[发明专利]一种垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机，

背景技术

目前采用并网发电的大型垂直轴风力发电机还存在很多问题，而这些难题都是由于自然风存在许多的不稳定性所引起的。在低风速时，大型的垂直风力发电机难以启动，或者根本无法启动，导致发电机白白浪费了资源；在正常风速时，大型的垂直风力发电机虽然能够启动并工作，但是发电机的发电效率不高，往往是没有达到满发的状态；在超大风时，发电机的转速明显加快，甚至超过了发电机本身的额定功率，这时候的发电机处于危险状态，发电机部件有可能会被损坏，而超高的功率输出同时也存在一定的危险。另外，因为自然风会无时无刻的存在小风、低风速或者高风速，导致发电机的发电功率极其不稳定，接入电网时会对电网造成冲击。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直轴风力发电机，能够在低风速时启动发电机，在正常状态下帮助发电机达到额定功率，在超大风速时能够限制发电机的转速，保证了发电机的在外界不稳定因素下都能工作在正常状态，使其发电功率对电网不会造成冲击。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种垂直轴风力发电机，包括塔柱、储气罐；所述塔柱上设有第一叶片组、叶轮动力机、发电机；所述叶轮动力机包括第二叶片组、风罩；在第一叶片组与塔柱之间设有使第一叶片组围绕塔柱旋转的第一枢接装置，在第二叶片组与塔柱之间设有使第二叶片组围绕塔柱旋转的第二枢接装置，所述第一叶片组与第二叶片组旋转带动发电机转子旋转，第一叶片组、第二叶片组，发电机转子相互连接成为一体化结构，三者具有相同速度；所述储气罐与叶轮动力机之间设有进风管，所述叶轮动力机上设有进风口和出风口，进风管与进风口连接。

在晚上电网电量富余时，利用与电网连接的空气压缩机对储气罐进行压缩空气，使一部分的电能转换成为具有内能的高压气体，完成了电能向内能的转换。高压气体被储存在储气罐中，等到白天电网电量紧缺且自然风力较小，第一叶片组不能使发电机达到额定功率状态时，释放储气罐中的高压气体，这部分的高压气体经管道被输送至叶轮动力机中，通过进风口进入到风罩内，并利用其形成的强大气流推动第二叶片组转动，由于第二叶片组能够带动发电机转子转动，第二叶片组的转动的同时也带动了发电机转子的转动，一定程度上加快了发电机转子的转动速度，即使发电机的发电量增加，完成了内能向风能的转换。这样一来，可令发电机始终处于满发的状态，发电机就可以对电网提供持续稳定的电能，完成了风能向电能的转换。本发明的垂直轴风力发电机经过了电能-内能-风能-电能的转换，能够在电网电量富余时以其他形式储存其一部分的能量，在电网电量紧缺时能够持续稳定的将电能回馈到电网中，实现平衡电网的目的。

另外，在低风速发电机难以启动时，储气罐可向第二叶片组动力机吹气，利用高压气体在风罩内形成的强大气流来推动第二叶片组的转动，从而带动发电机转动，完成发电机在低风速的启动。启动后的发电机由于发电功率比较低，此时也可以利用储气罐中的高压气体使发电机的转速达到额定转速，即使发电机工作在满发状态，从而发电机接入电网时不会对电网造成冲击。

在超大风速时，发电机转子在叶片的带动下速度会越来越高，甚至会超过发电机本身的额定转速，有可能会给发电机本身造成损坏，发电机的发电功率也会超过额定功率，发电机产生的超高电压一定程度上存危险，且接入电网时会对电网产生一个强烈的冲击，严重影响电网的稳定性。此时，空气压缩储能系统可作为刹车装置使用，储气罐中的高压气体通过管道进入风罩内，气管的喷气方向与第二叶片组的旋转方向相反，相当于对第二叶片组施加了一个相反的推力，该推力能够抑制第二叶片组的旋转，可使第二叶片组的速度减缓，从而达到了限制发电机转子速度的目的。可把超额定功率运行的发电机限制到只能工作在额定功率下，即使发电机工作在额定功率状态，从而发电机接入电网时不会对电网造成冲击。

叶轮动力机吸收高压气体的能量后，高压气体从叶轮动力机上的出气口排出，可在出气口上连接管道，管道的出口伸入到发电机内部，从叶轮动力机排出的高压气体经管道被输送至发电机中，这部分的气体对发电机内部构件进行吹气，一定程度上可以加快发电机的散热。

作为进一步改进，所述进风管与进风口连接处设有增压器。使进入风罩内的气体气压更高，对第一叶片组的作用更明显。