大功率风力发电机及实施大功率风力发电机的风力发电塔

摘要

本发明涉及一种风力发电机组，尤其是涉及大功率风力发电机及实施大功率风力发电机的风力发电塔，由至少两套大功率风力发电机叠加形成多个大功率风力发电机组，在上下两套大功率风力发电机之间发电机固定轴(5)贯通，由贯通的空心结构形成多个大功率风力发电机组的发电机电源输出线(21)通路；所述大功率风力发电机通过发电机电源输出线(21)外接机构联通蓄电池或电网或用户；本发明通过外层风叶、中层风叶和内层风叶形成的三层受风结构来带动上部发电机和下部发电机同时做工，有效地提高了受风面积，使得发电量得到了大幅度的提升；并且本发明通过多层结构实现了占用相同的风场面积，发电功率倍增的功效。

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种风力发电机组，尤其是涉及一种大功率垂直轴风力发电机 及实施大功率垂直轴风力发电机的风力发电塔。

【背景技术】

在我国风力资源极为丰富，绝大多数地区的年平均风速都在每秒5米以上， 特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿地区，年平均风速更大；有的地方， 一年中三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区风力发电是很有前途的新 型环保能源，而且风是可再生的能源之一；它是取之不尽、用之不竭的可再生 动力。尤其是对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高 原地带发展风力发电更是大有可为的一项事业；在这些地区远离国家供电电网， 架设电网投入的资金非常之大且很不合算；利用可再生的风力资源，进行风力 发电非常适合，沿海沿边，大山深处，海上小岛。

目前的垂直轴风机设计制造的技术原理为：采用流体空气动力学理论，对 垂直轴风叶受风做工、推动风机运转产生动能，进行计算机模拟，精确计算和 风洞实验检测取得精确数据，经计算机精算优化。选用了类似飞机的机翼形风 叶，作为垂直轴风机的风叶。该风叶在风机旋转时，风叶不容易变形而改变风 力效率；但风叶的推力相对较差，利风率偏低。这主要取决于垂直轴风机是由 2～3片机翼形风叶合为一体构成。而小功率垂直轴风电机组由叶片连接在连杆 上，由连接杆和中间传动旋转筒连接，由传动旋转筒连接发电机组成。由风叶 受风做功，将功能传递给风机，风机将动能传给旋转筒，由旋转筒带动发电机 运转发电，这其中还包含输入逆变、控制、变流系统，输入输配等控制系统的 支持，所发出的电能供离网用户和上网用户使用电能。

现有的垂直轴风机的技术原理是根据流体空气动力学理论，实际选取垂直 风机直径，风机直径长度，旋转圆周长度和风叶高度、切面，进行风叶受力做 功的计算和设计。按叶片实际尺寸，每个叶片距离旋转轴中心长度，用CFD技 术进行，模拟，空气动力计算程序数据，对垂直轴风机、风叶进行理论计算。 并采用有限元数据方法，求解翼形风叶断面产生的气动力。用有限元网格方法 对雷诺数流动涡量分布，比对形成高雷诺数据的Navier-Stokes程序方案，进 行数字模拟理论的计算，确定风叶风机最佳结果。供风力发电机组制造商，进 行优化设计确定风力发电机组的工艺结构。但是传统垂直轴风力发电机组的工 艺结构，都存在先天性，无法弥补的设计缺陷；这是由于风叶风机结构设置的 缺陷所致。

