無主幹轉盤式垂直軸風力的製造方法
2023-06-08 17:41:51
無主幹轉盤式垂直軸風力的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了無主幹轉盤式垂直軸風力機，在轉盤上徑向、等弧度間隔安裝2支或2支以上分支葉片組，直接增加葉片旋轉圓直徑和葉片垂直長度，提高風力機轉矩；將支撐葉片的支架性構造，除葉片之間的交節點以外，都貫穿隱藏於葉片的翼型之中，變支架阻力為葉片動力；摒棄葉片及其支架圍繞主幹轉動的外轉子方式，將風葉輪與轉盤和主軸裝配成一個整體，安裝在迴轉支承轉子上，由主軸直接驅動轉軸發電機；在轉盤與定盤之間設置發電機，為轉盤設備提供電源，用迴轉驅動器調節葉片的迴轉角度，為在高空運轉的迴轉軸承自動加注潤滑油。本實用新型適用於大中型垂直軸風力發電系統。
【專利說明】無主幹轉盤式垂直軸風力機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及垂直軸風力機，特別涉及無主幹轉盤式垂直軸風力機。
【背景技術】
[0002]水平軸風力發電系統是當今世界風力發電主流機型，技術成熟，生產批量大。但是，水平軸風力發電系統的缺點日見顯著，其啟動風速高、工作噪音大、抗風能力差，必須對風，使用偏航迴轉驅動系統，必須使用變速比高達100以上齒輪變速箱,難以實現風力機對發電機直接驅動。兆瓦級風力發系統的塔筒或塔架高度多在70?80M，葉片圓直徑高達135M，葉片長度65M，偏航迴轉支承所承重的風力發系統設備總重量高達100噸以上，這一系列數據表明:水平軸風力發電系統已經發展到歷史的頂部階段。
[0003]從風電發展之初到現在，人們一直寄希望於垂直軸風力發電系統，早就看好其啟動風速低、氣動噪音小、受風性能好的特點。中國最早利用風能的形式就是垂直軸風車。然而，相比於水平軸風力發電系統，垂直軸風力發電系統並沒有得到應有的發展，差距之大令人感嘆。垂直軸風力發電系統發展緩慢，固然有投資等方面的原因，但是，主要原因仍然在技術方面，問題的根源正隱藏在人們習以為常的事物中。
[0004]對於垂直軸風力發電系統的垂直方向軸的認識，應當清楚區別主軸與主幹的概念，並與水平軸風力發電系統的主軸概念定義保持一致。主軸是指自身受葉片運動而轉動，並驅動發電機轉子轉動的動力軸；主幹是指自身不轉動，僅作為轉動的葉片及其支架所圍繞、支撐的定位支撐杆。
[0005]水平軸風力發電系統沒有主幹，主軸很短，大型風電系統只有6?SM。儘管垂直軸風力發電系統的主幹很高，如著名的達裡厄雙葉型風力機(法國航空工程師達裡厄DarrieUS1931年發明了升力型垂直軸風力機。)，有34M高，非常壯觀。達裡厄風力機主幹上，套一個支架管或2個支架環，支架管或支架環圍繞主幹，隨風葉轉動。達裡厄雙葉型風力機的主軸的有效長度應當從轉動的支架管或支架環的底部到發電機轉子機構(無論是內轉子或外轉子)的首端，其有效長度實際上與水平軸風力發電系統的主軸長度差不多，也只有6?SM。傳統的和現有的垂直軸風力機，包括經典Φ型，和最近發展起來的H型風力機的標誌性結構是:都有主幹，葉片和支架圍繞主幹轉動。人們對垂直軸風力機的典型結構習以為常，無人質疑這種風力機的主幹和支架結構的功能。
[0006]經典的和現有的垂直軸風力機的主要缺點在於:
[0007]垂直軸風力機的轉矩與葉片旋轉圓半徑和葉片平均垂直長度的乘積成正比。Φ型或H型垂直軸風力機的葉片旋轉圓直徑和葉片平均垂直長度本來應當與主幹的高度和強度不相關。但是，由於葉片及其支架圍繞主幹轉動，依靠主幹支撐，因此，主幹在結構中處於支配地位。主幹的高度和強度必然制約葉片旋轉圓直徑和葉片垂直長度的增加，葉片旋轉圓直徑和葉片垂直長度本身喪失了自主改變的獨立屬性。
[0008]在經典的和現有的垂直軸風力機中，要增加轉矩，不能直接加大葉片旋轉圓直徑和葉片平均垂直長度，而必須首先擴大和增強支架，然後才能增加葉片圓直徑和葉片垂直長度(圓弧形葉片可用其直徑或弦長代表其平均垂直長度)。葉片圓直徑完全由支架的徑向尺寸決定，葉片平均垂直長度也取決於所在支架的尺寸和強度。通常很難單獨對支架進行空氣動力學設計，支架所受到的阻力與其重量和尺寸成正比。
