[发明专利]一种圆柱形框架结构无轴风力发电塔

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于油田抽油机、雷达基站、军事设施、边防驻军、民用等负荷供电的圆柱形框架结构无轴风力发电塔。

背景技术

风力发电机是风力发电系统中的关键设备，它将风能转化为机械能进而转化为电能。目前，风力发电机主要有水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。但是，水平轴升力型风力发电设备和垂直轴风力发电设备存在诸多弊端，最为明显的是单机容量小，造价高，风能利用率低，安全性能低，抗自然灾害能力差，安装、维护困难，叶轮运转时产生的次声还会对生态环境造成污染。垂直轴风力发电设备同样受到容量制约，庞大的立轴及所有风叶重量和自身重量会消耗大部分风能，导致发电效率较低。这就是现有技术所存在的不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种风能利用率高，且发电效率高的圆柱形框架结构无轴风力发电塔。

本方案是通过如下技术措施来实现的：该圆柱形框架结构无轴风力发电塔包括带有风速风向仪的塔身，所述塔身包括至少两层风力发电单元和贯穿风力发电单元中心的支撑柱，所述风力发电单元包括发电机组、与支撑柱固定连接的圆环形支撑框架和与支撑框架活动连接的风轮。

上述支撑框架包括两层以支撑柱为圆心呈散射状均匀排列的承载横梁和以支撑柱为圆心呈同心圆环形排列的承载圈梁，承载横梁和承载圈梁的交叉处贯穿有辅助支撑柱，支撑柱、承载横梁、承载圈梁和辅助支撑柱形成框架结构，这种框架结构的自身重量较轻，可以有效降低自身重量的风能消耗量，从而可以有效地提高风能利用率。

上述风轮包括风叶机构及与风叶机构的上下两端固定连接的圆环形转动支架，转动支架与承载圈梁活动连接，通过上下两端转动支架与相应承载圈梁的活动连接，实现了风轮在风力的作用下绕支撑柱转动进行发电。

与上述风叶机构上下两端的端点固定连接的转动支架侧面与承载圈梁活动连接，承载圈梁上设置有与该侧面配合的垂直滑轮，垂直滑轮既能保证整个风轮的转动，又可以对风轮进行水平方向的定位，保证风轮的作业稳定性。

上述发电机组的转子均匀设置在风叶机构下端点处的转动支架下端面，相应的承载横梁上固定连接有与转子位置对应的圆环形定子安装架，定子安装架上均匀设置有定子，即该转动支架通过侧面与承载圈梁的垂直滑轮配合，通过下端面的转子产生磁场，所以这种结构既能保证风轮正常转动，又能保证发电机组正常发电。

上述风叶机构两端的两个端点之间至少固定连接有一个圆环形转动支架，与该转动支架活动连接的承载圈梁上设置有若干水平滑轮，通过该承载圈梁来加强承载横梁的支撑强度，同时其上的水平滑轮又可以对风轮进行垂直定位，以加强风轮的作业稳定性。

在上述风轮最外侧的承载圈梁上顺次活动连接有曲面形保护罩，所有保护罩闭合时形成一个圆柱。在遇有强台风等灾害性天气时，控制系统驱动所有保护罩闭合，各保护罩闭合后能形成一个圆柱，将整个风力发电单元罩起，以防其受损；在没有强台风等灾害性天气时，位于负功区的保护罩闭合，位于正功区的保护罩打开，这样既有效地降低了风轮的旋转阻力，又有效地扩大了风轮的迎风面积，有效地提高了风能的利用率和发电效率。

在上述最上层风力发电单元的上方设置有上多功能层，上多功能层上方设置有上储水池，在所述最下层风力发电单元的下方设置有下多功能层，下多功能层下方设置有下储水池，下储水池内设置有水轮发电机。其中，上多功能层和下多功能层可以用来作为旅游观光、餐饮、办公及工厂等均可。另外，在风力富裕时，可将下储水池内的水抽到上储水池内，当风力小不能满足发电需要时，从上储水池向下储水池内放水，利用上下水位差来驱动水轮发电机进行补充发电，且该水可以循环利用，不会浪费。

在上述承载横梁上至少设置有两个风叶机构，风叶机构的数量可以根据发电需要灵活设置；风叶机构与辅助支撑柱间隔设置，所述风叶机构上至少串联连接有两个曲面形风叶，曲面形状可以增加风叶本身与风的接触面积，而相互串联的结构形式又将整个风叶机构的迎风面积增大，有效地提高了风能的利用效率。

上述支撑柱为中空的钢筋混凝土结构或中空的钢结构；辅助支撑柱为中空或实心的钢筋混凝土结构或钢结构。中空结构一方面可以减轻整个塔的自身重量，另一方面，支撑柱内部还可以设计成多层结构，内部设计有电梯和步梯，可作为办公、住宿及餐饮等用途。