一种垂直轴风力机及具有其的风能船制造技术

本发明专利技术公开了一种垂直轴风力机及具有其的风能船，包括塔身(300)，塔身(300)内设有可自由转动的主轴(108)，主轴(108)外设有筒形的中柱体，中柱体由立柱(101)和横梁(102)组合成正多面框架体结构，中柱体与主轴(108)固定连接；上下两组横梁(102)或上下多组横梁(102)上设有向外延伸的桨臂(104)，桨叶(400)安装在桨臂(104)上，结构强度及抗变形性能高、受力状况比较均衡、合理，有利于提高零部件的使用寿命，效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直轴风力机及具有其的风能船
本专利技术涉及可再生能源利用
内的风能利用装置领域，尤其涉及一种垂直轴风力机及具有其的风能船。
技术介绍
可再生能源的利用是当前国内外都十分重视的问题，而风能利用的主流产品就是水平轴风力发电机组，目前已经做到数兆瓦。但由于这种风力机的结构存在先天性的弱点，如风叶采用悬臂梁结构、风轮主轴承负荷不均衡等等，使进一步增大单机功率的技术难度和研制成本都大大增高。至今难于接近10兆瓦级门槛。相比水平轴风力机，垂直轴风力机的发展更缓慢。即使是业界认为最有可能与水平轴风力机竞争的达里厄式垂直轴风力机，至今也未进入大规模应用。制约其发展的主要因素有：一.效率低。阻力型垂直轴风力机效率低下，没有竞争力。而升力型一般都采用对称型风叶，其升阻比相对较低。经查询，目前国内外各种升力型垂直轴风力机的桨叶都不具备自动偏航功能，其桨叶在旋转过程中，每一周只有两处才可达到升力最大。利用叶素理论和矢量分析法将其升力分解后可知，能够利用来推动风轮旋转的，只有与风轮旋转圆面相切的那一部分力。二.难以做大功率。以Φ型达里厄风力机为例，欲做大功率，就要增大其风轮的扫掠面积，必须增加中轴的长度。为了防止其细长的中轴在风中弯折，需要用数根缆绳将中轴顶端的轴承座固定，如图1所示。这种结构限制了风轮的安装高度，使其只能在接近地面的高度运转。而接近地面的风力一般较弱，湍流也较大，不利于风轮稳定高效地运行。为避免中轴折断，目前，能上高杆的达里厄型风力机都是小功率产品，如图2所示。三.不能变桨矩。目前，几乎所有的垂直轴风力机桨叶的安装角都是固定的，尚未发现以自动变桨距功能来稳定风轮转速和输出功率的垂直轴风力机。风速变化时，该类风力机的转速和输出功率也随之波动。四.目前各种升力型垂直轴风力机的扫掠面积和风轮高度都是不可变的，对风速变化的适应范围较窄，抗飓风能力也较差。五.起动性能较差，有的垂直轴风力机甚至需先将发电机转变为电动机来起动风轮。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构强度及抗变形性能高、受力状况比较均衡、合理，有利于提高零部件的使用寿命，效率高的垂直轴风力机及具有其的风能船。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种垂直轴风力机，包括塔身，所述塔身内设有可自由转动的主轴，所述主轴外设有筒形的中柱体，所述中柱体由立柱和横梁组合成正多面框架体结构，中柱体与主轴固定连接；上下两组横梁或上下多组横梁上设有向外延伸的桨臂，桨叶安装在所述桨臂上。所述桨叶为变径式桨叶，桨叶在不同高度处的风轮直径与该高度处的风速呈正比，不同高度处风速满足幂定律公式：Un＝u1(Zn/Z1)γ，其中un为高度Zn处的风速；u1为高度Z1处的风速；γ为风切变指数，γ根据地形不同而不同，根据实际使用环境测量，为一定值；桨叶在不同高度处的风轮直径也满足幂定律公式，可以定义dn＝n*Un，n为常数，可根据实际情况定义。还包括维持主轴稳定的维稳机构，所述维稳机构包括维稳轨道和维稳轮，所述塔身外周均匀设有多个维稳轮，横梁内侧设有可绕所述维稳轮转动的圆形的维稳轨道。还包括用于分担主轴负荷的分担机构，所述分担机构包括两个载荷分担轴承座，一个载荷分担轴承座与主轴上段固定连接，主轴下段通过主轴承座与塔身连接，主轴承座与塔身固定连接，主轴可在主轴承座内转动；另一个载荷分担轴承座与主轴承座固定连接，两个载荷分担轴承座之间通过载荷分担轴承连接。所述中柱体通过横担梁和风轮轮毂与主轴固定连接。还包括斜拉杆，所述斜拉杆两端分别与横梁和主轴固定连接。一种的风能船，包括船体，所述船体具有上述的垂直轴风力机；风力机与发电机连接，发电机产生的电能为船体提供动力。风力机的主轴上固定设有大齿轮，所述船体上设有喷水推进泵，所述喷水推进泵通过传动机构与大齿轮连接，所述传动机构包括小齿轮、离合器、变速器；所述主轴四周至少设有两组传动机构和喷水推进泵。所述船体为三体推进风能船，包括位于中部的三体船中间片体和位于两侧的三体船侧片体，三体船中间片体上设有通过主轴驱动的喷水推进泵，三体船侧片体上设有通过发电机提供电能的电力推进器。所述船体前端设有液压顶推装置或韧性联接销，所述液压顶推装置的联接销与被顶推船体后端设置的联接孔座上的联接孔配合，所述韧性联接销与被顶推船体后端设有的配套联结装置配合，实现风能船与被顶推船体的连接。还包括自动偏航系统、自动变桨距系统、桨叶折叠系统和风轮高度调节系统，限于篇幅，这几个系统以及适用于该风力机的一种特殊吊装方法将分别在另外的申请书中予以说明。