近島嶼、內(nèi)蒙古和甘肅走廊、東北、西北、華北和青 藏高原的部分地區(qū)，每年風(fēng)速在3m/s以上的時間近4000h左右，一些地區(qū)年平均風(fēng)速可達(dá) 6 7m/s以上，具有很大的開發(fā)利用價值。根據(jù)“十一五”國家風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，2010年全國 風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到500萬千瓦，2020年全國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到3000萬千瓦。而2006年底， 全國已建成和在建的約91個風(fēng)電場，裝機(jī)總?cè)萘績H260萬千瓦?？梢姡L(fēng)機(jī)市場前景誘人， 發(fā)展空間廣闊。目前常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，即葉片在風(fēng)驅(qū)動下繞著水平軸旋 轉(zhuǎn)；這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在啟動風(fēng)速高、噪音大、抗風(fēng)能力差、受風(fēng)向影響和維護(hù)困難等缺點(diǎn)， 限制了風(fēng)力資源的開發(fā)和利用。因此，近些年來，不少國家在開發(fā)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它的 葉片是垂直設(shè)置的，這些葉片環(huán)繞著一根同樣垂直于地面的軸旋轉(zhuǎn)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有 多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，如不擇風(fēng)向，節(jié)省了對風(fēng)選向裝置，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單化；塔架較矮，且發(fā)電機(jī)傳 動、減速制動等裝置都安裝在機(jī)組下方，因此安裝、維修方便，造價成本較低；強(qiáng)、大風(fēng)時，減 速、停機(jī)操作容易，效果較好；葉片形狀可塑變化性強(qiáng)，可做成各種形狀。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分為阻力型和升力型兩種。阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要 是利用空氣流過葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動力，而升力型則是利用空氣流過葉片產(chǎn)生的升力 作為驅(qū)動力。由于葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，隨著轉(zhuǎn)速的增加阻力急劇減小，而升力反而會增大， 所以升力型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率要比阻力型的高很多。然而升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)有 兩大缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用，一是其空氣動力性能較低，再一個“致命”的缺點(diǎn)就是沒有“自啟動 能力”。而阻力型風(fēng)力機(jī)天然具有良好的“自啟動能力”;如果采用這種阻力型風(fēng)力機(jī)，就只 需解決空氣動力性能低的一個問題就行了。另外，升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)一般仍有較高的尖 速比，可達(dá)3 5，其葉片的切線速度一般可達(dá)40 50m/s ；而阻力型的尖速比則最大為1， 這就是說，阻力型風(fēng)力機(jī)的葉片最大切線速度不可能超過風(fēng)速，所以它可以在強(qiáng)風(fēng)中工作， 這正是阻力型風(fēng)力機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)，同時由此產(chǎn)生的低噪聲也帶來其另一大優(yōu)點(diǎn)。
