專利名稱：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般包括塔柱、風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)設(shè)置在所述塔柱上，所述 風(fēng)輪包括支撐輪及葉片，支撐輪由若干支撐桿組成，葉片與該支撐桿連接，支撐桿與發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)動(dòng)件連接。當(dāng)葉片在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于風(fēng)向及風(fēng)速等在不同的高度、不同的位置 有很大的不同，葉片在不同位置時(shí)所受的驅(qū)動(dòng)扭矩也是不同的。當(dāng)支撐葉片的各支撐桿彼 此之間是相互獨(dú)立設(shè)置時(shí)，會(huì)導(dǎo)致如下問(wèn)題發(fā)生1)葉片產(chǎn)生周向抖動(dòng)；2)風(fēng)輪整體的驅(qū)動(dòng)扭矩振動(dòng)波幅大，發(fā)電機(jī)與支撐桿連接處受力不均勻；3)支撐桿載荷波幅大，降低風(fēng)輪、支撐桿和發(fā)電機(jī)的疲勞壽命。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中常規(guī)的解決辦法是將各支撐桿剛性連接，組成一個(gè)剛性的支撐 輪，很小的風(fēng)力發(fā)電機(jī)則一般用加強(qiáng)支撐桿剛性的辦法來(lái)部分地解決上述問(wèn)題。但是，對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種常規(guī)做法不僅不經(jīng)濟(jì)，而且由于提高支撐桿的剛 性或組成剛性支撐輪使得風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加、氣動(dòng)特性變壞，導(dǎo)致發(fā)電效率大大降低，甚 至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)上根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié) 構(gòu)，其可簡(jiǎn)單地將各獨(dú)立的葉片連成一個(gè)完整的風(fēng)輪，其有效防止葉片抖動(dòng)，并使得各支撐 桿驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的扭矩均勻化。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括塔柱、風(fēng)輪 和發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪包括支撐輪及葉片，一個(gè)所述支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿沿徑 向設(shè)置，各個(gè)支撐桿的一端在周向均布固定在所述塔柱上的所述發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子上構(gòu)成支 撐輪，所述葉片與所述支撐桿的另一端固定連接；所述周向拉索結(jié)構(gòu)包括若干根柔性構(gòu)件， 每根所述柔性構(gòu)件置于所述風(fēng)輪的相鄰的兩個(gè)所述葉片和/或支撐桿之間，柔性構(gòu)件的兩 端與風(fēng)輪上的葉片和/或支撐桿連接，在所述風(fēng)輪的周向形成一封閉柔性構(gòu)件環(huán)，使得所 有的所述葉片和/或支撐桿連接起來(lái)。所述柔性構(gòu)件在周向形成的所述封閉柔性構(gòu)件環(huán)優(yōu)選在一個(gè)水平面內(nèi)?？梢栽诓煌叨鹊乃矫鎯?nèi)設(shè)置多個(gè)這樣的封閉柔性構(gòu)件環(huán)，即所述風(fēng)輪上的所 述封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置多個(gè)，在不同的水平面上。所述風(fēng)輪一般可包括上下兩個(gè)所述支撐輪，即一個(gè)所述葉片通過(guò)上下兩根支撐桿 連接所述塔柱。且?guī)?dòng)兩個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。則在兩個(gè)支撐輪上的每?jī)筛螚U之間均可以設(shè)置所述柔性構(gòu)件形成所述的封閉柔性構(gòu)件環(huán)。所述風(fēng)輪上還可以包括支架輪，其包括若干支架桿，每個(gè)該支架桿的一端連接一 軸承的外圈，另一端與一個(gè)所述葉片連接，所述支架輪的軸承外圈套設(shè)在所述塔柱上設(shè)有 的該軸承的內(nèi)圈上固定。在該支架輪上也可以設(shè)置所述的封閉柔性構(gòu)件環(huán)。所述柔性構(gòu)件可以是拉索，優(yōu)選為鋼索。所述柔性構(gòu)件與所述風(fēng)輪的所述連接點(diǎn)可以是在所述葉片上，或者是在所述支撐 桿上。