[0009]經典的和現有的垂直軸風力機中，葉片及其支架圍繞主幹的轉動是外轉子轉動。與外轉子轉動相匹配的是外轉子發電機，而要驅動轉軸發電機，就必須增加傳動轉換機構。最近發展起來的H型垂直軸風力機大都使用小功率外轉子永磁發電機,這種小功率發電系統雖可用於點亮路燈，但不能用於商業發電。外轉子的風力機結構不利於驅動大功率的轉軸發電機。
[0010]經典的和現有的垂直軸風力機中，葉片及其支架圍繞主幹轉動，這種結構不利於在支架和葉片上引入電源，無法在轉動的支架或葉片上使用電機調節葉片的迴轉角度(現有垂直軸風力機的葉片攻角調節裝置都為機械方式)；無法接入潤滑油管，無法用電動油泵為葉片或支架上的迴轉軸承自動加注潤滑油。
【發明內容】
[0011]本實用新型主要目的:
[0012]取消經典和現有垂直軸風力機中葉片和支架圍繞主幹轉動的標誌性結構，創造無主幹轉盤式垂直軸風力機，在轉盤上直接安裝2支或2支以上的分支葉片組，直接增加葉片旋轉圓直徑和葉片垂直長度，提高風力機轉矩；將支撐葉片的支架性構造，除葉片之間的交節點以外，都貫穿隱藏於葉片的翼型之中，變支架阻力為葉片動力；摒棄葉片和支架圍繞主幹轉動的外轉子方式，將風葉輪與轉盤和主軸裝配成一個整體，安裝在迴轉支承轉子上，由主軸直接驅動轉軸發電機；在轉盤與定盤之間設置發電機，為轉盤設備提供電源，用迴轉驅動器調節葉片迴轉角度，為在高空運轉的迴轉軸承自動加注潤滑油。
[0013]本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0014]無主幹轉盤式垂直軸風力機，包括分支葉片組、轉盤及盤上設備和盤下零部件、定盤及盤上零部件、主軸、迴轉支承、轉盤頂蓋和風速風向儀、軸心連接器、徑向和雙邊拉緊鋼絲繩。
[0015]2支或2支以上分支葉片組的水平葉片根部，徑向、等弧度間隔安裝在轉盤上；分支葉片組包括6個葉片:水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片構成直角三角形，r形葉片、下垂直葉片在上垂直葉片兩端節點垂直串接，由迴轉驅動器調節迴轉角度，圓弧形葉片固定於上垂直葉片兩端節點；分支葉片組的上斜葉片頂部節點內側設有3個環扣，安裝徑向和雙邊拉緊鋼絲繩；轉盤下與定盤上設有對應的零部件，包括為轉盤設備供電的發電機轉子與定子；轉盤和主軸同軸心安裝在迴轉支承轉子上，迴轉支承定子安裝在定盤上，主軸通過定盤中心圓洞，轉盤頂蓋和風速風向儀安裝在轉盤上。
[0016]本實用新型技術方案進一步概述如下:
[0017]分支葉片組包括6個葉片:水平葉片、上斜葉片、上垂直葉片、r形葉片、下垂直葉片、圓弧形葉片；水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片構成直角三角形；水平葉片內包含足夠寬度和強度的矩形鋼結構，水平葉片外端節點通過迴轉驅動器和連接器，連接上、下垂直葉片；水平葉片根部出轉盤處安裝上斜葉片，上斜葉片頂部節點外側安裝有迴轉軸承和連接器，連接上垂直葉片與r形葉片；r形葉片由一段垂直上升段分離為2個徑向相反的弧線段，弧線段是圓弧或拋物線的一部分，r形葉片的外向弧段比內向弧段的徑向尺寸小10%?50% ；r形葉片、下垂直葉片在上垂直葉片兩端節點垂直串接，由安裝在水平葉片外端節點矩形鋼結構內的迴轉驅動器，同軸調節這3個葉片的迴轉角度，調節範圍限定為葉片旋轉圓切線方向正負90° ;圓弧形葉片的弧度等於或小於180°，其上端固定於上斜葉片頂部節點外側，下端固定於水平葉片外端。
[0018]分支葉片組的上斜葉片頂部節點內側設有3個環扣，中間為徑向鋼絲繩安裝環扣，兩邊為雙邊鋼絲繩安裝環扣；當風力機只安裝2支葉片組時，用鋼絲繩和螺旋扣拉緊2支葉片組上斜葉片頂部節點徑向環扣；當安裝3支或3支以上分支葉片組時，以軸心連接器為中心，用鋼絲繩和螺旋扣徑向拉緊軸心連接器與各分支葉片組上斜葉片頂部節點徑向環扣，同時，用鋼絲繩和螺旋扣拉緊相鄰葉片組上斜葉片頂部節點雙邊環扣。
