中心固定支承式垂直轴风力发电机.pdf

本发明的中心固定支承式垂直轴风力发电机，包括地面基座、中心轴、叶片、发电机，还包括至少2个定位槽、至少2个定位架、层间传扭机构、小轴承或滑轮，所述的中心轴垂直固装在地面基座上，各定位槽分别固装在中心轴的下部和中心轴的中上部，各定位架分别经小轴承或滑轮安装在各自对应的定位槽上，层间传扭机构固定连接在各个定位架之间，叶片经叶片架安装在中心轴中上部的定位架上，发电机转子经支架安装在中心轴下部的定位架上，发电机定子及机壳套装在发电机转子上并固装在地面基座上。具有运行稳定，脉动小，抗台风能力强，风能利用效率高，结构简单，成本低，寿命长，安装维修方便等优点，更适合在风向不定、风力随时变化的地方安装使用。

1.  一种中心固定支承式垂直轴风力发电机，包括地面基座、中心轴、叶片、发电机，其特征在于还包括至少2个定位槽、至少2个定位架、层间传扭机构、小轴承或滑轮，所述的中心轴垂直固装在地面基座上，各定位槽分别固装在中心轴的下部和中心轴的中上部，各定位架分别经小轴承或滑轮安装在各自对应的定位槽上，层间传扭机构固定连接在各个定位架之间，叶片经叶片架安装在中心轴中上部的定位架上，发电机转子经支架安装在中心轴下部的定位架上，发电机定子及机壳套装在发电机转子上并固装在地面基座上。

