[发明专利]一种用于垂直轴风力发电机的整流增速塔

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于垂直轴风力发电机的整流增速装置，属于新能源和机械工程领域。

技术背景

风力机是一种将风能转换为机械能的能量转换装置，根据风轮的旋转方向、风轮结构及 其在气流中的位置不同，风力机可以分为水平轴风力机(HAWT)和垂直轴风力机(VAWT)。水 平轴风力机的启动风速低、风能利用效率高，是目前风力发电机系统的主流设备，应用非常 广泛，但是水平轴风力发电机也具有如下缺点：(1)叶片设计及制造难度较大；(2)叶片根 部所受弯曲应力大；(3)需要安装迎风调节装置，并且风轮盘面不可能始终正对风向，研究 表明，风向偏离40°会减少50％能量利用率；(4)机械系统复杂，制造成本高，实现高可靠 性的难度大；(5)水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶，机组重心高、不稳定、结 构复杂而且安装维护不便；(6)叶片切割气流将产生很大的气动噪音，同时，很多鸟类在这 样的高速叶片下很难幸免于难，对生态环境造成很大的影响。

由于以上特点，水平轴发电机一般安装在野外风力强且人口稀疏地区，不适宜应用在电 力需求最大的人口密集地区，因而也不适用于家庭、边防哨所等小型发电需求的场所。

随着科技的发展及研究的深入，人们发现垂直轴发电机在很多方面具有优势，而且它的 缺点都可以通过新的技术手段克服。相对于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机还有如下 优点：(1)垂直轴风力发电机组的发电机安装，齿轮箱放置在底部，重心低、稳定、安装维 护方便且成本低；(2)水平轴风力发电机的叶片受到正面风载荷力、离心力，叶片结构相似 悬臂梁，受力结构不合理，影响风力机寿命；而垂直轴风力机叶片可以采用双端支撑结构， 受力状态合理，不易折断，寿命长；(3)垂直轴风力机噪音小，可应用于人口密集地区(如 城市公共设施，民宅等)；(4)垂直轴风力机结构简单、制造成本远远低于水平轴风力机。

鉴于垂直轴风力机比水平轴风力机具有更广阔的应用前景，本发明提供一种用于垂直轴 风力发电机的整流增速装置。该装置既可调节风流方向使之更有利于驱动风力机转子运动， 又可提高风流速度，从而简化或取消风力机的增速器、提高风力机工作效率，同时它还可以 缩小风力机转子的结构尺寸、提高风力机的支撑能力和运行稳定性，大大降低了风力机的制 造成本、延长了风力机的使用寿命，既可以安装在野外风力强且人口系数地区，又可以建设 在人口密集地区、甚至楼顶上，因而也适用于家庭、边防哨所等用电需求的场所，也可用于 在海面上建设浮艇式风力发电机。

发明内容

所述的用于垂直轴风力发电机的整流增速塔，其外形如图1所示，为1层或多层的多边 形或圆形塔状结构，由塔座1、整流罩2、塔檐3(对于单层塔，可以没有塔檐3)、塔顶4组 成，塔的中心呈现中空的柱状空心室，室内用于安放垂直轴风力发电机组。所述的塔座1为 整流增速塔的基座，主要起支撑作用，也是安装风力机控制系统和输变电、储能设备的场所； 所述的整流罩2由一组导流板阵列组成，主要起气流整流和增速的作用，使之更有利于风能 的利用，同时也是塔身的支撑构件；所述的塔檐3是在塔身周向连接各导流板的结构件，起 到增强导流板的支撑能力、改善受力状态、修饰塔的外观造型的作用，同时也是风力机安装、 维修的工作平台；所述的塔顶4是整流增速塔的顶盖，用于风力机定子的上端支撑、封闭风 力发电机以改善风力发电机的工作环境，同时用于塔的造型设计和安装避雷针。

所述的导流板阵列，如图2、图3所示，由一组(4块以上)平板或弧形板组成，其上端 与塔檐3或塔顶4相连接、其下端与塔座1或塔檐3相连接，导流板组分布于以塔心为圆心 的圆周方向并与半径方向成一定角度α(如图3所示)，α的取值范围为0～30°。导流板分为 固定式和活动式两种结构形式，固定式导流板的结构如图2、图3所示。所述的活动式导流 板结构如图4、图5所示。在图5中，每块导流板由固定部分和活动部分组成，其中固定部 分的上端与塔檐3或塔顶4相连接、下端与塔座1或塔檐3相连接，活动部分通过活页、转 动轴或者滑道与固定导流板或者塔身其它固定部分相连接，导流板的活动部分在风力或者驱 动机构作用下，处于迎风面(风流入口通道)的导流板可以展开，起到增加风速的作用，还 可以根据风力机叶片最佳攻角要求改善导流板的角度，改善风力机的工况，而处于背风面(风 流出口通道)的活动导流板可以折叠起来，起到减小排风阻力的作用。