一种聚风式垂直轴风力发电设备制造技术

本发明专利技术公开了一种聚风式垂直轴风力发电设备，旨在提供一种对风速要求低，能够在低风速区域应用，并有效提高发电效能的聚风式垂直轴风力发电设备。它包括：底座；中心塔楼，包括塔楼骨架及套设置塔楼骨架外的外环筒体；中心传动轴；叶轮，叶轮位于外环筒体内并固定在中心传动轴上；增速风洞，增速风洞包括增速风洞进口与增速风洞出口，增速风洞出口与外环筒体的内腔连通，增速风洞的截面积由增速风洞出口往增速风洞进口方向逐渐增大；出口风洞，增速风洞与出口风洞位于外环筒体的两侧，出口风洞包括风洞入口与风洞排出口，风洞入口与外环筒体的内腔连通，出口风洞的截面积由风洞入口往风洞排出口方向逐渐增大。风洞排出口方向逐渐增大。风洞排出口方向逐渐增大。

【技术实现步骤摘要】
一种聚风式垂直轴风力发电设备


[0001]本专利技术涉及一种风力发电机，具体涉及一种聚风式垂直轴风力发电设备。

技术介绍

[0002]在当前的风力发电领域，水平轴风力发电机仍然是主流的应用方案，而垂直轴风力发电机虽然有着方便安装维修、不需偏航对风、噪音小等优点，但因效能不佳等问题，难以得到大规模、商业化的应用。水平轴风力发电机由于其固有的对风、噪声及对风速要求高等特点，要么用于优质风电场，要么用于边远地区，如高山、沙漠、海岛等等；而这些应用场合都远离城市中心区域，在能源日趋短缺，电力需求却日益增加的今日，传统的水平轴风力发电机已越来越难以满足人们的需求。
[0003]此外，目前市场上出现的垂直轴发电机多为小型机组，常见于高层建筑、通信基站、高速公路、城市公共照明等离网小型应用场景，很少有超过10 千瓦的，这也是由于其自身结构问题所限制，不管是阻力型（如Savonius型)还是升力型（如Darrieus 型）垂直发电机，若要将其大型化，会使中间的主轴变长，而竖直的叶片旋转时会产生较大的离心力，使得连接这些叶片的主轴承受所有负荷，导致其抗风能力变差。因此，现有的垂直轴风力发电技术还有很大的改进和发展空间，如果能有效提升其发电效能，则垂直轴风力发电机的实用性将得到极大的提升。
[0004]有鉴于此，一种对风速要求小，噪音小，且能够靠近城市以大大降低并网成本的风力发电装置将拥有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种对风速要求低，能够在低风速区域应用，并有效提高发电效能的聚风式垂直轴风力发电设备。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种聚风式垂直轴风力发电设备，包括：底座；中心塔楼，其包括塔楼骨架及套设置塔楼骨架外的外环筒体，中心塔楼通过塔楼骨架固定在底座上；中心传动轴，中心传动轴插设在外环筒体内；叶轮，叶轮位于外环筒体内并固定在中心传动轴上；增速风洞，增速风洞包括增速风洞进口与增速风洞出口，增速风洞出口与外环筒体的内腔连通，增速风洞的截面积由增速风洞出口往增速风洞进口方向逐渐增大；出口风洞，增速风洞与出口风洞位于外环筒体的两侧，出口风洞包括风洞入口与风洞排出口，风洞入口与外环筒体的内腔连通，出口风洞的截面积由风洞入口往风洞排出口方向逐渐增大。
[0007]本方案的聚风式垂直轴风力发电设备利用增速风洞与出口风洞的聚风效果，能够
聚集风能，提高吹到叶轮的风速，从而降低了最低额定使用风速，因而对风速要求低，扩大了使用地区范围，能够在低风速区域推广应用。同时，能够有效提高吹到叶轮的风速，根据功率与风速三次方成正比的关系，这将极大的提高发电机的效能，有效解决了传统垂直轴风力发电机难以得到大规模应用的最大软肋。另外，由于聚风式垂直轴风力发电设备对风速要求低、且垂直轴风力发电机本身具有噪音小的特点，因而可以建设在城市郊区、工业园区、城市内空地等地方，相比于传统水平轴风力发电机大大降低了并网成本。
[0008]作为优选，叶轮包括：弧形叶片, 弧形叶片的轴线与中心传动轴相平行；轮辐，轮辐固定设置在中心传动轴上，轮辐的末端与弧形叶片铰接相连；调节组件，调节组件包括调节螺杆、固定在中心传动轴上的调节臂及与弧形叶片铰接相连的铰接座，调节螺杆转动设置在调节臂与铰接座中的一个上，调节臂与铰接座中的另一个与调节螺杆通过螺纹连接。由于聚风式垂直轴风力发电设备的弧形叶片很大，制作时难以保证弧形叶片角度与通过增速风洞进入的气流方向相匹配，加工制作难度大；为此，本方案通过调节组件来调节弧形叶片的角度，使其与通过增速风洞进入的气流方向相匹配，如此，一方面可以保证弧形叶片的角度与通过增速风洞进入的气流方向相匹配，另一方面可以降低加工制作难度大。
[0009]作为优选，弧形叶片的横截面呈月牙形，其包括朝向中心传动轴的弧形内壁与背向中心传动轴的弧形外壁。如此，可以降低气流流经弧形叶片收到的流阻。
