[发明专利]垂直轴风力涡轮发电机

说明书

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮发电机，用风车将自然风能转化成旋转功率并产生电或驱动机械旋转设备。

背景技术

垂直轴风力涡轮发电机利用免费的天然能量-风能产生电已经是众所周知的。这种风力涡轮发电机包括很多部件，大体上类似于现有的常规垂直轴风力涡轮发电机；这些部件包括安装在转子上的涡轮机叶片、连接到与涡轮机轴一起旋转的转子上的主轴、垂直连接到借助叶片接收风能旋转的主轴上的递升的变速器和一由变速器的输出轴驱动的发电机，该变速器完全通过安装在风力涡轮机塔架结构上的轴承垂直同轴安装。生产电的风力涡轮发电厂包括很多附件，涉及变压器、电池、逆变器、控制面板、配线和用于将电分配网结合在一起的控制系统。

图1显示的上述的风力涡轮发电机系统，图2详细显示的叶片形状，图3和图4显示的安装在转子上的叶片的方向、举升装置，图5和图6显示的一套风速加速通道是本发明附加提供的，其与其他部件一起连接安装以提高叶片的风团利用能力、通过举升装置减少来自安装在轴承上的涡轮机的负载的摩擦损耗并通过风速加速通道增加靠近风力涡轮机叶片的风速来利用风力作为发电机的驱动源，从而使用风能作为发电机的有效的动能来发电。

如图2所示，围绕涡轮机转子安装的叶片设计成V行纵向杯状的横截面。叶片两侧的宽度相同或相互不同，上方和下方叶片壁的纵向叶片宽度典型地设计成在叶片端部较窄。当风通过靠近叶片前方的风速加速通道，大量的风团压缩并加速进入叶片杯中，产生巨大的动能推动叶片和涡轮机转子旋转连接到递升变速器轴的初步决定方向和速度，并持续驱动发电机。旋转时，倾斜的上部和弯曲的下部叶片壁部分提升涡轮机组，通过这些叶片壁的设计，风速越快产生自我举升力越大。一个或多个风流动的可开启门通过铰链装配到上部叶片壁上。这些门通常在正常风速时通过其重力自锁，当风速超过设计极限时门将逐渐打开来使涡轮机避免在强风或暴风雨情况下的任何损坏并稳定设计转速时的涡轮机转速来维持最大发电容量。叶片杯的尺寸和外形，壁宽度，长度和深度具体设计成有助于风速时涡轮机旋转效率的主要因素。具有空气动力学设计的V形叶片还可以减少回推或拉力，其抵抗涡轮机旋转的叶片移动方向，是增加涡轮机转速的另一个关键因素。

图3和图4显示了举升装置，安装其中之一来举升涡轮机组。该装置建造来提升安装在涡轮机轴最下端的旋转基盘；该举升装置安装来消除涡轮机组的负载或重量，涡轮机组压在安装主轴的上部轴承表面上。这个举升方法使涡轮机组旋转无摩擦；类似于涡轮机组在空气中悬浮并自由旋转。通过本发明的举升装置消除摩擦损耗的方法是相当大程度增加涡轮机转速的主要因素，涡轮机转速增加提高了发电效率。

图3所示的举升装置的磁体举升方法通过使用连接到地基底座和旋转基盘的下表面的电或永磁体构成。磁对中的相同磁极，南极或北极相互面对安装并保持他们之间的间隙在0.1毫米左右，或者扁平环形片状永磁体是一层或多层松散堆叠到非磁性金属轴诸如不锈钢上，使不同磁极面对每个相邻磁体。

最下层磁体连接到底座，最上层磁体安装在涡轮机轴的旋转基盘最下端，非磁性轴焊接到底座和旋转基盘的下表面。当涡轮机旋转时，结合自身举升力，在最大磁力容量时，这种方法产生很高的推力来提升整个涡轮发电机组，该很高的推力设计成等于或稍微大于涡轮机组的重量。

图4所示的举升装置的流体压力举升方法是通过使用由泵或压缩机产生的压缩空气-任何惰性气体如氮气、高压水或液压油作为循环介质的流体压力的举升方式。流体通过蓄水池流进流体进口喷嘴。压力为每平方厘米2到8公斤的流体将被密封在旋转基盘下方的基部水池中，来向上推动并提升基盘和涡轮机组。为了更容易的启动和涡轮机更好转动，基盘的两侧表面之间的压力差保持在举起涡轮机组。一平方米基盘表面两侧之间压差为每平方厘米一公斤可以举起涡轮机的重量，负载在轴和轴承表面大约10吨或10000公斤。举起涡轮机的流体压差通常由压差控制系统工具来规定。压差是通过自动调节压差控制器来控制，调节流体供给压力来克服压在轴承表面的涡轮机的瞬间负载。压差控制器从通过管件安装和连接的压力传送器接收来自旋转基盘下方的基部水池和旋转基盘上方的间隙的压差信号。