[发明专利]一种层叠结构、自动变桨的垂直轴风力机

说明书

【技术领域】

本发明属于绿色新能源技术中的风力发电装置技术领域，涉及一种有风向导流板，风轮为上下层叠结构，叶片可自动变桨的垂直轴风力发电装置。

【技术背景】

在水平轴风力机为主流的风电领域，近30年来水平轴风力机发挥了巨大的作用。但由于其自身结构特点的限制，使其存在一些不易解决的缺陷。如机舱过重；几十吨甚至几百吨重的发电设备要吊装到几十米甚至上百米高空的机舱内；塔架所承受的倾翻力矩非常大，对塔架基础的要求非常高；从而整体造价很高。垂直轴(即立轴)风力机构成的风电机组，在某些区域或位置，有其结构上的明显优势。垂直轴风电机组比水平轴风电机组有更好的性价比，即垂直轴风力机具有整体上设备制造成本低，安装、运输、维护方便，噪音低等优势。本发明是在主要发明人申请的ZL20142012724.8号实用新型专利《立轴风力发电装置》基础上的一个突破性的改进，或者说是一个升级版的新结构。ZL20142012724.8号专利存在阻力型叶片效率低、单层结构不易大型化等不足。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有升力型立轴风力机启动性能差、风能利用率低、避险能力差的缺陷和不足，提供一种新型层叠结构、叶片自动变桨、带有风向导流调节板的垂直轴(即立轴)风力机。

本发明提供的层叠结构、自动变桨的垂直轴风力机，包括通过风轮主立轴1安装在支座上的风轮及其主立轴，在风轮外围的基础上通过导流板立轴8安装有一组导流板6，导流板用于调控风轮的风能捕获量和风向；所述的风力机为层叠式框架结构，在风轮主立轴上至少串联安装有两组框架式风轮及导流板，每组框架式风轮至少安装有三个框架15，每个框架15内安装有一根叶片转轴2，每根叶片转轴2上安装有一个叶片3；所述导流板6为长方形，以宽度方向靠近风轮的位置固定在导流板立轴轴承座上；各导流板的水平投影与风轮径向平面夹角相等，各导流板能够围绕导流板立轴同步调整角度。

所述风力机的叶片3采用自动变桨机构，每个叶片在垂直方向均设有一根支撑轴2即叶片转轴2，叶片转轴2在水平方向上靠近叶片前缘，固定在叶片的1/4—1/3处，叶片转轴2通过轴承安装在风轮框架15上，在风轮框架上靠近叶片位置各安装有一个叶片变桨角度限位机构7，以限制叶片最大变桨位置，在风力和离心力的合力作用下，实现自动变桨。

所述风轮为串联层叠结构，每一层风轮的叶片3均错开一个角度安装，使所有叶片3在径向均布于360度旋转圆柱曲面上；每层风轮至少由三个叶片组成。

所述风轮主立轴轴承座安装在由导流板立轴8组成的结构支座上，导流板立轴8顶部采用环形刚性结构连接为一体，且分别与风轮主立轴1进行径向刚性连接。

本发明垂直轴风力机的关键组件及特点：

1.导流板6的结构、安装形式及调节传动

在该风力机风轮旋转圆柱面外侧设有6个及以上长方形的风向导流板6，通过轴承座安装在导流板立轴8上。在导流板外侧设有导流板角度同步调节环形结构5，它和计算机执行机构4连接，根据增速机10高速轴上的转速信号，按设定的参数适时调整导流板的角度。执行机构电机减速机通过齿轮、齿条调整导流板的角度。

2.风轮的层叠结构及其作用

本发明中的风轮至少由两层框架式风轮组成，各层风轮叶片上下错位安装，形成层叠结构，它增加了风力机的整体刚性和制造、运输的便利性。层叠结构的另一个作用是使各层风轮叶片沿360度均布安装，以减少风力机起动转矩的死角范围。

3.叶片3自动变桨距结构及其作用

该风力机叶片3通过其转轴2及轴承安装在其风轮框架内。该转轴固定在叶片的水平投影方向上靠近其前缘的1/4～1/3处。在上述风轮框架上设有对叶片转动角度的限位机构7，限制叶片在正负20度范围内运动。借助于风对叶片的推力和风轮旋转时的离心力二者的叠加作用，实现自动变桨距。叶片围绕其转轴在风轮正对风上风向的前半部分圆柱曲面,呈现0-20度的正桨距角,从而获得较大的起动转矩和风能利用系数；而在风轮下风向的后半部分圆柱曲面，呈现0-20度的负桨距角，同样能获得较大的起动转矩和风能利用率。风轮叶片通过其固定安装的水平支撑机构上设置的限位机构起到桨距角正负值变化的最大值约束。

4.导流板粘贴光伏电池板结构及工作方式

根据该型风电机组的安装位置和主风向，选择部分风向导流板朝向阳光侧粘贴柔性光伏电池板,该电池板主要为该风电机组自备电源蓄电池进行充电用。在风电机组不发电期间,自备电源蓄电池可能因自放电失电而不能使风电机组自行工作,因此安装部分光伏电池能确保风电机组正常工作。