巨型垂直轴风力发电机组.pdf

一种巨型垂直轴风力发电机组，包括支撑框架(1)、转盘(2)、支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、导风板(6)、轮子(7)、发电机(8)、液压马达(9)、蓄能器(10)、油管阀门组合(11)、液压泵(12)、齿轮箱(13)、油箱(14)。在支撑框架(1)边缘，安装有导风板(6)，用以调节安装在转盘(2)上阻风板(4)的受风条件。在支撑框架(1)中，转盘(2)整体置于其支撑面上，在风载的作用下旋转。转盘轴(5)通过齿轮箱(13)驱动液压泵(12)工作，带压流体通过油管阀门组合(11)，再通过蓄能器(10)蓄能稳压后输送给液压马达(9)，最后驱动发电机(8)旋转而输出稳定电能。

1、  一种巨型垂直轴风力发电机组，包括支撑框架(1)、转盘(2)、支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、导风板(6)、轮子(7)、发电机(8)、液压马达(9)、蓄能器(10)、油管阀门组合(11)、液压泵(12)、齿轮箱(13)、油箱(14)。其特征在于：所述转盘(2)及其承载在其中的支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、轮子(7)是一个结构物的整体，转盘(2)整体置于支撑框架(1)的支撑面上，在风载的作用下旋转。

2、  根据权利要求1所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述支撑框架(1)可以设置多层结构。在每一层的支撑框架(1)的支撑面上，都可以设置一个转盘(2)整体。

3、  根据权利要求1所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述转盘(2)中心有一条垂直轴(转盘轴(5))。

4、  根据权利要求1所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，在转盘(2)的上面安装有支架(3)、阻风板(4)。

5、  根据权利要求1或2或3或4所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述转盘轴(5)连接有调速、调向齿轮箱(13)。

6、  根据权利要求1或2或3或4或5所述的垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述的齿轮箱(13)连接有流体蓄能稳压系统(包括有液压马达(9)、蓄能器(10)、油管阀门组合(11)、液压泵(12)、油箱(14))。

7、  根据权利要求1或2或3或6所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述发电机(8)是通过流体蓄能稳压系统来驱动的。由此可以实现风力发电机组边发电边维护的“在线维护”运行方式。

8、  根据权利要求1或2或3或4所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述导风板(6)可以在支撑框架(1)边缘移动，导风板(6)的面积是可变的，以适应风力风向及调节转盘(2)上阻风板(4)的受风条件；还可以在恶劣气候下，在正面挡住强风对设备的破坏。