[0010]作为优选，中心塔楼还包括至少两层自下而上依次分布在塔楼骨架上的楼板，楼板位于外环筒体内，任意相邻分布的两层楼板之间形成叶轮容置层，每层叶轮容置层均布置有所述的叶轮，所述增速风洞出口内设有若干自下而上依次分布的隔板，将增速风洞出口自下而上依次分隔成若干个出风口，出风口与叶轮容置层一一对应，且出风口与对应的叶轮容置层相连通。如此，一方面可以通过设置多个叶轮，来提高发电机的效能；另一方面，可以通过层楼板来隔开各叶轮，避免叶轮旋转过程中相互影响，而降低发电机的效能。
[0011]作为优选，还包括旋转驱动装置，旋转驱动装置包括：若干支撑滚轮，外环筒体、增速风洞与出口风洞通过支撑滚轮支撑在环轨上，以使增速风洞与出口风洞能够绕中心塔楼转动；旋转驱动执行机构，旋转驱动执行机构驱动增速风洞与出口风洞绕中心塔楼转动。如此，可以通过旋转驱动执行机构驱动增速风洞与出口风洞绕中心塔楼转动，使增速风洞的增速风洞进口朝向来风方向。
[0012]作为优选，还包括风向标及控制器，风向标设置在中心塔楼的顶部，风向标在收集到风向信息后，控制器通过旋转驱动装置驱动增速风洞与出口风洞绕中心塔楼转动，以使增速风洞进口朝向来风方向。如此，保证增速风洞的增速风洞进口朝向来风方向。
[0013]作为优选，旋转驱动执行机构包括行走轮及驱动行走轮旋转的行走电机，行走轮支撑在环轨上。
[0014]作为优选，还包括风速检测器及卸载门装置，风速检测器用于检测风速，卸载门装置包括：卸风口，卸风口设置在增速风洞侧壁上并靠近增速风洞出口；卸风门，卸风门转动设置在增速风洞外壁上用于封遮卸风口；
卸风门旋转驱动机构，用于驱动卸风门转动。
[0015]当风速检测器检测到风速小于设定值时，卸风门封遮卸风口。当风速检测器检测到风速大于设定值时，卸风门旋转驱动机构驱动卸风门旋转设定角度，使卸风口开启设定角度，使增速风洞内一部分的风通过卸风口排出，如此，在风速过高时可以避免对发电站的整体结构及内部的发电设备造成伤害，同时，通过调整卸风门的开口角度大小，以使增速风洞出口的风速保持在一个设定范围内。
[0016]作为优选，风洞排出口面积大于增速风洞进口面积，且风洞排出口边缘往外延伸形成一圈外沿挡板。在来流遇到前方增速风洞处的高压区而往两边流动时，由于风洞排出口面积大于增速风洞进口面积，且风洞排出口边缘往外延伸形成一圈外沿挡板，如此，可以形成推动气流的气压差，具体的，风洞排出口的外沿部分及外沿挡板可以阻挡来风，在外沿挡板后方形成一圈环状的低压无风带，气流会被吸入低压无风带而形成低压涡旋，而这些低压涡旋会对从出口风洞流出的气流产生一定吸力，从而有效平衡发电站前后的气压差，以使得气流更加顺利地进入增速风洞，加速推动叶轮进行发电。
[0017]作为优选，中心传动轴的下部通过下轴承座与底座或中心塔楼的下部转动连接，中心传动轴上部通过上轴承座与中心塔楼上部转动连接。中心传动轴通过上轴承座与下轴承座与中心塔楼相接，有效提高了中心传动轴的稳定性与负荷能力，从而降低了叶轮带来的巨大离心力所造成的稳定性与牢固性影响。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚风式垂直轴风力发电设备，其特征是，包括：底座；中心塔楼，其包括塔楼骨架及套设置塔楼骨架外的外环筒体，中心塔楼通过塔楼骨架固定在底座上；中心传动轴，中心传动轴插设在外环筒体内；叶轮，叶轮位于外环筒体内并固定在中心传动轴上；增速风洞，增速风洞包括增速风洞进口与增速风洞出口，增速风洞出口与外环筒体的内腔连通，增速风洞的截面积由增速风洞出口往增速风洞进口方向逐渐增大；出口风洞，增速风洞与出口风洞位于外环筒体的两侧，出口风洞包括风洞入口与风洞排出口，风洞入口与外环筒体的内腔连通，出口风洞的截面积由风洞入口往风洞排出口方向逐渐增大。2.根据权利要求1所述的一种聚风式垂直轴风力发电设备，其特征是，所述叶轮包括：弧形叶片, 弧形叶片的轴线与中心传动轴相平行；轮辐，轮辐固定设置在中心传动轴上，轮辐的末端与弧形叶片铰接相连；调节组件，调节组件包括调节螺杆、固定在中心传动轴上的调节臂及与弧形叶片铰接相连的铰接座，调节螺杆转动设置在调节臂与铰接座中的一个上，调节臂与铰接座中的另一个与调节螺杆通过螺纹连接。3.根据权利要求2所述的一种聚风式垂直轴风力发电设备，其特征是，所述弧形叶片的横截面呈月牙形，其包括朝向中心传动轴的弧形内壁与背向中心传动轴的弧形外壁。4.根据权利要求1或2或3所述的一种聚风式垂直轴风力发电设备，其特征是，所述中心塔楼还包括至少两层自下而上依次分布在塔楼骨架上的楼板，楼板位于外环筒体内，任意相邻分布的两层楼板之间形成叶轮容置层，每层叶轮容置层均布置有所述的叶轮，所述增速风洞出口内设有若干自下而上依次分布的隔板，将增速风洞出口自下而上依次分隔成若干个出风口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哈宝，
申请(专利权)人：李哈宝，
类型：发明
国别省市：