因此，同時采用阻力型與升力型兩種葉片，將二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，開發(fā)一種新型 的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，使之達(dá)到微風(fēng)啟動、大風(fēng)穩(wěn)定又不受風(fēng)向限制，是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，通過采用升力型葉片與阻力型葉 片相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，將兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，并克服其存在的不足和缺陷，使之達(dá)到微風(fēng)啟 動、靜音運(yùn)行、抗風(fēng)暴力強(qiáng)又不受風(fēng)向限制，從而實(shí)現(xiàn)小風(fēng)能發(fā)電、大風(fēng)時系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn) 行的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，含有一組升力型葉片、垂直軸、葉片支架，發(fā)電機(jī)以及 系統(tǒng)支架，所述的垂直軸與發(fā)電機(jī)的軸相連接，其特征在于該垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置還包括 一組阻力型葉片，所述的升力型葉片和阻力型葉片安裝在葉片支架上，并以垂直軸為中心 分別在兩個不同直徑的圓周上均勻布置，且升力型葉片布置在外圓周上，阻力型葉片布置 在內(nèi)圓周上；在每個阻力型葉片頂部設(shè)有一個用于自動調(diào)節(jié)阻力型葉片受風(fēng)面積的離心穩(wěn) 速控制器，該離心穩(wěn)速控制器包括殼體，以及設(shè)置在殼體內(nèi)的齒輪、齒條、力平衡塊和彈簧， 該彈簧的一端固定在殼體上，彈簧另一端與齒條的一端連接，齒條的另一端與所述的力平 衡塊相連，所述的齒輪與阻力型葉片同軸安裝。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于升力型葉片和阻力型葉片的個數(shù)相同，且每個升力型 葉片在同一徑向方向?qū)?yīng)一個阻力型葉片。本發(fā)明的又一技術(shù)特征是在離心穩(wěn)速控制器的殼體內(nèi)還設(shè)有用于限定齒條位置 的兩個限位軸承。上述技術(shù)方案中，所述的升力型葉片和阻力型葉片的個數(shù)各采用2 5片。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明由于采用了升力型 葉片與阻力型葉片相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，并設(shè)置離心穩(wěn)速控制器，因此該發(fā)明的性能優(yōu)勢是 可以同時利用升力和阻力，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速正常發(fā)電，具有抗風(fēng)能力強(qiáng)，且不受風(fēng)向限制的特 點(diǎn)；當(dāng)風(fēng)速加大時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速增大，離心力增加，離心穩(wěn)速控制器可使阻力型葉片轉(zhuǎn) 動相應(yīng)的一個角度，減少受風(fēng)面積，因此可以達(dá)到自穩(wěn)定及超風(fēng)速自動保護(hù)的目的。


圖1為本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。圖3為離心穩(wěn)速控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_升力型葉片；2-阻力型葉片；3-垂直軸；4-葉片支架；5-系統(tǒng)支架；6_發(fā) 電機(jī)；7-聯(lián)軸器；8-離心穩(wěn)速控制器；9-殼體；10-力平衡塊；11-第一限位軸承；12-齒輪； 13-第二限位軸承；14-齒條；15-彈簧；16-螺栓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置包括一組升力型葉片1、一組阻力型葉片2、垂直軸3、葉片支架4、發(fā)電機(jī)6以及系統(tǒng)支架5，所述的升力型葉片1和阻力型葉片2安裝在 葉片支架4上，并以垂直軸為中心分別在兩個不同直徑的圓周上均勻布置，且升力型葉片 布置在外圓周上，與葉片支架固定連接；阻力型葉片布置在內(nèi)圓周上，并通過葉片軸與葉片 支架鉸接。升力型葉片1和阻力型葉片2的個數(shù)可以相同，也可以不同，升力型葉片和阻力 型葉片的個數(shù)一般均為2 5片。升力型葉片和阻力型葉片可以布置同一徑向方向，也可以分別布置在不同的徑向 方向上。圖1和圖2為發(fā)明提出的一種優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，即升力型葉片和阻力型 葉片的個數(shù)相同，且每個升力型葉片在同一徑向方向?qū)?yīng)一個阻力型葉片。所述的垂直軸3通過軸承與系統(tǒng)支架5連接，葉片支架4的上部和下部通過法蘭 固定在垂直軸3上。垂直軸3通過聯(lián)軸器7與發(fā)電機(jī)6的軸相連接，并通過上下兩組軸承 支承在系統(tǒng)支架5上。所述軸承可采用既能承受軸向力又可同時承受徑向力的組合結(jié)構(gòu)。在每個阻力型葉片頂部設(shè)有一個用于自動調(diào)節(jié)阻力型葉片受風(fēng)面積的離心穩(wěn)速 控制器8，該離心穩(wěn)速控制器包括殼體9，以及設(shè)置在殼體內(nèi)的齒輪12、齒條14、力平衡塊10 和彈簧15，該彈簧的一端固定在殼體9上，彈簧的另一端與齒條12的一端連接，齒條的另一 端與所述的力平衡塊10連接，齒輪12通過螺栓16固定在阻力型葉片的軸上，即齒輪12與 阻力型葉片安裝在同一軸上(如圖3所示)。