[发明专利]大功率垂直轴多风轮群组合式风力发电塔轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电机，尤其是一种大功率垂直轴多风轮群组合式风力发电塔轮。 

背景技术

在风力发电领域中，现有的升力型风力发电机自启动性能差，系统容易振动，而阻力型风力发电机转速比较低，这两类风力发电机的结构都有风能利用系数不高和稳定性差的问题。这些缺陷严重阻碍了垂直轴风力发电机的普及和大型化。风电领域近年来一直在尝试使升力和阻力相结合的垂直轴风力发电技术模式，并取得了一些可喜成果，但是对风机大型化时的安全性和稳定性问题一直没能取得较大突破，而对如何化害为利、利用风轮负面受风来发电则完全没人提出解决方案。 

发明内容

为解决现有风力发电机风能利用系数不高和稳定性差的问题，本发明提供一种自启动性能强、风能利用系数高以及发电设备系统稳定性高的大功率垂直轴多风轮群组合式风力发电塔轮。 

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的： 

一种大功率垂直轴多风轮群组合式风力发电塔轮，包括塔基和主风轮，所述主风轮架体上设有水平风叶和垂直风叶，所述主风轮轴心处垂直设有旋转轴，所述水平风叶以旋转轴为中心设置在主风轮架体顶部，所述垂直风叶以旋转轴为中心设置在主风轮架体边上，所主风轮架体内部以旋转轴为轴心设有垂直风叶，所述主风轮下设有转盘，所述转盘下设有主风轮发电室，主风轮发电室下设有塔基，所述主风轮发电室外壁上设有副风轮，所述副风轮由桁架和垂直风叶构成，所述桁架上、下一对以主风轮旋转轴为中心对称设于主风轮发电室外壁上，所述上、下桁架间设有垂直风叶、小风轮和小风轮发电室，所述每对桁架间端部设有小风轮，所述小风轮旋转轴设于每对桁架间端部，所述小风轮下设有小风轮发电室，所述小风轮以旋转轴为中心在边缘处对称设有垂直风叶，所述主风轮架体边缘处垂直风叶安装方向与副风轮桁架间垂直风叶安装方向相同，所述小风轮边缘处垂直风叶安装方向与主风轮垂直风叶方向和桁架间垂直风叶方向相反，从而使小风轮的旋转方向与主风轮、副风轮的旋转方向相反，所述垂直风叶可根据风轮逆时针和顺时针转的需要调整扭转角度。 

所述水平风叶为涡轮状，叶片数为3-18片，受风方向扬起角度为12-30°的范围；所述垂直风叶一侧中部隆起表面平滑，为升力型特征，所述垂直风叶另一侧均匀分布1-5个曲面下凹，为阻力型特征，所述主风轮上垂直风叶，叶片数为3-18片。 

所述副风轮高度为主风轮高度的0.2-1倍，所述副风轮直径为主风轮直径的1.2-3倍，所述副风轮直径为主风轮发电室外壁两端对称分布的桁架两端距离。 

所述小风轮对称设于副风轮外侧每对桁架的端部，所述小风轮高度不超过每对桁架的间距，所述小风轮直径为副风轮直径的0.1-0.25倍。 

所述主风轮和小风轮内设有风轮旋转轴贯穿整个风轮轴心，所述小风轮内旋转轴设于每对桁架间；所述主风轮上设有3-18根拉索以30-90°固定在副风轮的桁架上。 

所述主风轮发电室内主风轮旋转轴下端设有中心齿轮，所述小风轮发电室内小风轮旋转轴下设有齿轮箱，所述齿轮箱传输动力至主风轮发电室内行星齿轮，所述中心大齿轮与行星齿轮啮合，所述行星齿轮下设有发电机。 

所述主风轮旋转轴下中心齿轮啮合的多台发电机可通过离合器根据风速随机加载和切除。 

所述主风轮转盘下设有滚动轴承，所述塔基和主风轮发电室外壁间设有副风轮滚动导轨和滚轮，所述主风轮发电室内壁上设有加强筋。 

本发明的有益效果是： 

1.本发明上层主风轮直径较小，下层副风轮直径较大，主风轮和副风轮的组合使风轮在配重关系下异常稳定，再加上主风轮底部有塔基作为主要支撑，主风轮上有拉索和副飞轮拉起固定，主风轮和塔基间设有滚轮支撑其行走在滚动导轨上，故本发明的风机基础坚实可靠。 

2.本发明设有升、阻力相结合的垂直风叶和捕捉风轮内上升气流的涡轮式水平风叶，两种风叶的设计安装可以有效解决垂直轴风机自启动差，并能够大幅度提高风机的风能利用系数。 

3.本发明设置副风轮上的小风轮旋转方向与副风轮和主风轮的旋转方向相反，这使小风轮不仅可以直接吸收主风轮和副风轮的负面受风中的风能，变害为利，而且它们还可以直接吸收形成于主风轮和副风轮受风侧背面的尾流扰动区中的风能。 

4.本发明垂直风叶设计为一侧均匀分布1-5个的曲面下凹作为阻力面，另一侧中部隆起表面平滑作为升力面，该设计不仅可完美解决升力型风机自启动性能差的问题，而且该曲面还具有升力受风的性能。