[实用新型]基于三角帆动力的竖直轴海上风力发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海上风力发电装置，尤其涉及一种基于三角帆动力的竖直轴海上风力发电机，该装置通过三角帆船吸收风能后转化为传动部分的机械能，传动部分再带动发电机转动，进而实现发电机发电的功能，本实用新型属于风力发电设备领域。

背景技术

目前已有的海上风力发电装置一般均是以陆地上研发比较成熟的水平轴风力发电机为基础，将水平轴风力发电机改装后安装在近岸浅滩上进行风力发电，这类风力发电设备安装布设时需要专用的船式吊车、直升飞机和水下固定设备等，使得整套风力发电设备的造价很高。而且这些用于安装的设备本身不是为海洋风电量身定做的，所以设备安装起来具有较大的限制，使得海上的风能难以得到充分的利用。

现在也有一些是通过将水平轴风力发电机直接安装在大型船体上进行发电的，以大型船体做为承载发电装置的平台，然后将大型船体开到外海，进而实现风力发电的目的。这类风力发电设备是将发电装置安装在大型船体上的，导致安装发电装置的空间极其有限，从而大大限制了发电量，同时也提高了设备的安装和运行费用，提高了风力发电的成本。

而用于风力发电机中的水平轴螺旋桨式风力发电机存在诸多的缺点，具体如下：

a、现今的螺旋桨式风力发电机的尖速比(Tip Speed Ratio)大约在4、5左右，这意味着风力发电机叶片尖端的线速度是风速的4、5倍，大型的螺旋桨式风力发电机的叶片回转直径有40米以上，而风能有利用价值的风速通常都在10米/秒以上，单张叶片的重量重达数百公斤甚至一吨以上，从物理角度讲，叶片将会受到巨大的离心力的作用，而且螺旋桨式风力发电机的叶片的受力模型是悬臂梁的结构，这是一种内力状况比较差的受力模型，因此对于叶片的材质有非常苛刻的要求。

b、叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能对保证机组正常稳定的运行起到决定性的作用。恶劣的环境和长期不停地运转对叶片具有如下的要求：①比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；②叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；③耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好；④发电成本较低，维护费用最低；⑤质量轻，生产安装方便；⑥环保性好；⑦采用更薄、更有效的翼型。而现实中对叶片的问题是：①现有材料成本较高；②对高科技材料性能认识不足；③连接和制造技术不成熟等。目前一些先进的风力发电机叶片都是碳纤维增强树脂在非常严格的条件下制造出来的，制造价格极其昂贵。同时，叶片还是一种易损品，叶片的损耗也是发电成本之一，从而使得发电成本较高。综上所述，一方面限制了螺旋桨式风力发电机的普及应用，另一方面也表明了再要扩大螺旋桨式风力发电机的单机装机容量是非常困难的。

c、螺旋桨式风力发电机必须要有机头和塔架，在风机叶片扫描的区域中的机头和塔架不可避免地会影响风能的充分利用，事实上螺旋桨式风力发电机在中心附近的风能利用率本来就较低，这就给风力发电机中有限的截风面积带来了一定的损失，而且这是无法避免的，从而降低了发电效率。

由此可见，现有的海上风力发电装置的建设费用高，发电效率低，电价的成本高，难以实现大规模的推广，从而导致海上的风力资源难以得到充分利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，设备投资少，建设费用低，发电效率高的基于三角帆动力的竖直轴海上风力发电机。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该基于三角帆动力的竖直轴海上风力发电机包括带有主轴的发电机，其特点在于：还包括主船体、带有锚链的锚杆、带有三角帆的三角帆船体、帆角控制装置和至少两根横臂，其中帆角控制装置包括空心轴、轴承、带有从动件的凸轮、凸轮支架、帆索和带有主动齿轮的伺服电机，所述发电机安装在主船体中，所述横臂的一端铰接在三角帆船体上，该横臂的另一端与发电机中的主轴相连；所述空心轴固定在发电机上，所述主轴套装在空心轴中，所述凸轮通过轴承安装在空心轴上，所述帆索的一端固定在从动件上，该帆索的另一端固定在三角帆上，所述从动件通过凸轮支架连接在横臂上；所述凸轮的外周边缘带有齿，所述伺服电机固定在主船体上，该伺服电机中的主动齿轮与凸轮相啮合。由此使得本实用新型的能够更加充分的利用海面上的风能，提高了资源的利用率。

本实用新型所述帆角控制装置中还包括帆索环，该帆索环固定在三角帆船体中，所述帆索穿接在帆索环中。由此使得本实用新型中的帆索能够更加方便的控制三角帆的角度。