9、  根据权利要求1或2或3或6所述的巨型垂直轴风力发电机组，其特征在于，所述发电机(8)是经过了流体蓄能稳压系统后驱动工作的。

巨型垂直轴风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组，特别是巨型、大功率、低成本、稳定输出电能的垂直轴风力发电机组。
背景技术
风力发电机的其中一种分类方式是以驱动轴的方向来划分，分为水平轴和垂直轴驱动方式两大类。目前在大型风电设备市场上是以水平轴风力发电机为主导产品。但是，大型水平轴风力发电机发展到5MW或以上功率时，已经接近现有材料水平和经济性价比的设计和制造极限。如：大型水平轴风力发电机安装高度超过100米，设备制造、工程施工和维护的成本巨大。它需要昂贵的精准动平衡的叶片、精确的偏航系统、受力巨大的变桨距调速系统和消耗大量材料的塔架等。由于安装高度很高，使得设备抗风能力很差，安装难度很大，安装成本很高；由于尖速比的要求而使设备的工作噪音很大。与水平轴风力发电机相比较，垂直轴风力发电机不需要昂贵的叶片、精确的偏航系统、受力巨大的变桨距调速和消耗大量材料的塔架等系统，而且可以适应任何风向，安装高度低，工作噪音小，起动风速要求低(约2m/s)。所以近年来垂直轴风力发电机越来越受到各国的重视。
垂直轴风力发电机的叶片旋转速度较慢，常规方法是采用增大叶片面积来满足采集风能的要求。为了获得更大的功率，就要将叶片的旋转半径增大，以获得更大的扭矩，才可以获取合适的风压动能。但是，随着功率的增大，用垂直轴来承载叶片的依靠材料本身强度来支撑部件的方法，或者是用滚轮来支撑单个叶片的方法，都无法承受增大的重量和满足悬臂增大的结构强度要求。必须用结构体的方法才能解决。同时，现有技术中用叶片旋转轴直接驱动发电机的方法，使得输出的电能质量不高。
综上所述，在保证有足够的受风面积的条件下，如何保证垂直轴风力发电机能够大功率而又能够稳定输出电能，是至今还没有较好解决的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺点，提供一种在支撑框架里面安装转盘，在转盘上安装支架、阻风板和其他零部件的新型风机的结构和方法，使风机的受风半径和承载重量大幅度提高；将采集到的风能转换为液压能，通过流体蓄能稳定系统，推动发电机输出稳定合格的电能。
本发明通过以下技术方案来实施：
一种巨型垂直轴风力发电机组，包括支撑框架(1)、转盘(2)、支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、导风板(6)、轮子(7)、发电机(8)、液压马达(9)、蓄能器(10)、油管阀门组合(11)、液压泵(12)、齿轮箱(13)、油箱(14)。所述支撑框架(1)是一个结构物，承载着所有设备并使设备在里面运行。转盘(2)及其承载在其中的支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、轮子(7)是一个结构物的整体，支架(3)之间、支架(3)和转盘(2)之间是通过结构件来定位固定的，不是仅仅依靠材料的强度来支撑的。转盘(2)下面有轮子(7)、侧面或者其他位置安装有定位辅助轮子(7)、中心有轴，阻风板(4)置于支架(3)上，支架(3)安装在转盘(2)上，转盘轴(5)与齿轮箱(13)连接，液压泵(12)的旋转轴与转盘(2)中心轴(转盘轴(5))通过齿轮箱连接，所述蓄能器(10)通过油管(11)与液压泵(12)、油箱(14)、液压马达(9)等连接，通过蓄能器(10)蓄能稳压后输送给液压马达(9)稳定的能量，液压马达(9)驱动发电机(8)稳定旋转而发电。转盘(2)安装至少二个支架(3)阻风板(4)；在所述转盘(2)的下面至少安装有3个对称轮子(7)，以便支持转盘(2)及其所载物的重量，在轮子(7)下面对应的位置有支撑框架(1)的承载平面，转盘(2)以转盘轴(5)为圆心，在风载的作用下旋转。导风板(6)内含有风向风力感应引导系统及驱动电机，由风向感应引导系统检测到风向和风力，向驱动电机发出指令，调整导风板(6)移动到支撑框架(1)边缘的适当位置，展开不同的面积，调节转盘(2)上阻风板(4)的受风条件。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述支撑框架(1)是有一定强度材料的结构物，可以多层设置安装设备，承载设备和结构重量，抵御恶劣环境影响。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述导风板(6)是有一定强度材料的结构物，可以调整转盘(2)上阻风板(4)的受风条件，使转盘(2)在最佳风压下旋转。还可以在恶劣气候下，在正面挡住强风对设备的破坏。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述转盘(2)整体的直径和厚度随设备要求可以调整，它的工作常态是低转速旋转，大扭距输出。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述支架(3)是有一定强度材料的结构物。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述阻风板(4)是有一定强度材料的结构物。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述转盘轴(5)是有一定强度的材料。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述轮子(7)是有一定承载能力的。
在上述巨型垂直轴风力发电机组中，所述液压系统及零部件是符合国标的。
与现有技术相比，本发明有如下优点：1，为垂直轴风力发电机组向巨型化、大功率化和稳定发电的方向发展，提供了新的综合解决方案。解决了现有技术受材料和结构的限制，使原来无法承受的增大的重量有了支撑点，满足了悬臂增大的结构需求；2，通过采用蓄能稳压系统输出稳定的液压能量的方法，使发电机(8)能够输出稳定的高质量的电能；3，从而使低成本、高质量的巨型垂直轴风力发电机组的制造成为现实，使巨型垂直轴风力发电机组的安装和维护成本降低；4，可以实现风力发电机组边发电边维护的“在线维护”运行方式。
附图说明
图1、是实施例巨型垂直轴风力发电机组工作流程图；
图2、结构示意图；
图3是实施例中垂直轴风力发电机的安装示意图。
零件名称代号说明：支撑框架(1)、转盘(2)、支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、导风板(6)、轮子(7)、发电机(8)、液压马达(9)、蓄能器(10)、油管阀门组合(11)、液压泵(12)、齿轮箱(13)、油箱(14)。
具体实施方式
本发明以下结合附图及实施例作进一步说明。
图1展示了一种巨型垂直轴风力发电机组的工作流程。
图2展示了一种巨型垂直轴风力发电机组的结构。
本发明通过以下设备的构建、作用和运动，实现其功能。
支撑框架(1)，所有的设备安装在此结构体中，可以多层设置。大重量的部件(流体加压系统、流体稳压系统、发电机(8)等设备)安装在支撑框架(1)底层，重心低而稳定、抗风性好，设备安装、日常维护及设备操作和监控均很方便。
转盘(2)，转盘(2)及其承载在其中的支架(3)、阻风板(4)、转盘轴(5)、轮子(7)是一个结构物的整体，支架(3)之间、支架(3)和转盘(2)之间是通过结构件来定位固定的，不是仅仅依靠材料的强度来支撑的。其承载的重量通过轮子(7)压在支撑框架(1)的相应面上，以转盘轴(5)为圆心旋转。根据支撑框架(1)层数设置而设置转盘(2)整体的数量。各个转盘(2)整体是独立运行的。它可以吸收不稳定、不同风速下的风能，风能利用率较高，可以吸收3m/s-50m/s左右风速的能量而正常工作。为了获得更大的动力，随着转盘(2)半径的增大，需要在转盘(2)上安装更多的支架(3)阻风板(4)才可以获取理想的风压动能。
支架(3)，为阻风板(4)的设置提供框架支撑，传递阻风板(4)承受的风压，推动转盘(2)旋转。
阻风板(4)，承受风压，将承受的风压传递给支架(3)。
转盘轴(5)，将转盘获得的扭矩传递到齿轮箱。
导风板(6)，安装在支撑框架(1)边缘的轨道上，通过内含的风向感应引导系统检测到风向和风力，向导风板(6)驱动电机发出指令，调整导风板(6)移动到支撑框架(1)边缘的适当位置和展开不同的面积，从而调节转盘(2)上阻风板(4)的受风条件。使阻风板(4)能够最佳采集风压。
轮子(7)，将转盘(2)整体的重量平衡均匀地传递到支撑框架(1)的支撑面上，并使转盘(2)整体可以旋转。
发电机(8)，将液压马达(9)传递来的机械能转变成为电能。
液压马达(9)，将蓄能稳压系统的压力能转变成为发电机(8)需要的旋转扭矩。
蓄能器(10)，将液压泵(12)输出的不稳定的液压能进行蓄能稳压处理。
油管阀门组合(11)，完成液压系统要求的管阀类功能。
液压泵(12)，将齿轮箱(13)传递来的轴扭矩转换成液压能。
齿轮箱(13)，将转盘轴(5)传递来的轴扭矩调整方向和速度后传递给液压泵(12)，满足液压泵(12)的工况要求。
油箱(14)，存放液压系统做功前后的油量。