專利名稱：垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種垂直軸風力發(fā)電機，尤其是一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
垂直軸風力發(fā)電機一般包括塔柱、風輪和發(fā)電機，發(fā)電機設(shè)置在所述塔柱上，所述風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)電機的轉(zhuǎn)動件連接。當葉片在風力作用下旋轉(zhuǎn)時，由于風向及風速等在不同的高度、不同的位置有很大的不同，葉片在不同位置時所受的驅(qū)動扭矩也是不同的。當支撐葉片的各支撐桿彼此之間是相互獨立設(shè)置時，會導致如下問題發(fā)生1)葉片產(chǎn)生周向抖動；2)風輪整體的驅(qū)動扭矩振動波幅大，發(fā)電機與支撐桿連接處受力不均勻；3)支撐桿載荷波幅大，降低風輪、支撐桿和發(fā)電機的疲勞壽命。小型風力發(fā)電機中常規(guī)的解決辦法是將各支撐桿剛性連接，組成一個剛性的支撐輪，很小的風力發(fā)電機則一般用加強支撐桿剛性的辦法來部分地解決上述問題。但是，對于大型風力發(fā)電機，這種常規(guī)做法不僅不經(jīng)濟，而且由于提高支撐桿的剛性或組成剛性支撐輪使得風輪的轉(zhuǎn)動慣量增加、氣動特性變壞，導致發(fā)電效率大大降低，甚至會造成結(jié)構(gòu)上根本無法實現(xiàn)的情況。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是改進現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其可簡單地將各獨立的葉片連成一個完整的風輪，其有效防止葉片抖動，并使得各支撐桿驅(qū)動發(fā)電機的扭矩均勻化。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的所述風力發(fā)電機包括塔柱、風輪和發(fā)電機，所述風輪包括支撐輪及葉片，一個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)件置于所述風輪的相鄰的兩個所述葉片和/或支撐桿之間，柔性構(gòu)件的兩端與風輪上的葉片和/或支撐桿連接，在所述風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。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)選在一個水平面內(nèi)?？梢栽诓煌叨鹊乃矫鎯?nèi)設(shè)置多個這樣的封閉柔性構(gòu)件環(huán)，即所述風輪上的所述封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置多個，在不同的水平面上。所述風輪一般可包括上下兩個所述支撐輪，即一個所述葉片通過上下兩根支撐桿連接所述塔柱。且?guī)觾蓚€發(fā)電機運轉(zhuǎn)。則在兩個支撐輪上的每兩根支撐桿之間均可以設(shè)
3置所述柔性構(gòu)件形成所述的封閉柔性構(gòu)件環(huán)。所述風輪上還可以包括支架輪，其包括若干支架桿，每個該支架桿的一端連接一軸承的外圈，另一端與一個所述葉片連接，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)件與所述風輪的所述連接點可以是在所述葉片上，或者是在所述支撐桿上。該連接點以在所述支撐桿與所述葉片的連接處即主支點上為最佳，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，也可將各葉片產(chǎn)生的對發(fā)電機的扭矩均勻化。當封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置在支撐桿中部附近時，不僅葉片仍會有較大的擺動，而且連接點處受力大，需要特別加強，而一般支撐桿和葉片連接處即主支點處本身就足夠強，在該處連接柔性構(gòu)件無需另外再設(shè)置加強結(jié)構(gòu)。當葉片超長或上下支撐輪間距較大時，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)。當封閉柔性構(gòu)件環(huán)直接設(shè)置在葉片上時，不僅葉片在連接處需要加強，而且周向鋼索會對葉片產(chǎn)生一個附加的約束力，葉片本身的強度設(shè)計也必須考慮此點。本實用新型的實用新型思路為當拉索周向圍成一周后，使原本相互獨立的葉片及支撐桿，利用周向封閉的鋼索或其它柔性構(gòu)件的連接環(huán)，構(gòu)成一個整體的風輪。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時，必有其它相鄰葉片間距增大，通過周向鋼索的力傳遞，就可約束其間距變小的趨勢。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，驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動的風扭矩有大有小，并且在有些位置的葉片受到風力矩的作用會產(chǎn)生阻止風輪轉(zhuǎn)動的阻力矩， 采用周向拉索后，驅(qū)動扭矩大，葉片和與之連接的支撐桿會帶動驅(qū)動扭矩小的或驅(qū)動扭矩是負的葉片支撐桿，這樣會使整個風輪中各支撐桿傳遞到發(fā)電機的扭矩均勻化，使得轉(zhuǎn)動平穩(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)動時產(chǎn)生的尾流方向，因此基本上不會影響葉片的氣動特性，故而不會影響風力發(fā)電機的發(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，是因為在一個封閉環(huán)內(nèi)，不同的位置會有受拉和受壓兩種情況，剛性構(gòu)件在受壓時易發(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，當周向連接點設(shè)置在支撐桿內(nèi)側(cè)(離葉片較遠)時，還必須考慮力矩平衡引起的放大效應(yīng)。所述柔性構(gòu)件預緊力以安裝時基本拉直為準。預緊力約在100N 800N左右為宜。 柔性構(gòu)件預緊力過小，牽拉過松，難以起到周向防擺動及驅(qū)動力矩均勻化的作用，預緊力過大，牽拉過緊，，則對支撐桿或葉片的附加應(yīng)力過大，易引起相關(guān)部位的破壞。本實用新型提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，通過在風輪上設(shè)置封閉的柔性構(gòu)件環(huán)，將原來相對獨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，改善風輪的運動性能和受力情況，并使得各支撐桿驅(qū)動發(fā)電機的扭矩均勻化，顯著提高發(fā)電效率，且其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，并且對氣動特性基本沒有影響。