对于大功率发电机组的风机转动筒以及风叶风机整体结构，自身重量非常 大，传递给发电机的有效功率相对减弱很多，可用风能(动)力损失较大。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种大功率风力发电机及实施 大功率风力发电机的风力发电塔，本发明通过外层风叶、中层风叶和内层风叶 形成的三层受风结构来带动上部发电机和下部发电机同时做工，克服了现有单 层结构风力发电机的受风面积小、能量损失大等缺陷，有效地提高了受风面积， 使得发电量得到了大幅度的提升；并且本发明通过多层结构实现了占用相同的 风场面积，发电功率倍增的功效。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种大功率风力发电机，包括上部发电机、下部发电机、固定轴、内层风 叶、中层风叶、外层风叶和外接机构，所述固定轴为空心结构，在固定轴的上 下两端分别设有上部发电机、下部发电机，内层风叶包括至少两片内层风叶， 所述内层风叶的上下两端通过两个固定圆盘分别连接在上部发电机、下部发电 机上；所述中层风叶包括至少两片中层风叶，中层风叶的上下两端分别通过两 个固定环连接在上部发电机、下部发电机上；所述外层风叶包括至少两片外层 风叶，外层风叶的上下两端连接在上部发电机、下部发电机上形成大功率风力 发电机，所述大功率风力发电机通过外接机构联通蓄电池或电网或用户。

所述的大功率风力发电机，所述外层风叶为圆弧形。

所述的大功率风力发电机，在固定轴的上下两端分别通过发电机连接盘连 接上部发电机和下部发电机的发电机固定轴，所述上部发电机、下部发电机的 发电机固定轴、固定轴为静止式连接，所述固定轴的中心空腔形成发电机电源 输出线通路。

所述的大功率风力发电机，在上部发电机和下部发电机上分别设有连接中 层风叶的上下两个固定环的圆环固定杆。

所述的大功率风力发电机，在上部发电机的上部和下部发电机的下部分别 设有固定盘，所述发电机固定轴分别穿过上部发电机的上部和下部发电机的下 部设置的固定盘后连接固定轴，发电机固定轴为上下贯通的空心结构。

一种实施大功率风力发电机的风力发电塔，由至少两套大功率风力发电机 叠加形成多个大功率风力发电机组，在上下两套大功率风力发电机之间的上部 大功率风力发电机的下部发电机固定轴和下部大功率风力发电机的上部发电机 固定轴分别连接发电机连接筒的上下两端，形成连体的且上部大功率风力发电 机固定轴与下部大功率风力发电机固定轴内的空心结构贯通，由贯通的空心结 构形成多个大功率风力发电机组的发电机电源输出线通路；在最下面一套大功 率风力发电机的下部通过固定轴连接筒连接底面或固定底座；在最上部的大功 率风力发电机上端设有固定轴连接筒，所述固定轴连接筒上端设有至少三根连 接地面的绳索，其中绳索的连接地面一端为固定端；发电机电源输出线串连全 部上部发电机和下部发电机；所述大功率风力发电机通过发电机电源输出线外 接机构联通蓄电池或电网或用户。

一种实施大功率风力发电机的风力发电塔的另一替换结构，由至少两套大 功率风力发电机叠加形成多个大功率风力发电机组，在上下两套大功率风力发 电机之间的上部大功率风力发电机的下部发电机固定轴和下部大功率风力发电 机的上部发电机固定轴分别连接发电机连接筒的上下两端，形成连体的且上部 大功率风力发电机固定轴与下部大功率风力发电机固定轴内的空心结构贯通， 由贯通的空心结构形成多个大功率风力发电机组的发电机电源输出线通路；在 最下面一套大功率风力发电机的下部通过固定轴连接筒连接底面或固定底座； 在最上部的大功率风力发电机上端设有固定轴连接筒；在多个大功率风力发电 机组最上端和最下端的固定轴连接筒外缘套接在塔固定盘的中部，所述大功率 风力发电机与大功率风力发电机之间的发电机连接筒外缘套接在塔固定盘的中 部；在多个塔固定盘的外缘分别连接至少三根固定立柱，固定立柱的下端固定 在地面上；发电机电源输出线串连全部上部发电机和下部发电机；所述大功率 风力发电机通过发电机电源输出线外接机构联通蓄电池或电网或用户。