該連接點(diǎn)以在所述支撐桿與所述葉片的連接處即主支點(diǎn)上為最佳，這樣既可消除 葉片因周向連接而附加的應(yīng)力，也可有效防止葉片的周向擺動(dòng)，也可將各葉片產(chǎn)生的對(duì)發(fā) 電機(jī)的扭矩均勻化。當(dāng)封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置在支撐桿中部附近時(shí)，不僅葉片仍會(huì)有較大的擺動(dòng)，而且 連接點(diǎn)處受力大，需要特別加強(qiáng)，而一般支撐桿和葉片連接處即主支點(diǎn)處本身就足夠強(qiáng)，在 該處連接柔性構(gòu)件無(wú)需另外再設(shè)置加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)葉片超長(zhǎng)或上下支撐輪間距較大時(shí)，也可在所述支撐桿與所述葉片的支撐位置 以外的葉片處，連接所述柔性構(gòu)件并形成周向封閉環(huán)。當(dāng)封閉柔性構(gòu)件環(huán)直接設(shè)置在葉片 上時(shí)，不僅葉片在連接處需要加強(qiáng)，而且周向鋼索會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)附加的約束力，葉片本 身的強(qiáng)度設(shè)計(jì)也必須考慮此點(diǎn)。本發(fā)明的發(fā)明思路為當(dāng)拉索周向圍成一周后，使原本相互獨(dú)立的葉片及支撐桿， 利用周向封閉的鋼索或其它柔性構(gòu)件的連接環(huán)，構(gòu)成一個(gè)整體的風(fēng)輪。這種周向連接結(jié)構(gòu) 使得各葉片間距的變化就被限制在拉索的拉伸變形范圍內(nèi)。某兩相鄰葉片間距有變小趨勢(shì) 時(shí)，必有其它相鄰葉片間距增大，通過(guò)周向鋼索的力傳遞，就可約束其間距變小的趨勢(shì)。周 向拉索的力傳遞，還可均勻化葉輪扭矩。葉片在不同位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)扭矩有大 有小，并且在有些位置的葉片受到風(fēng)力矩的作用會(huì)產(chǎn)生阻止風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩，采用周向 拉索后，驅(qū)動(dòng)扭矩大，葉片和與之連接的支撐桿會(huì)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)扭矩小的或驅(qū)動(dòng)扭矩是負(fù)的葉 片支撐桿，這樣會(huì)使整個(gè)風(fēng)輪中各支撐桿傳遞到發(fā)電機(jī)的扭矩均勻化，使得轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)化。由 于在周向設(shè)置的拉索，不僅其截面小，而且基本是順著葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的尾流方向，因此基 本上不會(huì)影響葉片的氣動(dòng)特性，故而不會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。之所以必須采用鋼索或其它柔性構(gòu)件連接，而不能用剛性構(gòu)件連接，是因?yàn)樵谝?個(gè)封閉環(huán)內(nèi)，不同的位置會(huì)有受拉和受壓兩種情況，剛性構(gòu)件在受壓時(shí)易發(fā)生失穩(wěn)破壞。所述封閉柔性構(gòu)件環(huán)為鋼索或其它柔性構(gòu)件，其強(qiáng)度必須能夠承受葉片產(chǎn)生的最 大切向力與最小切向力的差值，當(dāng)周向連接點(diǎn)設(shè)置在支撐桿內(nèi)側(cè)(離葉片較遠(yuǎn))時(shí)，還必須 考慮力矩平衡引起的放大效應(yīng)。所述柔性構(gòu)件預(yù)緊力以安裝時(shí)基本拉直為準(zhǔn)。預(yù)緊力約在100N 800N左右為宜。 柔性構(gòu)件預(yù)緊力過(guò)小，牽拉過(guò)松，難以起到周向防擺動(dòng)及驅(qū)動(dòng)力矩均勻化的作用，預(yù)緊力過(guò) 大，牽拉過(guò)緊，，則對(duì)支撐桿或葉片的附加應(yīng)力過(guò)大，易引起相關(guān)部位的破壞。本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，通過(guò)在風(fēng)輪上設(shè)置封閉的柔性 構(gòu)件環(huán)，將原來(lái)相對(duì)獨(dú)立的各葉片和支撐桿連接成一體，可有效防止葉片周向抖動(dòng)，改善風(fēng) 輪的運(yùn)動(dòng)性能和受力情況，并使得各支撐桿驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的扭矩均勻化，顯著提高發(fā)電效率， 且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，并且對(duì)氣動(dòng)特性基本沒(méi)有影響。


