[发明专利]一种共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电机，属于风力发电设备技术领域。

背景技术

垂直轴风力机被传统认为其风能利用率低而不被重视。但近年来，因其诸多优点逐渐显现出来，市场竞争力不断增强。

垂直轴风力机设计简单，制造、安装及维护费用低；不需偏航系统，不损失有用功；噪音低，安全风速范围大，年运转时间长。若能获取满意的风机体型，既可实现理想的风能利用率，又能大大延长风机整机的使用寿命。因而开展垂直轴风机最优体型设计和抗疲劳设计具有重要的理论研究意义和工程实用价值。并可实现巨大的经济效益和社会效益。

垂直轴风力发电机按其结构形式分为三种类型，即阻力型，如Savonius风机；升力型，如Darrieus型和马格努斯效应风轮。无论哪种类型的垂直轴风力机，风轮在旋转过程中，转子的重量全部集中在承接轴承上，大大增加了摩擦力并降低了风能利用率。并且随着风轮尺寸与重量的增加，过大的负载激增了关键零部件的更换频率。在风力机有效使用寿命期间内，零部件的更换不仅增加了风力发电机的维护成本并且延长了停车时间，加大了成本投入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题:减缓风力发电机转动部分产生的竖向重力载荷，降低摩擦力并提高风能利用率,并且抵消弯矩作用。

本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

一种共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于:包括与发电机相连的主轴,在所述主轴上设置上风轮和下风轮,所述上风轮和下风轮均包括竖向叶片，所述上风轮和下风轮的竖向叶片翼型相同，安装方向相反，在来流风作用下，气动牵引力相反，风轮异向旋转。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上风轮通过轴承安装在主轴上。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：所述下风轮通过齿轮箱安装在主轴上。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：所述齿轮箱包括太阳轮，太阳轮与各行星轮啮合，各行星轮与齿圈啮合，所述太阳轮的转轴为主轴，所述行星轮与齿轮箱下部承台固定连接，齿圈位于齿轮箱外壁的内侧，齿圈与下风轮风轮支撑杆连接。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上风轮包括竖直设置的叶片,叶片通过风轮支撑杆连接在轴承上，在所述风轮支撑杆上设置有水平旋翼。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：所述下风轮包括竖直设置的叶片,叶片通过风轮支撑杆连接在齿轮箱上，在所述风轮支撑杆上设置有水平旋翼。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：所述齿轮箱内行星齿轮顶部设置限位装置，所述限位装置包括与主轴固定连接的上部承台，齿圈通过滚珠圈抵住上部承台旋转，限位装置将下风轮限制在主轴下部，并将下风轮产生的升力传递给主轴，在齿轮箱和主轴的共同作用下抵消上下旋翼由于不平衡升力产生的弯矩。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机的设计方法，其特征在于：上风轮与下风轮中竖直叶片叶尖间距Δd设计应避免叶尖涡的相互影响，叶尖间距Δd满足：L为风轮竖向叶片的长度。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机的设计方法，其特征在于：在最大迎风逆行状态下，水平旋翼各截面入流合成速度V_rel为V_rel＝ω₀r+V₀，其中，ω₀为风力机额定转速，V₀为额定风速，随着旋翼展现距离r增大，合成速度逐渐增大，通过降低扭角λ和翼型弦长c，使旋翼各截面产生均匀竖向升力,即竖向升力为其中升力系数C_l在翼型失速之前与扭角λ呈线性关系,ρ为空气密度。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机的设计方法，其特征在于：上风轮、下风轮水平旋翼相互对应，即在相同的旋转角速度下，上风轮与下风轮对应水平旋翼同时运行至最大迎风方位角，两叶片以转轴对称呈平行状态上风轮与行星齿轮中太阳轮相连，下风轮与行星齿轮的齿圈相连接，星轮固定，通过调整齿圈和太阳轮直径比例，使太阳轮和齿圈转速保持一致。

前述的共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机，其特征在于：水平旋翼靠近主轴端由风轮支撑杆与主轴固定连接，且风轮支撑杆与叶片的连接处为水平旋翼翼型1/4弦长的气动中心处。

本发明所达到的有益效果：