所述的实施大功率风力发电机的风力发电塔，在最上部的塔固定盘上分别 设有连接器、起吊连接机构、风速表和风向仪。

所述的实施大功率风力发电机的风力发电塔，在最上部的塔固定盘外缘设 有斜拉绳索，斜拉绳索的另一端为地面固定端。

所述的实施大功率风力发电机的风力发电塔，所述塔固定盘呈圆形或多角 形。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的多片外层风叶的上、下两端直接固定在上部发电机和下部发 电机上或固定在上部发电机的固定盘上和下部发电机的固定盘上，所述多片中 层风叶通过上下两个固定环与上部发电机和下部发电机连接或上下两个固定环 分别通过圆环固定杆与上部发电机和下部发电机连接，所述多片内层风叶的上 下两端分别通过固定圆盘与上部发电机和下部发电机连接；本发明的上部发电 机和下部发电机中部定子连接固定轴和发电机固定轴，并通过发电机固定轴、 发电机连接筒与上部或下部的另一大功率风力发电机的发电机固定轴连接形成 大功率风力发电机组；本发明通过外层风叶、中层风叶和内层风叶形成的三层 受风结构来带动上部发电机和下部发电机同时做工，克服了现有单层结构风力 发电机的受风面积小、能量损失大等缺陷，有效地提高了受风面积，使得发电 量得到了大幅度的提升；并且本发明通过多层结构实现了占用相同的风场面积， 发电功率倍增的功效。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的立体结构示意图；

图3是本发明在应用时多个风力发电机形成的风力发电塔结构示意图；

图4是本发明在应用时多个风力发电机形成的风力发电塔另一实施例结构 示意图；

图中：1、固定盘；2、上部发电机；3、圆环固定杆；4、内层风叶；5、 固定轴；6、中层风叶；7、外层风叶；8、固定环；9、下部发电机；10、固定 圆盘；11、固定轴连接筒；12、绳索；13、发电机固定轴；14、发电机连接盘； 15、发电机连接筒；16、连接器；17、起吊连接机构；18、固定立柱；19、塔 固定盘；20、固定底座；21、发电机电源输出线；22、风速表；23、风向仪。

【具体实施方式】

通过下面的实施方案可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的 实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进；

结合附图1或2中所述的大功率风力发电机，包括上部发电机2、下部发 电机9、固定轴5、内层风叶4、中层风叶6、外层风叶7和外接机构，所述固 定轴5为空心结构，在固定轴5的上下两端分别设有上部发电机2、下部发电 机9，内层风叶4包括至少两片内层风叶4，所述内层风叶4的上下两端通过两 个固定圆盘10分别连接在上部发电机2、下部发电机9上；所述中层风叶6包 括至少两片中层风叶6，中层风叶6的上下两端分别通过两个固定环8连接在 上部发电机2、下部发电机9上；所述外层风叶7为圆弧形，所述外层风叶7 包括至少两片外层风叶7，外层风叶7的上下两端连接在上部发电机2、下部发 电机9上形成大功率风力发电机，所述大功率风力发电机通过外接机构联通蓄 电池或电网或用户。

所述的大功率风力发电机，在固定轴5的上下两端分别通过发电机连接盘 14连接上部发电机2和下部发电机9的发电机固定轴13，所述上部发电机2、 下部发电机9的发电机固定轴13、固定轴5为静止式连接，所述静止式连接是 指发电机固定轴13、固定轴5为不转动的固定结构，仅依靠上部发电机2和下 部发电机9的外转子做工；所述固定轴5的中心空腔形成发电机电源输出线21 通路；在上部发电机2和下部发电机9上分别设有连接中层风叶6的上下两个 固定环8的圆环固定杆3；在上部发电机2的上部和下部发电机9的下部分别 设有固定盘1，所述发电机固定轴13分别穿过上部发电机2的上部和下部发电 机9的下部设置的固定盘1后连接固定轴5，发电机固定轴13为上下贯通的空 心结构。