2.  如权利要求1所述的中心固定支承式垂直轴风力发电机，其特征在于所述所述叶片选用多层叶片，上、下层叶片按平均的角度错开分布。

3.  如权利要求1或2所述的中心固定支承式垂直轴风力发电机，其特征在于所述层间传扭机构选用套筒型传扭机构或鼠笼型传扭机构或网格型传扭机构。

中心固定支承式垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，特别是一种结构简单可靠、运行稳定、使用维护方便、成本低、效率高、寿命长、有效风速范围宽的多层叶片、中心轴固定支承的风力发电机，属于风力发电领域。
背景技术
风能是人类最早利用的最廉价、最方便、最清洁的一种可再生的绿色能源，与传统能源相比，风力发电不依赖矿物能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有碳排放等环境成本。因此，风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，发展迅速。风力发电机是利用风能的主要设备，它可以分为水平轴风力机和垂直轴风力机两类。水平轴风力机的风轮围绕着一个水平轴旋转，工作时风轮的旋转平面与风向垂直。垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转，主要有利用空气阻力做功和利用翼型升力做功两大类。
目前，世界上正在运行的风力发电机绝大部分是水平轴发电机，其结构主要由风轮、低速联轴器、增速器、高速联轴器、发电机、塔架、调速装置、调向装置、制动器等组成。尽管其应用普遍，但在结构和设计上还存在一些问题，主要表现在以下几个方面：
(1)风能利用率：根据叶素理论计算垂直轴风轮的风能利用率，得出了利用率不如水平轴的结论，但在实际环境中风向是经常变化的，水平轴风轮的迎风面不可能始终对着风，这就引起了“对风损失”，而垂直轴风轮则不存在这个问题。
(2)风向影响：垂直轴风力机可以接受任何方向的来风.不需要水平轴风力机所必须具备的迎风转向(偏航)机构。因此，垂直轴风力机的结构比水平轴风力机简单，成本较低。
(3)风力机结构特点：水平轴的发电机都置于几十米的高空，而垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面，便于安装维护。并且水平轴风力机的叶片比垂直轴风力机的叶片相对复杂，加工成本相对较高，而垂直轴风力机的叶片形状简单，加工容易，成本低。
(4)环保问题：风力发电运行对环境产生的影响主要是产生噪音和对当地生态环境的影响。水平轴风轮的尖速比一般在5～8左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生很大的气动噪音。垂直轴风轮的尖速比则要比水平轴的小的多，一般在3～4.5之间，产生气动噪音较小，对环境几乎没有影响。
而目前大部分的垂直轴风力发电机也存在着一定的问题：
(1)垂直轴风力发电机一般都是单层叶片的，叶片较长，在旋转过程中，承受着较大的、周期性的正负载荷的变化，疲劳寿命较短；
(2)虽然利用三根缆索固定，但由于中心轴是旋转的及采用单层叶片，脉动比较大，损失了部分风能，机械部件的摩檫损耗大，故障率高；
(3)缆索的固定需要较大的空间距离，增加了复杂度，特别是加大了海上施工的难度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中风力发电机所面临的问题，提供一种风能利用率高、成本低、转速低、结构相对简单、而且运行稳定、噪音低、维护方便的中心固定支承式垂直轴风力发电机。
本发明的中心固定支承式垂直轴风力发电机，包括地面基座、中心轴、叶片、发电机，其特征在于还包括至少2个定位槽、至少2个定位架、层间传扭机构、小轴承或滑轮，所述的中心轴垂直固装在地面基座上，各定位槽分别固装在中心轴的下部和中心轴的中上部，各定位架分别经小轴承或滑轮安装在各自对应的定位槽上，层间传扭机构固定连接在各个定位架之间，叶片经叶片架安装在中心轴中上部的定位架上，发电机转子经支架安装在中心轴下部的定位架上，发电机定子及机壳套装在发电机转子上并固装在地面基座上。
所述叶片选用多层叶片，上、下层叶片按平均的角度错开分布。
所述层间传扭机构选用套筒型传扭机构或鼠笼型传扭机构或网格型传扭机构。
工作时，中心轴固定不动，叶片在风能的作用下通过定位架带动层间传扭机构经小轴承或滑轮沿定位槽绕中心轴中上部旋转，经层间传扭机构带动下部的定位架沿定位槽绕中心轴下部旋转，安装在下部的定位架带动支架使发电机的转子旋转而发电。本发明的中心固定支承式垂直轴风力发电机与现有的转达动式垂直轴风力发电机相比，明显具有以下优点：
1.由于采用中心轴固定支承、多层叶片，并将发电机固定在地面，可以减轻中心轴的负担，运行过程中机身稳定，脉动小，抗台风能力强，安装维修方便。
2.由于采用多层叶片，叶片的长度更短，减小了单个叶片的正负载荷，抗折弯强度高，使用寿命长、加工简单、成本低，并容易向大功率发电机的方向发展。
3.由于整个电机输出转矩脉动和电压脉动小，同时减少了机械部件的摩檫损耗，降低了能量损耗和故障率，提高了风能利用率。
4.由于不用对风装置，更适合在风向不定、风力随时变化的地方安装使用，可以简化机身结构，提高了风力机的运行可靠性，且运行条件宽松，可以更有效地利用高速风能。
附图说明
附图1是本发明的中心固定支承式垂直轴风力发电机的结构示意图；
附图2是附图1中的A-A向结构示意图。
具体实施方式
参见附图1和附图2，图中的1是中心轴，2是定位槽，3是小轴承或滑轮，4是叶片，5是叶片架，6是层间传扭机构，7是支架，8是发电机转子，9是发电机定子，10是机壳，11是地面基座，12是定位架。
本发明的中心固定支承式垂直轴风力发电机，其结构包括地面基座11、中心轴1、叶片4、发电机，还包括至少2个定位槽2、至少2个定位架12、层间传扭机构6、小轴承或滑轮3，所述的中心轴1垂直固装在地面基座11上，各定位槽2分别固装在中心轴1的下部和中心轴1的中上部，各定位架12分别经小轴承或滑轮3安装在各自对应的定位槽2上，层间传扭机构6固定连接在各个定位架12之间，叶片4经叶片架5安装在中心轴1中上部的定位架12上，发电机转子8经支架7安装在中心轴1下部的定位架12上，发电机定子9及机壳10套装在发电机转子8上并固装在地面基座11上。
所述所述叶片4选用多层叶片，叶片可以采用H型或Φ型或其它的形状，上、下层叶片4按平均的角度错开分布，可使定位架等转动机构的运行更稳定。
为了将上、下各定位架相互连为一体而同时转动，所述层间传扭机构6选用套筒型传扭机构或鼠笼型传扭机构或网格型传扭机构。
工作时，中心轴1固定不动，叶片4在风能的作用下通过定位架12带动层间传扭机构6经小轴承或滑轮3沿定位槽2绕中心轴1中上部旋转，经层间传扭机构6带动下部的定位架12沿定位槽绕中心轴下部旋转，安装在下部的定位架12带动支架7使发电机的转子8旋转而发电。