圖1為本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上葉片和 支撐桿連接處設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)在支撐桿上設(shè)置的結(jié)構(gòu) 示意圖。圖3為本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)在葉片上設(shè)置的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包 括塔柱1、風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪包括支撐輪及葉片2，所述支撐輪包括若干支撐桿3，所 述支撐桿3沿徑向設(shè)置并置于同一水平面內(nèi)，各個(gè)支撐桿3的內(nèi)端在周向均布固定在所述 發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子4上，所述葉片2與所述支撐桿3的外端固定連接；所述支撐桿固設(shè)在所述 塔柱1上的發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子4上構(gòu)成支撐輪；所述首相拉索結(jié)構(gòu)包括若干根柔性構(gòu)件即鋼 制拉索即鋼索5，每根鋼索5置于所述風(fēng)輪的相鄰的兩個(gè)所述葉片和/或支撐桿之間，柔性 構(gòu)件的兩端在所述支撐桿3與所述葉片2的連接處即主支點(diǎn)A上連接，在所述風(fēng)輪的周向 形成一封閉拉索環(huán)，使得所有的所述葉片和支撐桿連接起來(lái)。如圖1所示，所述風(fēng)輪包括上下兩個(gè)所述支撐輪，即一個(gè)所述葉片2通過(guò)上下兩根 支3連接塔柱1。且?guī)?dòng)兩個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖1所示的實(shí)施例是最佳實(shí)施例，利用拉索結(jié)構(gòu)將各葉片周向連接在一起，限 制相鄰葉片間位置的變化，有效的防止了葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的周向抖動(dòng)，使各葉片提供給 發(fā)電機(jī)的扭矩均勻化，同時(shí)延長(zhǎng)了發(fā)電機(jī)的使用壽命。實(shí)施例1提供了鋼索與葉片的最佳 連接位點(diǎn)，該連接位點(diǎn)穩(wěn)定性最好，且不影響風(fēng)輪的氣動(dòng)性，主支點(diǎn)處本身就具有足夠強(qiáng) 的，在此連接拉索，不用額外地進(jìn)行增加強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)剛性連接支撐桿組成剛性 支撐輪相比，既大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，而且不影響風(fēng)輪氣動(dòng)特性，可以有效提高風(fēng)功率系數(shù)，因此， 具有很好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景?？梢栽谏舷聝蓚€(gè)支撐輪上的主支點(diǎn)A上均連接拉索，形成上下兩個(gè)封閉拉索環(huán)。如圖2所示為另外一種周向拉索結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，與實(shí)施例1的區(qū)別點(diǎn)在于拉索連 接在支撐桿3上。當(dāng)封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置在支撐桿中部附近時(shí)，不僅葉片仍會(huì)有較大的擺 動(dòng)，而且連接點(diǎn)處受力大，需要特別加強(qiáng)。如圖3所示為又一種周向拉索結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，與實(shí)施例1的區(qū)別點(diǎn)在于拉索連接 在葉片2上。當(dāng)封閉柔性構(gòu)件環(huán)直接設(shè)置在葉片上時(shí)，不僅葉片在連接處需要加強(qiáng)，而且周 向鋼索會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)附加的約束力，葉片本身的強(qiáng)度設(shè)計(jì)也必須考慮此點(diǎn)。當(dāng)葉片超長(zhǎng)或上下支撐輪間距較大時(shí)，也可在所述支撐桿與所述葉片的支撐位置 以外的葉片處，連接所述柔性構(gòu)件而增加更多的周向封閉環(huán)。如圖2、圖3提供的兩個(gè)實(shí)施例，拉索的連接點(diǎn)沒(méi)有設(shè)置在最佳位置上，但這樣的 結(jié)構(gòu)也可達(dá)到預(yù)期的效果，也是在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)的。上述三種結(jié)構(gòu)也可以疊加組合使用。