[0019]轉盤與定盤之間設有發電機，其輸出繞組安裝在轉盤下，勵磁繞組或永磁鐵心安裝在定盤上；轉盤與定盤對應圓周上，設有多對光電信息交換板，板上設有發光元件與光敏元件陣列；轉盤下設有制動盤，定盤上設有盤式制動器；轉盤向下設置兩圈圍邊，內圍邊下沿外圈設有密封圈，定盤近外沿向上設置一圈圍邊，夾於轉盤下兩圈圍邊之間，其上沿外圈設有密封圈。
[0020]轉盤設備包括:發電機輸出變流器和轉盤電源、轉盤設備控制器、潤滑油箱、油泵、水平葉片鋼結構內的迴轉驅動器及其電機和角度位移編碼器、上斜葉片頂部節點外側的迴轉軸承、轉盤光電信息交換板、轉盤頂蓋上風速風向儀。安裝在轉盤上面的設備依據徑向和圓周方向兩個參照系均衡配重，設備高度受轉盤頂蓋限制；轉定盤之間的發電機輸出繞組，通過電纜引到轉盤上面，經變流器和轉盤電源處理後向各個轉盤設備供電，所有轉盤設備由轉盤設備控制器控制；潤滑油管、迴轉驅動器電機和編碼器的電纜線管貫穿隱藏在水平葉片內的鋼結構之中，上斜葉片頂部節點外側的迴轉軸承潤滑油管也貫穿隱藏在上斜葉片內的支架管中。
[0021]轉盤頂蓋為扁圓弧形狀，頂蓋上面中心安裝風速風向儀，其電源和傳感信號電纜以及軸承潤滑油管都通過其內管連接到轉盤電源和轉盤設備控制器以及轉盤上輸油管。
[0022]轉盤上面安裝各分支葉片組以及轉盤設備；轉盤和主軸同軸心安裝在迴轉支承轉子上，迴轉支承定子安裝在定盤上，主軸通過定盤中心圓洞；轉盤頂蓋和風速風向儀安裝在轉盤上。
[0023]本實用新型的顯著優點和有益效果:
[0024]本實用新型取消了經典和現有垂直軸風力機的葉片及其支架圍繞主幹轉動的標誌性結構，創造了無主幹轉盤式垂直軸風力機。2支或2支以上分支葉片組的水平葉片根部，徑向、等弧度間隔安裝在轉盤上；分支葉片組包括6個葉片:水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片構成直角三角形，r形葉片、下垂直葉片在上垂直葉片兩端節點垂直串接，由迴轉驅動器調節迴轉角度，圓弧形葉片固定於上垂直葉片兩端節點。分支葉片組6個葉片的組合結構，能夠直接、有效擴大風葉輪半徑，增加葉片垂直長度，加大垂直風力機轉矩，提高風能利用率。
[0025]分支葉片組的水平葉片內包含足夠寬度和強度的矩形鋼結構，這種鋼結構依託轉盤，橫擔支承整個分支葉片組；水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片形成直角三角形，構成分支葉片組的基本穩定架構。除了直角三角形的3個頂點，也即分支葉片組的3個節點外，所有起支架結構作用的矩形鋼管、圓鋼管、扁鋼管或其它形式的鋼結構，都貫穿隱藏在各個葉片的翼型之中，變支架阻力為葉片動力。在水平葉片內的矩形鋼管中貫穿隱藏了電纜線和潤滑油管道，在上斜葉片內的鋼管中也貫穿隱藏了潤滑油管道。
[0026]各個分支葉片組與轉盤通過螺栓緊密固定，各分支葉片組之間，通過軸心連接器、鋼絲繩和螺旋扣徑向且雙邊平衡拉緊，使各個分支葉片組組成的風葉輪與轉盤和主軸形成立體的平衡穩定結構。
[0027]分支葉片組的上、下垂直葉片和r形葉片由2個連接器與迴轉軸承和迴轉驅動器串接在一根垂直軸上。位於水平葉片外端矩形鋼結構內的迴轉驅動器由液壓馬達單側或雙側驅動，帶有角度位移編碼器。依據編碼器的角度信號，轉盤設備控制器控制迴轉驅動器的液壓馬達轉動，調節上、下垂直葉片和r形葉片的迴轉角度。儘管葉片角度調節範圍可以做到360°，但為安全考慮，控制程序和機械限位都將其調節範圍限定為葉片旋轉圓切線方向正負90°。由於水平葉片、上斜葉片、圓弧形葉片對於轉盤是固定的，所以，上、下垂直葉片和r形葉片的迴轉角度調節是在固定葉片基礎上的有限調節。上、下垂直葉片和r形葉片的迴轉角度調節策略包括:在啟動或風速小於額定風速時實施葉片的對風調節，使風葉片如同風帆，充分利用風阻力驅動葉片；當風速達到額定風速，啟用葉片攻角調節策略，使風葉輪的轉矩和轉速以及輸出功率運行在預定曲線；當風速超過安全範圍或需要制動時，實施葉片的順風調節，使葉片順風，迴避受風驅動。