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，结构强度及抗变形性能高、受力状况比较均衡、合理，有利于提高零部件的使用寿命，效率高。风轮的框架式中柱体的结构强度及抗变形性能都远大于单根立轴。桨叶多点受承托，类似于简支梁结构或多跨连续梁结构，风轮的强度和抗飓风能力较强，有利于风力机的大型化和巨型化。附图说明图1为现有技术结构示意图；图2为另一种现有技术结构示意图；图3为本专利技术实施例中提供的垂直轴风力机的结构示意图；图4为图3垂直轴风力机的中柱体的结构示意图；图5为图4的垂直轴风力机的维稳机构的结构示意图；图6为图5的剖视图；图7为图5的局部放大图；图8为图3垂直轴风力机的分担机构的结构示意图；图9为图3垂直轴风力机的变径式桨叶的结构示意图；图10为桨叶的结构示意图；图11为实施例二的全电力推进风能船的结构示意图；图12为图11的俯视图；图13为图11的电气控制原理图；图14为实施例三的半电力推进风能船的结构示意图；图15为图14的俯视图；图16为实施例四的多机一体风能船的结构示意图；图17为图16的俯视图；图18为实施例五的一机多体风能窗的结构示意图；图19为船体与风力机的连接结构示意图；上述图中的标记均为：101、立柱，102、横梁，103、斜杆，104、桨臂，105、横担梁，106、斜拉杆，107、风轮轮毂，108、主轴，109、主轴承座，110、载荷分担轴承座，111、载荷分担轴承，112、主轴联轴器，201、斜拉索，202、桨臂与桨叶铰链机构，203、维稳轮，204、维稳轨道，205、控制电缆插座，206、电缆插座仓室，207、控制电缆，300、塔身，301、控制机柜，302、汇流环仓室，400、桨叶，401、翼梁，402、翼肋，403、加强型翼肋，404、纵墙，405、桁条，406、蒙皮，407、桨臂座，408、偏航臂座，409、翼尖翼刀，410、桨叶增强缆索，411、变径式桨叶，501、风力机，502、风力机主轴，503、发电机，504、电力推进器，601、大齿轮，602、小齿轮，603、离合器，604、提速齿轮组，605、喷水推进泵，606、推进泵进口流道，607、推进泵喷水管，701、三体船侧片体，702、普通船原动力装置，703、三体船中间片体，704、联接销，705、联接孔座。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一参见图3-4所示，一种垂直轴风力机，包括塔身300，塔身300内设有可自由转动的主轴108，主轴108外设有筒形的中柱体，中柱体由立柱101和横梁102组合成正多面框架体结构，中柱体与主轴10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直轴风力机，包括塔身(300)，所述塔身(300)内设有可自由转动的主轴(108)，其特征在于，所述主轴(108)外设有筒形的中柱体，所述中柱体由立柱(101)和横梁(102)组合成正多面框架体结构，中柱体与主轴(108)固定连接；上下两组横梁(102)或上下多组横梁(102)上设有向外延伸的桨臂(104)，桨叶(400)安装在所述桨臂(104)上。

【技术特征摘要】
1.一种垂直轴风力机，包括塔身(300)，所述塔身(300)内设有可自由转动的主轴(108)，其特征在于，所述主轴(108)外设有筒形的中柱体，所述中柱体由立柱(101)和横梁(102)组合成正多面框架体结构，中柱体与主轴(108)固定连接；上下两组横梁(102)或上下多组横梁(102)上设有向外延伸的桨臂(104)，桨叶(400)安装在所述桨臂(104)上；所述桨叶(400)为变径式桨叶(411)，桨叶(400)在不同高度处的风轮直径与该高度处的风速呈正比，不同高度处风速满足幂定律公式：Un＝u1(Zn/Z1)γ，其中un为高度Zn处的风速；u1为高度Z1处的风速；γ为风切变指数，γ根据地形不同而不同，根据实际使用环境测量，为一定值；桨叶(400)在不同高度处的风轮直径也满足幂定律公式，可以定义dn＝n*Un，n为常数，可根据实际情况定义。2.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，还包括维持主轴(108)稳定的维稳机构，所述维稳机构包括维稳轨道(204)和维稳轮(203)，所述塔身(300)外周均匀设有多个维稳轮(203)，横梁(102)内侧设有可绕所述维稳轮(203)转动的圆形的维稳轨道(204)。3.如权利要求2所述的垂直轴风力机，其特征在于，还包括用于分担主轴(108)负荷的分担机构，所述分担机构包括两个载荷分担轴承座(110)，一个载荷分担轴承座(110)与主轴(108)上段固定连接，主轴(108)下段通过主轴承座(109)与塔身(300)连接，主轴承座(109)与塔身(300)固定连接，主轴(108)可在主轴承座(109)内转动；另一个载荷分担轴承座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫海路，莫鲁路，莫安路，莫蓉，
申请(专利权)人：莫海路，
类型：发明
国别省市：安徽;34