[发明专利]大型垂直轴风力发电机结构

说明书

技术领域

一种用于大型垂直风力发电机的结构，该结构可使得垂直轴风力发电 机向大型化发展。

背景技术

一般的，本发明中所称的大型垂直轴风力发电机，是指50KW以上输 出功率的直轴风力发电机。

如图1所示，是现有的垂直轴风力发电机结构示意图，即在塔架1之 上设有安装固定发电机的平台2，发电机、连接器、刹车和变速箱等部件3 安装于平台2的上方，塔架1承载垂直中心轴4、由叶片6和支持翼5组 成的垂直轴风轮。其中，塔架1的结构是空心管，垂直中心轴4采用的是 实心管或厚壁空心管，支持翼5的结构采用的是空心管。

由于受结构等多种因素的影响，现有的垂直轴风力发电机普遍功率较 小，若采用现有结构，为了能在强风中(比如在60m/s风速下)保持结构 的稳定，则需将塔架和垂直中心轴制造的非常坚固，并且随着风轮直径的 增大，塔架和垂直中心轴的直径也必须按一定比例增大，但客观上受工业 装备的限制和成本因素的约束，由此影响了垂直轴风力发电机的大型化发 展。

举例而言，若垂直中心轴采用实心管，垂直轴风力发电机的风轮直径 是50m，风轮高度是40m，假设安全风速设计在60m/s时，风轮侧向所受 风的合力大约在2700KN，为了能使得风力发电机在风速达到60m/s时不至 毁坏，若垂直中心轴长度是25m左右，直径大约1.5m，重量近350t，且虽 然强度能满足要求，但刚性却仍然不足。若同样的情况；垂直中心轴采用 厚壁空心管，直径大约在3.5m左右，重量也要近百吨。且随着中心轴直径 的增大，轴承直径也相应增大，大幅度增加了成本；对塔架而言，即使塔 架高度仅为25m，塔架底部的最大弯矩也要达到大约1.26x10⁵kN·m，塔架 直径也需要大约6m以上，重量大约150t，而且塔架的基础也需相应增大， 大大增加了大型垂直轴风力发电机的成本，使大型垂直轴风力发电机不具 商业化价值。

综上，为了将垂直轴风力发电机向大型化发展，就需要改变现有的垂 直轴风力发电机结构。

发明内容

本发明的目的就是提出一种可使得垂直轴风力发电机向大型化发展的 垂直轴风力发电机结构。使大型垂直轴风力发电机能有效抵御强风的同时 达到降低成本，便于加工的目的，满足商业化发展的要求。

具体的技术方方案是：

一种大型垂直风力发电机的结构，包括塔架1，在塔架1上设有安装 固定发电机的平台2，由塔架1承载的垂直中心轴4，由塔架1承载的叶片 6和支持翼5组成的垂直轴风轮，其特征在于，所述的塔架1是桁架结构。

所述的塔架1由至少3个子塔架平行组成俯视投影为正多边形的桁架 结构，子塔架的结构是空心管。

上述塔架1由3个子塔架平行组成俯视投影为正三角形的桁架结构； 其垂直轴风轮直径(D)和相邻两子塔架之间距离(L)的比值(D/L)是2.5～6之 间，风轮直径(D)和风机塔架高度(H)的比值D/H在3～0.5之间。该比值范 围的选取是为了在满足结构安全的条件下，达到最佳的节省材料和降低成 本的目的。

上述的垂直中心轴4是空心管，空心管内部是桁架结构。

所述垂直中心轴4的桁架结构是均匀的从中心轴的底部延长到中心轴 的顶部。

所述垂直中心轴4的桁架结构是非均匀的从中心轴的底部延长到中心 轴的顶部，底部桁架密度高，顶部密度低，以便进一步降低中心轴的重量。

上述垂直轴中心轴的管壁由若干个圆管相隔组成环形，以便进一步降 低中心轴的重量。

上述的支持翼5是桁架结构。

上述支持翼长度(S)和相邻两桁架间距(K)的比值S/K是13～25之间。 该比值范围的选取是为了在满足结构安全的条件下，达到最佳的节省材料 和降低成本的目的。

所述的平台2下方可安装发电机、连接器、刹车、变速箱或齿轮箱部 件3，以便于缩短中心轴的长度，减小并降低中心轴的重量。

本发明的上述结构，可使大型垂直轴风力发电机能有效抵御强风的同 时达到降低成本，便于加工的目的，满足商业化发展的要求。

本发明将在下面结合附图及具体实施方式进行描述。

附图说明

图1是现有垂直轴风力发电机结构示意图。

图2是本发明大型垂直轴风力发电机结构示意图。

图3是本发明塔架结构示意图。