[0028]轉盤與定盤之間設置發電機，為轉盤設備提供電源，包括:為轉盤設備控制器供電；為迴轉驅動器的液壓馬達和編碼器供電；為轉盤頂蓋上的風速風向儀和轉盤光電信息交換板供電；為電動油泵或其他潤滑油加注設備供電。
[0029]摒棄經典和現有垂直軸風力機的外轉子轉動方式，由各分支葉片組組成的風葉輪帶動轉盤和主軸，由主軸直接驅動轉軸發電機。
[0030]轉盤設備控制器通過轉盤頂蓋上的風速風向儀接受風速風向信號，控制轉盤設備的運行，轉盤系統可獨立運行。在轉盤與定盤對應圓周上，設有多對光電信息交換板，板上設有發布信息的發光元件與接受信息的光敏元件陣列。轉盤運轉時，轉盤的光電信息交換板與定盤的光電信息交換板重複相遇和離開，發布信息的發光元件行與接收信息的光敏元件行面對面相遇，可進行數據交換。轉盤小系統與定盤所在的大系統通過光電信息交換板進行通訊和交換數據。
[0031]無主幹轉盤式垂直軸風力機安裝於塔筒或塔架的頂部，其重量遠比相同功率的整個水平軸風力發電系統的總重量小。垂直軸風力發電系統的發電機組和其他設備可以位於塔筒或塔架內較低的位置，甚至，可以加長主軸，使之位於地面上。這些特徵都可以降低垂直軸風力發電系統對塔筒或塔架的高度和強度要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1實施例1，有3個分支葉片組的無主幹轉盤式垂直軸風力機結構全圖。
[0033]圖2實施例1，重要零部件示意圖。
[0034]圖3實施例1，單個分支葉片組結構圖。
[0035]圖4實施例1，水平葉片內部結構示意圖。
[0036]圖5實施例1，水平葉片外側節點結構示意圖。[0037]圖6實施例1，上斜葉片結構示意圖。
[0038]圖7實施例1，上斜葉片頂部節點結構示意圖。
[0039]圖8實施例1，轉盤本體內部鋼結構示意圖。
[0040]圖9實施例1，轉盤下與定盤上對應的零部件示意圖。
[0041]圖10實施例1，定盤上與轉盤下對應的零部件示意圖。
[0042]圖11實施例1，轉盤與定盤光電信息交換板原理示意圖。
[0043]圖12實施例1，轉盤設備與安裝3個分支葉片組的配重布置示意圖。
[0044]圖13實施例1，轉盤頂蓋與風速風向儀示意圖。
[0045]圖14實施例1，重點顯示定盤、轉盤、轉盤頂蓋內部結構的剖面圖。
[0046]圖15實施例2，安裝2支葉片組的風力機(不加轉盤頂蓋)示意圖。
[0047]圖16實施例2，安裝2支葉片組的風力機(加轉盤頂蓋)示意圖。
【具體實施方式】
[0048]下面結合實施例和附圖，對本實用新型作進一步說明。
[0049]圖1實施例1，有3個分支葉片組的無主幹轉盤式垂直軸風力機結構全圖。
[0050]圖2實施例1，重要零部件示意圖。其中包括:主軸500，風速風向儀490，r形葉片與上垂直葉片連接器450，安裝連接器450的迴轉軸承440，上、下垂直葉片連接器430，安裝連接器430的雙側迴轉驅動器420，主軸迴轉支承410，軸心連接器460，徑向連接鋼絲繩和螺旋扣470，雙邊連接鋼絲繩和螺旋扣480。本實用新型【具體實施方式】可按以下步驟進行:
[0051]1.設計製造分支葉片組
[0052]I)水平葉片的製造
[0053]水平葉片310對於轉盤是固定的。水平根部兩側設有安裝孔和螺栓315，安裝固定在轉盤上，裸露的根部鋼結構徑向水平伸出轉盤後改變為翼型。水平葉片依託轉盤，在外端處通過迴轉驅動器420和上下垂直葉片連接器430橫擔支撐整個葉片組的重量，承受葉片組轉動時複雜的氣流動力。