结合附图3中所述一种实施大功率风力发电机的风力发电塔，由至少两套 大功率风力发电机叠加形成多个大功率风力发电机组，在上下两套大功率风力 发电机之间的上部大功率风力发电机的下部发电机固定轴13和下部大功率风 力发电机的上部发电机固定轴13分别连接发电机连接筒15的上下两端，形成 连体的且上部大功率风力发电机固定轴5与下部大功率风力发电机固定轴5内 的空心结构贯通，由贯通的空心结构形成多个大功率风力发电机组的发电机电 源输出线21通路；在最下面一套大功率风力发电机的下部通过固定轴连接筒 11连接底面或固定底座20；在最上部的大功率风力发电机上端设有固定轴连接 筒11，所述固定轴连接筒11上端设有至少三根连接地面的绳索12，其中绳索 12的连接地面一端为固定端；发电机电源输出线21串连全部上部发电机2和 下部发电机9；所述大功率风力发电机通过发电机电源输出线21外接机构联通 蓄电池或电网或用户。

结合附图4中所述一种实施大功率风力发电机的风力发电塔的另一替换结 构，由至少两套大功率风力发电机叠加形成多个大功率风力发电机组，在上下 两套大功率风力发电机之间的上部大功率风力发电机的下部发电机固定轴13 和下部大功率风力发电机的上部发电机固定轴13分别连接发电机连接筒15的 上下两端，形成连体的且上部大功率风力发电机固定轴5与下部大功率风力发 电机固定轴5内的空心结构贯通，由贯通的空心结构形成多个大功率风力发电 机组的发电机电源输出线21通路；在最下面一套大功率风力发电机的下部通过 固定轴连接筒11连接底面或固定底座20；在最上部的大功率风力发电机上端 设有固定轴连接筒11；在多个大功率风力发电机组最上端和最下端的固定轴连 接筒11外缘套接在塔固定盘19的中部，所述大功率风力发电机与大功率风力 发电机之间的发电机连接筒15外缘套接在塔固定盘19的中部；在多个塔固定 盘19的外缘分别连接至少三根固定立柱18，固定立柱18的下端固定在地面上， 在最上部的塔固定盘19外缘设有斜拉绳索12，斜拉绳索12的另一端为地面固 定端；发电机电源输出线21串连全部上部发电机2和下部发电机9；所述大功 率风力发电机通过发电机电源输出线21外接机构联通蓄电池或电网或用户。

本发明在最上部的塔固定盘19上分别设有连接器16、起吊连接机构17、 风速表22和风向仪23，其中连接器16和起吊连接机构17是为了便于塔固定 盘19以及个零部件的安装维护；在风场里有时风速达不到要求速度，所以可以 利用这些时间段维修本发明，所述风速表22可提供开启或关闭本发明的依据； 风速表22也可通过连接短信发送平台，在符合要求风速时，提醒工作人员开启 本发明；所述风向仪23的作用时便于工作人员掌握风向，以便后期汇总年风向 流动值，为后期改造提供依据。

本发明所述的塔固定盘19呈圆形或多角形，也就是根据设计塔固定盘19 设置为圆形时，固定立柱18可均匀的设置在塔固定盘19周围作为支撑，同理 本发明也可制作为多角形结构，优选五个角或六个角，固定立柱18设置在五个 角或六个角的角部。

实施本发明时，可以利用单个的大功率风力发电机，设置在农牧区域的牧 民家；或牧区临时居所；或边防哨所；或沿海岛屿；或山区；或高原地带；形 成小型供电体系。

在大型风场实施时，所发电能除了供给附近企业外，剩余电能还可上网， 由于本发明的特殊结构，可有效地提高了受风面积，摆脱了目前风场利用率低， 远景发展空间受限，本发明可以向高空多层延伸，使得发电量得到了大幅度的 提升；本发明与现有技术相比，同样的风场面积，发电功率具备倍增的功效。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但 是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所 有变化和改进。