[发明专利]垂直轴式风力发电机及其风机和风力驱动部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴式风力发电机，尤其涉及垂直轴式风力 发电机上使用的风机和风力驱动部件。

背景技术

风力发电机是利用自然界中的风能使之转化为电能的发电装 置，风力发电机的风机有水平轴式(即横轴式)和垂直轴式(即竖 轴式)。

目前，能并网发电的风力发电机均是水平轴式风力发电机。随 着水平轴风力发电机的单机功率的不断提高(现已发展至兆瓦级 1000Kw)，其风叶直径和塔高也在逐渐增大，由此产生的是高昂的 投资建设费用和非常困难的维护服务，使得摊销在每度电上的成本 远远大于利用其他火力发电的成本，特别是兆瓦级风力发电机，经 济性非常差，商业应用困难。

就其投资建设费用而言，主塔的建设费用占据风力发电机非常 大的比重，由此可见，降低主塔高度对于降低风力发电机的投资建 设费用是非常有益的，然而，主塔高度是由浆叶直径和离地安全距 离确定的，在提高单机功率的同时，主塔的高度则势必因浆叶直径 的增加而增大。

与水平轴式风力发电机相比，垂直轴式风力发电机在风层、风 能资源的合理利用，风向、风力改变的适应，风力发电机单机功率 的提高能力，投资建设成本及维护等优点，使其在单机功率兆瓦级 的风力发电机组的商业化应用方面具有明显技术优势。

对于垂直式风力发电机而言，风机和浆叶等风力驱动部件是其 关键部件，对风力发电机的整体性能的好坏有着决定性影响，目前， 围绕风机和浆叶开发的技术方案较多，然而都属于单机功率较小的 类型，下面对一些典型的风机或浆叶结构进行描述。

中国专利申请200820081374.0公开了一种风力发电风机，风机 的浆叶至少四片，浆叶中空，俯视为大刀形，其横截面为中空的等 腰三角形，浆叶的迎风面为三角形的底，浆叶的出风面为三角形的 顶。该风机对空气的阻力较小，浆叶重量较轻，然而基于浆叶回转 半径的限制，风力发电机的单机功率受到限制，难以实现单机功率 兆瓦级(1000KW以上)的发电机组。

中国发明专利申请200710038642.0公开了一种可自动调节迎 风截面的垂直轴风力发电机风叶结构，其采用双浆叶或三浆叶或多 浆叶布局，且为一层或多层风叶叠加形式，层间由风叶架隔开，其 中，每个浆叶纵向为长方形，横向截面为弧线形，或为层流翼型， 形成正面为凸面、背面为凹面的凹凸结构；每个浆叶支架中设有一 个或二至六个/片条组成的耗风门，每扇耗风门与浆叶支架之间由 弱弹簧片或弹性片连接，用以调节强风时耗风门或耗风门中的耗风 窗的开与关。

由于上述风叶的特殊结构，上述垂直轴风力发电机在微风(1.5 级左右)和飓风(11级以上)能够连续工作，适用风力范围广，风 能利用率高，然而鉴于弧线形浆叶的本身的强度问题，难以实现单 机功率兆瓦级(1000KW以上)的发电机组。

中国专利申请200720006788.2披露了一种垂直轴型风力发电 机的浆叶结构，浆叶由浆叶体及单向活门所组成，浆叶体是等分的 固置在风力发电机主轴外周，其两表面沿着主轴轴向设置，且设有 贯穿两表面的透气孔，各浆叶体相对施以转矩的一面上设置有单向 活门，该单向活门罩覆浆叶体透气孔，单向活门在承受风力时相应 地启闭透气孔。

由于上述浆叶的特殊结构，虽然在微风和飓风时都能够工作， 然而活动零部件例如单向活门非常多，给浆叶的维护工作造成挑战， 同样不适合于在大功率发电机组上使用。

中国专利申请20082004537.1披露了一种新型垂直轴风力发电 机组，包括垂直设置的主轴以及对称设置在主轴上的浆叶，该浆叶 的径向截面形状均为v形，相邻两浆叶的开口方向相同。

上述风力发电机组是针对景观或路灯上来设计的，其发电功率 较小，不能满足大功率发电机组的需要。

中国发明专利申请200710080114.1公开了一种垂直风力发电机 浆叶组，该浆叶组支承于驱动发电机旋转的垂直轴上，浆叶组包含 一旋转支架和复数个设于旋转支架的垂直式浆叶，各浆叶可围绕自 身旋转轴受控制地转动以维持迎风面的最佳攻角或者受控制地改变 转动直径以减低强风时被吹坏的可能性。

上述浆叶的独特的运动方式有助于提高风力发电机的风能利用 率，然而，机翼形状的浆叶结构对风能利用率还是不理想，特别是 在制造兆瓦级风力发电机来说，风力发电机的外形将变得非常巨大。