圖1為本實用新型提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)在風力發(fā)電機上葉片和支撐桿連接處設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)在支撐桿上設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)在葉片上設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的所述風力發(fā)電機包括塔柱1、風輪和發(fā)電機，所述風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)，各個支撐桿3的內(nèi)端在周向均布固定在所述發(fā)電機外置轉(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置于所述風輪的相鄰的兩個所述葉片和/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A上連接，在所述風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。如圖1所示，所述風輪包括上下兩個所述支撐輪，即一個所述葉片2通過上下兩根支撐桿3連接塔柱1。且?guī)觾蓚€發(fā)電機運轉(zhuǎn)。如圖1所示的實施例是最佳實施例，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)過程中的周向抖動，使各葉片提供給發(fā)電機的扭矩均勻化，同時延長了發(fā)電機的使用壽命。實施例1提供了鋼索與葉片的最佳連接位點，該連接位點穩(wěn)定性最好，且不影響風輪的氣動性，主支點處本身就具有足夠強的，在此連接拉索，不用額外地進行增加強度的設(shè)計。與現(xiàn)有技術(shù)剛性連接支撐桿組成剛性支撐輪相比，既大大簡化結(jié)構(gòu)，而且不影響風輪氣動特性，可以有效提高風功率系數(shù)，因此， 具有很好的應(yīng)用前景和市場前景?？梢栽谏舷聝蓚€支撐輪上的主支點A上均連接拉索，形成上下兩個封閉拉索環(huán)。如圖2所示為另外一種周向拉索結(jié)構(gòu)的實施例，與實施例1的區(qū)別點在于拉索連接在支撐桿3上。當封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置在支撐桿中部附近時，不僅葉片仍會有較大的擺動，而且連接點處受力大，需要特別加強。如圖3所示為又一種周向拉索結(jié)構(gòu)的實施例，與實施例1的區(qū)別點在于拉索連接在葉片2上。當封閉柔性構(gòu)件環(huán)直接設(shè)置在葉片上時，不僅葉片在連接處需要加強，而且周向鋼索會對葉片產(chǎn)生一個附加的約束力，葉片本身的強度設(shè)計也必須考慮此點。當葉片超長或上下支撐輪間距較大時，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提供的兩個實施例，拉索的連接點沒有設(shè)置在最佳位置上，但這樣的結(jié)構(gòu)也可達到預期的效果，也是在本申請的保護范圍之內(nèi)的。上述三種結(jié)構(gòu)也可以疊加組合使用。[0037]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，當周向連接點設(shè)置在支撐桿內(nèi)側(cè)(離葉片較遠)時，還必須考慮力矩平衡引起的放大效應(yīng)。所述拉索預緊力以安裝時基本拉直為準，預緊力約在100N 800N左右。過松，則難以起到周向防擺動及驅(qū)動力矩均勻化的作用，過緊，則對支撐桿或葉片的附加應(yīng)力過大， 易引起相關(guān)部位的破壞。
權(quán)利要求1.一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的所述風力發(fā)電機包括塔柱、風輪和發(fā)電機，所述風輪包括支撐輪及葉片，一個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)件置于所述風輪的相鄰的兩個所述葉片和/或支撐桿之間， 所述柔性構(gòu)件的兩端與所述風輪上的葉片和/或支撐桿連接，在所述風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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(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)在一個水平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于所述風輪上的所述封閉柔性構(gòu)件環(huán)設(shè)置多個，在不同的水平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述柔性構(gòu)件與所述風輪的連接點在所述支撐桿與所述葉片的連接處即主支點上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(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所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(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所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述柔性構(gòu)件的預緊力以安裝時拉直為準。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述柔性構(gòu)件的預緊力為100N 800N。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結(jié)構(gòu)，其中的風力發(fā)電機包括塔柱和風輪，所述風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。本實用新型利用拉索結(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)過程中的周向抖動，使各葉片提供給發(fā)電機的扭矩均勻化，同時延長了發(fā)電機的使用壽命。實用新型人提供了拉索與葉片的最佳連接位點，該連接位點穩(wěn)定性最好，且不影響風輪的氣動性。與現(xiàn)有技術(shù)剛性連接支撐桿組成剛性支撐輪相比，既大大簡化結(jié)構(gòu)，而且不影響風輪氣動特性，可以有效提高風功率系數(shù)，因此具有很好的應(yīng)用前景和市場前景。
文檔編號F03D3/06GK201963475SQ201120052348
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者許金泉 申請人:國能風力發(fā)電有限公司