當(dāng)風(fēng)速較小時，風(fēng)向與阻力型葉片相垂直，可 推動葉片正常旋轉(zhuǎn)，葉片轉(zhuǎn)動帶動垂直軸轉(zhuǎn)動，并將動力傳送到發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速下 正常發(fā)電。當(dāng)風(fēng)速加大時，垂直軸轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速增大，離心力增加，置于離心穩(wěn)速控制器殼體 內(nèi)的力平衡塊10向遠(yuǎn)離垂直軸的方向移動，帶動齒條并通過齒輪拉動阻力型葉片轉(zhuǎn)動相 應(yīng)的一個角度，從而減少受風(fēng)面積；當(dāng)風(fēng)速正常時，由于彈簧的作用，阻力型葉片又回復(fù)到 與風(fēng)向相垂直的位置，從而達(dá)到自穩(wěn)定及超風(fēng)速自動保護(hù)的目的。在離心穩(wěn)速控制器的殼體內(nèi)還設(shè)有用于限定齒條位置的第一限位軸承11和第二 限位軸承13，其作用是為了保證齒條14按要求的軌跡滑動，使之與齒輪12有效嚙合。對于IKW IOKW小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其葉片高度約為1 5m，外園直徑為3 8m ； 對于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其葉片高度約為60 120m，外徑約30 60m。
權(quán)利要求
一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，含有一組升力型葉片(1)、垂直軸(3)、葉片支架(4)，發(fā)電機(jī)(6)以及系統(tǒng)支架(5)，所述的垂直軸與發(fā)電機(jī)的軸相連接，其特征在于該垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置還包括一組阻力型葉片(2)，所述的升力型葉片(1)和阻力型葉片安裝在葉片支架上，并以垂直軸為中心分別在兩個不同直徑的圓周上均勻布置，且升力型葉片布置在外圓周上，阻力型葉片布置在內(nèi)圓周上；在每個阻力型葉片頂部設(shè)有一個用于自動調(diào)節(jié)阻力型葉片受風(fēng)面積的離心穩(wěn)速控制器(8)，該離心穩(wěn)速控制器包括殼體，以及設(shè)置在殼體內(nèi)的齒輪(12)、齒條(14)、力平衡塊(10)和彈簧(15)，該彈簧的一端固定在殼體上，彈簧的另一端與齒條的一端連接，齒條的另一端與所述的力平衡塊相連，所述的齒輪與阻力型葉片同軸安裝。
2.按照權(quán)利要求1所述一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于升力型葉片和阻力型 葉片的個數(shù)相同，且每個升力型葉片在同一徑向方向?qū)?yīng)一個阻力型葉片。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于在離心穩(wěn)速控 制器的殼體內(nèi)還設(shè)有用于限定齒條位置的兩個限位軸承。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述的升力型 葉片和阻力型葉片的個數(shù)各采用2 5片。
全文摘要
一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，包括發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)支架、垂直軸、葉片支架以及一組升力型葉片和一組阻力型葉片；升力型葉片和阻力型葉片以垂直軸為中心分別在兩個不同直徑的圓周上均勻布置，且升力型葉片布置在外圓周上，阻力型葉片布置在內(nèi)圓周上。在每個阻力型葉片頂部還設(shè)有一個用于自動調(diào)節(jié)阻力型葉片受風(fēng)面積的離心穩(wěn)速控制器。該風(fēng)力發(fā)電裝置可以同時利用升力和阻力，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速正常發(fā)電；當(dāng)風(fēng)速加大時，離心穩(wěn)速控制器可使阻力型葉片轉(zhuǎn)動相應(yīng)的一個角度，減少受風(fēng)面積，因此具有抗風(fēng)能力強(qiáng)、不受風(fēng)向限制以及安全穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。本發(fā)明既適用1kW～10kW小型風(fēng)電系統(tǒng)，也適于兆瓦級大型風(fēng)電系統(tǒng)。
文檔編號F03D7/06GK101915218SQ20101025780
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者吳占松, 張 杰 申請人:張杰;吳占松