所述拉索封閉柔性構(gòu)件環(huán)為鋼索或其它柔性構(gòu)件，其強(qiáng)度必須能夠承受葉片產(chǎn)生 的最大切向力與最小切向力的差值，當(dāng)周向連接點(diǎn)設(shè)置在支撐桿內(nèi)側(cè)(離葉片較遠(yuǎn))時(shí)，還 必須考慮力矩平衡引起的放大效應(yīng)。所述拉索預(yù)緊力以安裝時(shí)基本拉直為準(zhǔn)，預(yù)緊力約在100N 800N左右。過(guò)松，則 難以起到周向防擺動(dòng)及驅(qū)動(dòng)力矩均勻化的作用，過(guò)緊，則對(duì)支撐桿或葉片的附加應(yīng)力過(guò)大， 易引起相關(guān)部位的破壞。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括塔柱、風(fēng)輪和 發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪包括支撐輪及葉片，一個(gè)所述支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿沿徑向 設(shè)置，各個(gè)支撐桿的一端在周向均布固定在所述塔柱上的所述發(fā)電機(jī)外置轉(zhuǎn)子上構(gòu)成支撐 輪，所述葉片與所述支撐桿的另一端固定連接；其特征在于所述周向拉索結(jié)構(gòu)包括若干 根柔性構(gòu)件，每根所述柔性構(gòu)件置于所述風(fēng)輪的相鄰的兩個(gè)所述葉片和/或支撐桿之間， 所述柔性構(gòu)件的兩端與所述風(fēng)輪上的葉片和/或支撐桿連接，在所述風(fēng)輪的周向形成一封 閉柔性構(gòu)件環(huán)，使得所有的所述葉片和/或支撐桿連接起來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柔性 構(gòu)件在周向形成的所述封閉柔性構(gòu)件環(huán)在一個(gè)水平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于所述風(fēng)輪 上的所述封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置多個(gè)，在不同的水平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述柔性構(gòu)件與所述風(fēng)輪的連接點(diǎn)在所述支撐桿與所述葉片的連接處即主支點(diǎn)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 在所述支撐桿與所述葉片的支撐位置以外的葉片處，再連接一或多個(gè)所述柔性構(gòu)件并形成 周向封閉環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述支 撐桿與所述葉片的支撐位置以外的葉片處，再連接一或多個(gè)所述柔性構(gòu)件并形成周向封閉 環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述柔性構(gòu)件的預(yù)緊力以安裝時(shí)拉直為準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述柔性構(gòu)件的預(yù)緊力為100N 800N。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括塔柱和風(fēng)輪，所述風(fēng)輪包括支撐輪及葉片，所述支撐輪由若干支撐桿組成，所述葉片與所述支撐桿連接；還包括拉索，該拉索分別與相鄰兩葉片連接。本發(fā)明利用拉索結(jié)構(gòu)將各葉片周向連接在一起，限制相鄰葉片間位置的變化，有效的防止了葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的周向抖動(dòng)，使各葉片提供給發(fā)電機(jī)的扭矩均勻化，同時(shí)延長(zhǎng)了發(fā)電機(jī)的使用壽命。發(fā)明人提供了拉索與葉片的最佳連接位點(diǎn)，該連接位點(diǎn)穩(wěn)定性最好，且不影響風(fēng)輪的氣動(dòng)性。與現(xiàn)有技術(shù)剛性連接支撐桿組成剛性支撐輪相比，既大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，而且不影響風(fēng)輪氣動(dòng)特性，可以有效提高風(fēng)功率系數(shù)，因此具有很好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)F03D3/06GK102135067SQ201110049530
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者蔣大龍, 許金泉 申請(qǐng)人:國(guó)能風(fēng)力發(fā)電有限公司