[实用新型]垂直轴旋转叶片风轮发电设备

说明书

技术领域

风力发电领域。

背景技术

风轮是风力发电机组中的一个部件，风吹过风轮时，推动风轮旋转，风轮轴带动发电机转子旋转发电。行业内以风轮轴安装状态进行划分，分成水平轴风轮发电机组和垂直轴风轮发电机组。本发明是对垂直轴风轮发电机组的风轮进行改进，提高风轮对风的利用效率，增加发电量。

目前的垂直轴风力发电机组的风轮，都采用固定叶片风轮，将风轮叶片截面做成飞机机翼或半圆弧等形状，风吹过风轮时，风轮轴两侧因叶片形状而产生的压力差旋转，产生动力带动发电机发电。

此类风轮，轴两侧的受力区域（叶片得到风推力的区域）与回叶区域（叶片返回区域），受风面积相同，仅靠叶片形状所产生压力差和升力旋转，风能利用效率较低。

实用新型内容

本发明对垂直轴风轮进行三项改进：

1、将固定叶片改成旋转叶片。风轮的叶片运行进入受力区域时，叶片旋转呈宽面迎风状态，叶片运行进入回叶区域时，叶片又旋转呈窄面（叶片厚度）迎风。这样风轮轴两侧，叶片的受风面积相差很大。根据风对叶片压力与受风面积成正比原理，风轮轴两侧就会产生较大的压力差与力矩差 ，从而提高风轮的旋转动力。叶片的宽度与厚度比能做到20倍以上，风轮轴两侧的力矩差也是在20倍左右，风能的利用率得到明显到提高，在微风中更容易启动。.

 2、在叶片与风轮垂直轴之间设置一根挡杆，挡杆对叶片起限位作用。叶片进入受力区域后，在挡杆的约束作用下，叶片会始终保持宽面迎风状态。叶片进入回叶区域接触不到档杆。在风力作用下，叶片自转调整到窄面（厚度）迎风状态。.

3、大型风力发电机组的风轮，体积大，重量也重，在叶片下设置行走钢轮、环形钢轨和环形混凝土基础，风轮的重量经过行走钢轮、环形钢轨分散传到环形混凝土基础上。环形基础的位置处于风轮的外圈，使风轮具有很好的稳定性。因此风轮叶片面积能做得很大，受风面积大，推力也大，风轮就能输出更多动力来发电。

 .   我做了一个直径210毫米6叶片模型风轮，叶片宽77毫米，厚度9毫米，高115毫米，

在自然风下做吹风试验，微风下风轮快速旋转，转速约每分钟30转（无负荷）。.

.    此风轮能正反方向旋转，如在风轮每个旋转叶片处，加装小型半圆弧固定叶片作导向，给风轮一个启动力，风轮就能固定地朝一个方向运转。试验证明垂直轴旋转叶片风轮，能灵活可靠运行。

技术方案  大型风力发电机：

环境条件：风力资源极丰富的沿海、空旷草原的风力电场。.

.    实施方式：大型旋转叶片风轮，直径24m，高18m，钢结构非标准加工件。由底座（1），六角型钢框架（2）、六个旋转叶片（3）、六根挡杆（4）组成。风轮的六个旋转叶片， 每片宽8米，高12.5米，厚0.3米，面积约100平方米，镀锌型钢做骨架，外包3毫米合金铝板。每个叶片位置下方设有行走钢轮，钢轮在环形钢轨和环形混凝土基础行走。六角型钢框架（2）中心轴下端与发电机同轴连接。电脑控制系统等设备都安装风轮下的地下室内。除风轮外，其余配套设备与其他电厂设备相似。.

.      风轮轴心设一个定位机构，用三组圆心定位靠轮与三组高度定位靠轮，对其进行定位，以减少风轮转动时的摆动。风轮轴与变速器轴之间，用弹簧联轴器连接，用弹簧来吸收风轮轴的抖动。风轮主体在工厂加工成半成品，到现场螺栓连接安装。.

.     风轮运行：在5级清风下，风速（8～10.7米/秒）时，每平米风压（40～76.1N/m2），平均风压55N/m2 (5.5kg/m2) ，单组（左右各一片）叶片上能产生（8m－0.3m）×12.5m×5.5kg/m2=529kg风压差，产生10m×529kg=5290kgm力矩差（风轮轴到叶片形心距离10米），推动发电机发电（因只有一组叶片会处在最佳位置上，所以只用一组叶片产生的力计算）。.

.      风力发电机组用电脑智能控制。以风力、风轮转速，发电机绕组三因素进行编程，可在不同的风速配以不同的发电机绕组，充分利用风能。遇到9级以上狂风，风速达到25m/s，发电机温度120度时。电脑启动挡杆（4）的伺服电机，将挡杆移到叶片以外，停止发电，保护设备。.

.    目前大型风力发电厂，大都用水平轴风轮发电机发电，其投资大，制造精度要求高，安装、维修费用高。

.    大型垂直轴旋转叶片风轮发电设备，与水平轴风轮相比投资相对较少，风轮设备工厂制造后拆分成小件，发运到现场拼接安装，用50吨吊车就能完成安装，维修方便。