[实用新型]垂直轴叶轮自动变面积风力发电机组

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组,尤其是涉及垂直轴叶轮自动变面积高效吸收风能大功率发电机组。

背景技术

目前，利用风能来发电的风力发电机，其结构有水平轴和垂直轴两种形式。水平轴式风力发电机已发展到5MW左右，由于水平轴式风力发电机，包括齿轮箱、发电机等机构零部件都要安装在一百米左右的高耸铁塔顶端上，这对制造安装、运行保养、维护检修造成了很大难度，存在建设成本、运行成本都很昂贵的问题。因此水平轴风力发电机很难再向大功率发展。

垂直轴风力发电机其特点是发电机、齿轮箱等重要部件都安装于地面上，制造安装方便、维护保养方便，在相同的发电机容量下其成本显著下降。然而现有的垂直轴风力发电机普遍存在采集风能效率低的问题。

最近，国内外多家公司提出了建造超大型垂直轴风力发电机计划（10MW），此计划一旦实现，会逐步取代水平轴风力发电机将成为世人瞩目的清洁能源主要发电设备之一。

发明内容

本实用新型针对现有技术中风力发电机塔顶高空设备安装、检修难度大、造价高、大功率机启动力矩大，难以启动、吸收风能效率低、电能需要进行“交-直-交”转换等问题，提供了一种通过设定固定轨道，从而实现叶轮上的扇叶可以自由调节，从而大大提高风能的利用效率的垂直轴叶轮自动变面积风力发电机组。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：垂直轴叶轮自动变面积风力发电机组，包括垂直于地面的内塔筒、外塔筒以及发电机，所述的内塔筒与外塔筒通过球面推力调心轴承转动支撑连接，外塔筒套装在内塔筒之外；外塔筒圆周上均布着两支或两支以上的叶轮；外塔筒内壁下端与内塔筒之间设有辊子轴承组；外塔筒外壁下端安装一个大齿轮 ；大齿轮啮合增速机构，增速机构啮合小齿轮，小齿轮与发电机驱动连接(见图1、2)。

作为优选，当发电机组功率中、小时，内塔筒采用钢管或现场浇注的混凝土管构成，当功率大时则采用多边形锥体(一般3～12边)的高耸桁架钢构塔。

作为优选，当发电机组功率小时，外塔筒采用钢管，当功率中、大时则采用鼠笼式桁架结构套筒体。

作为优选，所述的外塔筒内壁下端与内塔筒之间通过辊子轴承组径向约束转动连接，辊子轴承组包括三个或三个以上的多个辊子，辊子座体可微调、锁定。

作为优选，所述的叶轮 (参见图3)是由两支或两支以上的扇面组成，每个单支扇面又由两根或两根以上水平放置的横杆和两根或两根以上的垂直放置纵杆构成一个网格平面；在每个网格眼中的纵杆之间设有一根或一根以上的翼片轴，通过横杆上的轴承转动连接并且贯通于上、下所有横杆；在每个网格眼中的翼片轴上固定连接翼片；每个单支扇面当中的全部翼片轴上的所有翼片均安装时在一个平面内(参见图4)；全部翼片轴下端之间通过联动杆连接(参见图3)，一个单支扇面上的所有翼片同步同形位地转动。

作为优选，所述的叶轮中的翼片截面处处相同，截面的轮廓为NACA机翼形，翼片的圆端命名为翼首σ，尖端命名为翼尾τ(参见图5)。

作为优选，所述的叶轮其中的一根翼片轴下端固接着曲柄滑块；曲柄滑块与轨道机构滑动配合(参见图8、9)。

作为优选，所述的轨道机构中的α凸轮控制着翼的翼首σ，β凸轮控制着翼片的翼尾τ；α凸轮和β凸轮形状是根据翼首σ和翼尾τ轨迹逐点绘制成形的(参见图6)；翼片随着叶轮围绕内塔筒轴心线z-z做卫星式的公转同时也绕翼片轴自转，其连线σ-τ：在Ⅰ、Ⅳ象限（315°～45°）区域内与y轴垂直(参见图6、7)；在Ⅰ象限（45～90°）区域内σ-τ由垂直y轴旋转为平行y轴；在Ⅱ、Ⅲ象限（90～270°）区域内σ-τ与y轴平行；在Ⅰ象限（270～315°）区域内σ-τ由平行y轴旋转为垂直y轴。设定y轴的正方向始终与风速方向一致, 叶轮逆时针旋转。在（315°～45°）内翼片与风速方向垂直迎风面积大为动力区；在（45～90°）和（270～315°）内为过渡区；在（90～270°）内翼片与风速方向平行迎风面积小为减阻区。

一般方程α、β，本例选定α=β=45°,翼片旋转过渡区：t[(90-β)°,90°），                                                

翼片与y轴垂直区：t[0°,(90-β)°）

t[(270+α)°,360°）

翼片旋转过渡区：t[270°,(270+α)°）

翼片与y轴平行区：t[90°,270°）