[0054]圖4實施例1，水平葉片內部結構示意圖。圖中，水平葉片310內部設置矩形鋼管結構311，矩形鋼管本身寬度足夠，兩個側邊鋼材寬度足夠，圖中還增加了矩形鋼管的中間支撐鋼材316，切實保證水平葉片在承受葉片組重力以及複雜氣流動力時不會產生彎曲變形。水平葉片根部兩側對稱設有安裝孔和螺栓315，安裝在水平葉片外端處鋼結構內的迴轉驅動器420，上、下垂直葉片連接器430。電纜線管313由轉盤電源和轉盤控制器150出發，從水平葉片根部矩形鋼管的一個側面穿入，通過水平葉片內部矩形鋼結構連接到安裝在水平葉片外端的迴轉驅動器420的液壓馬達和編碼器。潤滑油管道314由潤滑油箱和油泵160出發，從水平葉片根部矩形鋼管的一個側面穿入，再分為2路:一路，通過水平葉片內部鋼結構連接到安裝在水平葉片外端處的迴轉驅動器420 ;另一路，通過上斜葉片與水平葉片的安裝孔312與上斜葉片根部安裝法蘭321以及上斜葉片320內部鋼管連接到安裝在上斜葉片頂部節點外側的迴轉軸承440。
[0055]圖5實施例1，水平葉片外端節點結構示意圖。圖中包括:水平葉片310，安裝在水平葉片鋼結構內的迴轉驅動器420，上、下垂直葉片連接器430，上垂直葉片330，下垂直葉片350，圓弧形葉片360，水平葉片外端安裝圓弧形葉片的基座317，圓弧形葉片360下端連接器362。
[0056]2)、上斜葉片的製造
[0057]上斜葉片320對於轉盤是固定的。上斜葉片與水平葉片出轉盤處的外段、上垂直葉片形成一個直角三角形，構成分支葉片組的基本穩定架構。上斜葉片頂部節點平臺322上的機構設置具有重要的結構功能。
[0058]圖6實施例1，上斜葉片結構示意圖。圖中包括:上斜葉片320，上斜葉片下端與水平葉片的連接安裝法蘭321，上斜葉片頂部節點平臺322。在頂部節點平臺徑向外側安裝有:迴轉軸承440，上垂直葉片與r形葉片的連接器450，潤滑油注油管326連接到迴轉軸承440的注油孔，圓弧形葉片上端連接基座327。在節點平臺徑向內側設有3個環扣:中間為徑向連接環扣323，兩邊有雙邊連接環扣324、325。
[0059]圖7實施例1，上斜葉片頂部節點結構示意圖。圖中包括:上斜葉片320，上斜葉片頂部節點平臺322，上垂直葉片330，r形葉片340。上斜葉片頂部節點平臺外側有:迴轉軸承440，上垂直葉片與r形葉片連接器450，注油管326，圓弧形葉片上端連接基座327，圓弧形葉片360上端連接器361，圓弧形葉片360。上斜葉片頂部節點平臺內側有:連接於徑向環扣323的徑向拉緊鋼絲繩和螺旋扣470，連接於雙邊環扣324或325的雙邊拉緊鋼絲繩和螺旋扣480。
[0060]3)圓弧形葉片的製造
[0061]圓弧形葉片360對於轉盤是固定的。圓弧形葉片的弧度等於或小於180°，它對於擴大風葉輪半徑，提高葉片組的受風驅動效果具有重要作用。
[0062]4)上、下垂直葉片和r形葉片的製造
[0063]r形葉片340由一段垂直上升段分離為2個徑向相反的弧線段，弧線段可以是圓弧或拋物線的一部分。考慮到葉輪轉動時與轉速相關的離心力作用，根據風葉輪轉動的額定速度，設定r形葉片外向弧段比內向弧段的徑向尺寸小10 %?50 %，使r形葉片轉動時，作用在上斜葉片頂部節點的連接器和迴轉軸承上的徑向傾覆力基本平衡。r形葉片位於分支葉片組的上端，更能提高風葉的受風驅動性能。
[0064]r形葉片、下垂直葉片在上垂直葉片兩端節點垂直串接。
[0065]5)6個葉片的外形截面和製造材料
[0066]6個葉片的外形截面均為航空翼型，對翼型的具體參數，本實用新型不作限定。
[0067]由於有足夠強度的矩形鋼結構或者鋼管或者其它支架性結構貫穿在葉片之中，上述6種葉片的外部翼型材料可以使用耐腐蝕的鋁合金板材、工程塑料，碳纖維、玻璃纖維
坐寸ο
[0068]6)分支葉片組的裝配
[0069]水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片構成一個直角三角形。由三角形的3個頂點，連接構造分支葉片組。
