[发明专利]聚风双击式风轮垂直轴风力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚风双击式风轮垂直轴风力发电装置，属于发电设备领域。

背景技术

风力发电机归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，虽然当前应用广泛的水平轴风力发电机能够利用高空风能，但利用率仍然偏低。根据贝兹极限理论，目前水平轴风力机对风能的理论最大利用率为59.3％，而实际应用中，风能的利用率远低于这个数值。例如德国产2.5兆瓦水平轴风力发电机，风轮直径为80m，扫风面积为5024m²，设计风速为15米/秒，风能利用效率仅为24.1％，当风速为9米/秒时其风能利用效率达到最大值也仅为43％。

当前应用广泛的水平轴风力发电机由于受叶片结构强度的限制，单机功率很难超过5兆瓦，而3兆瓦的风力发电机就已经是接近商业极限了，且造价昂贵，一般为1.0万元/kw以上。

水平轴风力发电机的增速机和发电机及其它设备等都要安装到几十米高度的塔架顶端的机舱内，受高空空间狭小的制约，上述设备的体积和重量及外形都要受到严格的限制，且结构复杂，故障率高，据统计平均开机率不到20％。日常检查维护和出现故障后的检修也十分不便。由于投资和故障率高导致开机不足等因素的影响，装备水平轴风力发电机的风电场经济效益较差，目前真正盈利的不多。这也严重地制约了风力发电这一绿色能源产业的健康发展。

垂直轴风力发电机较当前广泛应用的水平轴风力发电机有一个突出的优点，就是可以将增速齿轮箱和发电机(或其他工作机械)安放在地面上，安装和维修费用低且方便。但是，由于多种因素的限制，目前垂直轴风力发电机的功率不大，一般不超过300千瓦。

发明内容

根据上述现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种风能利用率更高、发电功率大、造价低且安装维修方便的聚风双击式风轮垂直轴风力发电装置。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种聚风双击式风轮垂直轴风力发电装置，包括风轮、支撑固定塔筒、垂直传动轴、增速机和发电机，垂直传动轴位于支撑固定塔筒中，支撑固定塔筒上套装一绕其转动的空心圆筒，风轮固定在空心圆筒上，空心圆筒通过垂直传动轴连接增速机，增速机与发电机连接，其特征在于：风轮的边缘装有流线型升力叶片，风轮进风半圆周的前方设置聚风罩，聚风罩的支撑杆通过承重定位轴承连接在支撑固定塔筒上，聚风罩靠近风轮一端沿风轮外边缘通过轴固定整流导风板，聚风罩上安装自动泄风装置。

风轮的前半圆周进风，后半圆周出风，风力在风轮内形成自前向后的贯流，因此风力先后两次推动流线型升力叶片并带动风轮绕支撑固定塔筒旋转(逆时针或顺时针均可)，风轮将高空的风能转换成巨大的动力后，可通过空心圆筒和垂直传动轴传递到设在地面上的增速机，增速机将转速提升后带动发电机发出电力。在聚风罩内设置整流导风板，可将与风轮旋转方向相反的逆方向的风调整成与风轮旋转方向相同的风并以最佳的攻角作用到风轮的流线型升力叶片上，最大限度地吸收风的能量，从而大大提高了风能利用效率。

所述聚风罩的进风口设置为喇叭口，沿进风方向聚风罩的口径递减。通过聚风罩能够将水平方向吹来的风聚拢和压缩，一方面聚集风能，另一方面对风提压加速。

所述聚风罩的进风口四周设置伸缩式聚风板。在低风速时，可以将伸缩式聚风板伸长，从而加大进风量以增加发电量。

为确保聚风罩进风口始终正对着来风方向，设置自动对风装置：

对于较大型风力机(10kw以上)可设置由对风减速电机驱动的自动对风装置，即在聚风罩的下方设有固定在地面上的与支撑固定塔筒同心的环形轨道，环形轨道上设置带动力的承载聚风罩重量的轮式行走自动对风装置，聚风罩与轮式行走自动对风装置固定连接。聚风罩的重量通过带驱动力的轮子压在环形轨道上，这样可使驱动装置的驱动力大且功率消耗低。所述的轮式行走自动对风装置为常规或者可以实现的装置，其控制信号来自于随机风向计和随机计算机控制系统。

对于小型风力机(10kw以下)可设置自动对风尾舵，即在承重定位轴承上固定自动对风尾舵，自动对风尾舵和聚风罩对称设置在支撑固定塔筒的两侧。

所述的自动泄风装置包括自动泄风门和自动挡风板，自动泄风门安装在聚风罩左右两侧的泄风口上，自动挡风板安装在聚风罩进风口内中心的两侧，自动泄风门和自动挡风板均通过轴与聚风罩连接。通过自动泄风装置可将超过发电机额定功率的多余风力自动漏泄掉，能方便快速地进行调速和安全保护，使风轮既能保持正常旋转又不会因大风而造成损坏。