[0070]圖3實施例1，分支葉片組結構圖。分支葉片組編號300，包括6個葉片:水平葉片310，上斜葉片320，上垂直葉片330，r形葉片340，下垂直葉片350，圓弧形葉片360。在水平葉片根部出轉盤處的矩形鋼結構上面設有安裝孔位312，上斜葉片320以其內部支架鋼管的連接法蘭321，用螺栓連接於該節點；上垂直葉片330的下端，通過安裝在水平葉片外端矩形鋼結構內的迴轉驅動器420和連接器430與下垂直葉片350的上端垂直串接；上垂直葉片330的上端通過安裝在上斜葉片頂部節點平臺外側的迴轉軸承440和連接器450與r形葉片340的下端垂直串接。上、下垂直葉片和r形葉片由2個連接器與迴轉軸承和迴轉驅動器串接在一根軸上。位於水平葉片外端矩形鋼結構內的迴轉驅動器420由液壓馬達單側或雙側驅動，帶有角度位移編碼器。依據編碼器的角度信號，轉盤設備控制器控制迴轉驅動器的液壓馬達轉動，同軸調節上、下垂直葉片和r形葉片的迴轉角度。儘管葉片迴轉角度調節範圍可以做到360°，但為安全考慮，控制程序和機械限位都將其調節範圍限定為葉片旋轉圓切線方向正負90°。圓弧形葉片的上端連接器361固定於上斜葉片頂部節點平臺外側基座327，下端固定於水平葉片外端基座317。
[0071]2.設計製造轉盤本體以及轉盤下與定盤上對應的零部件
[0072]I)轉盤本體設計製造
[0073]轉盤本體100為圓環盤體形狀，圓環盤體的直徑和厚度依據所承受的各分支葉片組和轉盤設備的總重量以及風葉輪運轉時承受的最大風力情況設計。轉盤本體內部鋼結構與其上所安裝的分支葉片組和轉盤設備配重布置密切相關。圖8所顯示的是安裝3個分支葉片組的轉盤本體內部鋼結構。在分支葉片組的水平葉片根部兩列安裝孔和螺栓的下方，鋼材的寬度要遠大於安裝孔直徑。同樣，在主軸的安裝孔周圍，環形鋼材的徑向寬度也要遠大於主軸安裝孔直徑。轉盤環形體上下表面用環扇形狀的不鏽鋼板拼合焊接製成，內、外環圈邊用鋼板條焊接。
[0074]2)轉盤下與定盤上對應零部件的設計製造
[0075]圖9實施例1，轉盤下與定盤上對應的零部件示意圖。其中包括:主軸500，轉盤底面內圈附近向下拉伸一圈圓環形凸臺110，由環形凸臺面110向上，貫穿轉盤厚度，設置一圈主軸安裝孔。轉盤底面向下設置發電機轉子部件120，包括轉子鐵心和發電機輸出繞組。該發電機可以是任意種類的發電機，可以是單相或者多相。實施例1採用單相橫向磁通多極對數永磁發電機。轉盤底面向下設置轉盤光電信息交換板130，實施例1設置6塊，每隔60°設I塊。轉盤底面下方設有制動盤140。轉盤底面向下設置兩圈圍邊150，內圍邊下沿外圈設有密封圈。
[0076]3.定盤本體以及定盤上與轉盤下對應零部件設計製造
[0077]I)定盤圓環本體設計製造
[0078]定盤圓環本體的設計製造與轉盤類似。
[0079]2)定盤上與轉盤下對應的零部件設計製造
[0080]圖10實施例1，定盤上與轉盤下對應的零部件示意圖。其中包括:定盤上面內圈附近向上拉伸一圈圓環形凸臺210，圓環形凸臺210上面設有安裝迴轉支承410定子的安裝孔，迴轉支承410的定子安裝其上。定盤上面設置發電機定子部件220，包括定子鐵心和勵磁繞組或者永磁體鐵心。實施例1採用單相橫向磁通多極對數永磁發電機，定盤上設有永磁體鐵心。定盤上面設置定盤光電信息交換板230，實施例1設置6塊，每隔60°設I塊。定盤上面設有盤式制動器240，實施例1在圓周上對稱設置兩個。定盤外沿向上設置一圈圍邊250，裝配後夾於轉盤兩圈圍邊150之間，其上沿外圈設有密封圈。定盤外沿設有一圈安裝孔260。
[0081]圖11實施例1，轉盤與定盤光電信息交換板原理示意圖。圖中包括:轉盤100，定盤200,轉盤下信息板130,定盤上信息板230。方形基座的黑圓孔表不光敏兀件(如光敏二極體)行131或232 ;圓形基座的亮圓孔表示發光元件(如LED)行132或231。轉盤下與定盤上的光敏元件行與發光元件行對應交錯排列，保證當一對光電信息板面對面相遇時，轉盤的光敏元件行131總是與定盤的發光元件行231照面，同時，轉盤的發光元件行132總是與定盤的光敏元件行232照面。發光元件行顯示數據，光敏元件行接受數據。轉盤轉動時，轉盤信息板與定盤信息板重複相遇和離開，實現轉盤與定盤的數據交換。
[0082]4.轉盤設備和分支葉片組的配重布置
[0083]轉盤設備包括發電機輸出變流器和轉盤電源、轉盤設備控制器、潤滑油箱、油泵、安裝在水平葉片鋼結構內的迴轉驅動器及其電機、轉定盤光電信息交換板、轉盤頂蓋上風速風向儀。安裝在轉盤上面的設備依據徑向和圓周方向兩個參照系均衡配重，設備高度受轉盤頂蓋限制；轉定盤之間發電機輸出繞組，通過電纜引到轉盤上面，由發電機輸出變流器和轉盤電源處理後向各個轉盤設備供電，所有轉盤設備由轉盤設備控制器控制；潤滑油管、迴轉驅動器的電機和編碼器的電纜線管貫穿隱藏在水平葉片內的鋼結構之中，上斜葉片頂部節點平臺外側的迴轉軸承的潤滑油管也貫穿隱藏在上斜葉片內的支架管中。
[0084]圖12實施例1，轉盤上設備與3個分支葉片組的配重布置(未加轉盤頂蓋)示意圖。圖中顯示:3個分支葉片組300相互錯開120°布置安裝，發電機輸出變流器和轉盤電源以及轉盤設備控制器等電氣設備，分為3個外形相同的模塊150，相互錯開120°布置安裝，儲油箱和潤滑油加注設備，分為3個外形相同的模塊160，相互錯開120°布置安裝。
[0085]5.轉盤頂蓋和風速風向儀製作
[0086]轉盤頂蓋為扁圓弧形狀，頂蓋上面中心安裝風速風向儀，其電源和傳感信號電纜通過其內管連接到轉盤電源和轉盤設備控制器。風速風向儀迴轉軸承的注油管也通過其內管連接到轉盤上的油泵分支輸油管。圖13實施例1，轉盤頂蓋與風速風向儀示意圖。圖中包括:轉盤頂蓋600，風速風向儀490。
[0087]6.安裝2個分支葉片組的風力機
[0088]當風力機對稱安裝2支葉片組時，用鋼絲繩和螺旋扣拉緊2支葉片組上斜葉片頂部節點內側的徑向環扣。圖15實施例2，安裝2支分支葉片組的風力機(不加轉盤頂蓋)示意圖。圖16實施例2，安裝2支分支葉片組的風力機(加轉盤頂蓋)示意圖。
[0089]7.轉盤和主軸與迴轉支承和定盤的工廠裝配調試
[0090]轉盤和主軸與迴轉支承和定盤的裝配、檢測、調試必須在工廠實施。檢測、調試應當包括輕載試驗。為轉動轉盤，可在轉盤上面加裝試驗用皮帶輪盤，由大功率電動機驅動。轉盤與定盤之間設有運動鎖定/解鎖機構，該機構設有機械與電動兩種操作方式。在運輸、安裝時用機械方式鎖定轉盤。圖14實施例1，重點顯示定盤、轉盤、主軸、轉盤頂蓋內部結構的剖面圖。轉盤和主軸與迴轉支承和定盤的裝配體應當作為一個大件實施運輸和現場安裝。
[0091]8.現場安裝步驟
[0092]在垂直軸風力發電系統安裝現場應當先行建立塔筒或塔架，在塔筒或塔架頂部先行建立垂直軸風力機安裝平臺。在垂直軸風力機安裝平臺之下，先行建立發電機安裝工作艙室。本垂直軸風力機是安裝在發電機工作艙室頂面的水平安裝平臺上，該平臺中心應當設有圓洞，以便風力機主軸垂直伸入發電機工作艙室，與發電機轉軸連接。
[0093]I)用吊裝設備將轉盤和主軸與迴轉支承和定盤的裝配體吊裝到安裝平臺上，將定盤水平安裝固定於安裝平臺，風力機主軸通過頂面水平安裝平臺的中心圓洞，垂直伸入發電機工作艙室。
[0094]2)分別吊裝各個已經裝配好的分支葉片組，將分支葉片組水平葉片的根部安裝固定到轉盤上。
[0095]3)以實施例1為例，以軸心連接器為中心，將徑向拉緊鋼絲繩和螺旋扣470分別連接軸心連接器與各分支葉片組上斜葉片頂部節點的徑向環扣。在軸心連接器下垂鋼絲線吊錘(或使用雷射垂直測量儀)，觀察吊錘的錐尖與轉盤上主軸頂面中心設置的軸心標記偏差，調節各徑向鋼絲繩的螺旋扣，使各條徑向鋼絲繩拉力均衡，垂直軸心偏差符合要求。
[0096]4)用雙邊鋼絲繩和螺旋扣480分別連接各相鄰分支葉片組上斜葉片頂部節點的雙邊環扣，調節螺旋扣，使各雙邊鋼絲繩拉力均衡，符合標準。
[0097]5)安裝轉盤上設備，連接各分支葉片組的迴轉驅動器電機和編碼器的電源線和控制線，連接潤滑油加注設備與各分支葉片組的輸油管道。啟用試驗電源，調試轉盤設備，測試項目包括:通過轉盤設備控制器，測試迴轉驅動器的編碼器信號，控制迴轉驅動器的液壓馬達，轉動各分支葉片組的上、下垂直葉片和r形葉片的迴轉角度；為各個分支葉片組的2個節點上的迴轉驅動器和迴轉軸承加注潤滑油等。
[0098]6)安裝轉盤頂蓋和風速風向儀，接通風速風向儀與轉盤電源和轉盤控制器的電源和信號線，連接風速風向儀軸承的注油管。重複上述步驟5)的測試項目並增加對風速風向儀的測試項目:測試風速、風向，為風速風向儀軸承加注潤滑油。測試通過後撤除試驗電源。
[0099]7)將轉盤鎖定/解鎖方式切換到電動方式。人員和安裝設備撤離轉盤和危險區域，在安全區域設有電纜連接到定盤控制系統。以電動方式解開轉盤鎖定，觀察各分支葉片組與轉盤的轉動情況，首先測試風力機制動設備動作，確認制動設備可靠。
[0100]8)按預定程序開始總體調試。
[0101]以上雖然結合實施例1和實施例2與附圖描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領域技術人員可以在所附權利要求的範圍內作出各種變形或修改。
【權利要求】
1.無主幹轉盤式垂直軸風力機，包括分支葉片組、轉盤及盤上設備和盤下零部件、定盤及盤上零部件、主軸、迴轉支承、轉盤頂蓋和風速風向儀、軸心連接器、徑向和雙邊拉緊鋼絲繩，其特徵在於， 2支或2支以上分支葉片組的水平葉片根部，徑向、等弧度間隔安裝在轉盤上；分支葉片組包括6個葉片:水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片構成直角三角形，r形葉片、下垂直葉片在上垂直葉片兩端節點垂直串接，由迴轉驅動器調節迴轉角度，圓弧形葉片固定於上垂直葉片兩端節點；分支葉片組的上斜葉片頂部節點內側設有3個環扣，安裝徑向和雙邊拉緊鋼絲繩；轉盤下與定盤上設有對應的零部件，包括為轉盤設備供電的發電機轉子與定子；轉盤和主軸同軸心安裝在迴轉支承轉子上，迴轉支承定子安裝在定盤上，主軸通過定盤中心圓洞，轉盤頂蓋和風速風向儀安裝在轉盤上。
2.根據權利要求1所述無主幹轉盤式垂直軸風力機，其特徵在於， 分支葉片組包括6個葉片:水平葉片、上斜葉片、上垂直葉片、r形葉片、下垂直葉片、圓弧形葉片；水平葉片出轉盤處的外段、上斜葉片、上垂直葉片構成直角三角形；水平葉片內包含足夠寬度和強度的矩形鋼結構，水平葉片外端節點通過迴轉驅動器和連接器，連接上、下垂直葉片；水平葉片根部出轉盤處安裝上斜葉片，上斜葉片頂部節點外側安裝有迴轉軸承和連接器，連接上垂直葉片與r形葉片；r形葉片由一段垂直上升段分離為2個徑向相反的弧線段，弧線段是圓弧或拋物線的一部分，r形葉片的外向弧段比內向弧段的徑向尺寸小10%~50% ；r形葉片、下垂直葉片在上垂直葉片兩端節點垂直串接，由安裝在水平葉片外端節點矩形鋼結構內的迴轉驅動器，同軸調節這3個葉片的迴轉角度，調節範圍限定為葉片旋轉圓切線方向正負90° ;圓弧形葉片的弧度等於或小於180°，其上端固定於上斜葉片頂部節點外側，下端固定於水平葉片外端。
3.根據權利要求1所述無主幹轉盤式垂直軸風力機，其特徵在於， 分支葉片組的上斜葉片頂部節點內側設有3個環扣，中間為徑向鋼絲繩安裝環扣，兩邊為雙邊鋼絲繩安裝環扣；當風力機只安裝2支葉片組時，用鋼絲繩和螺旋扣拉緊2支葉片組上斜葉片頂部節點徑向環扣；當安裝3支或3支以上分支葉片組時，以軸心連接器為中心，用鋼絲繩和螺旋扣徑向拉緊軸心連接器與各分支葉片組上斜葉片頂部節點徑向環扣，同時，用鋼絲繩和螺旋扣拉緊相鄰葉片組上斜葉片頂部節點雙邊環扣。
4.根據權利要求1所述無主幹轉盤式垂直軸風力機，其特徵在於， 轉盤與定盤之間設有發電機，其輸出繞組安裝在轉盤下，勵磁繞組或永磁鐵心安裝在定盤上；轉盤與定盤對應圓周上，設有多對光電信息交換板，板上設有發光元件與光敏元件陣列；轉盤下設有制動盤，定盤上設有盤式制動器；轉盤向下設置兩圈圍邊，內圍邊下沿外圈設有密封圈，定盤近外沿向上設置一圈圍邊，夾於轉盤下兩圈圍邊之間，其上沿外圈設有密封圈。
5.根據權利要求1所述無主幹轉盤式垂直軸風力機，其特徵在於， 轉盤設備包括發電機輸出變流器和轉盤電源、轉盤設備控制器、潤滑油箱、油泵、水平葉片鋼結構內的迴轉驅動器及其電機和角度位移編碼器、上斜葉片頂部節點外側的迴轉軸承、轉盤光電信息交換板、轉盤頂蓋上風速風向儀； 安裝在轉盤上面的設備依據徑向和圓周方向兩個參照系均衡配重，設備高度受轉盤頂蓋限制；轉定盤之間的發電機輸出繞組，通過電纜引到轉盤上面，經變流器和轉盤電源處理後向各個轉盤設備供電，所有轉盤設備由轉盤設備控制器控制；潤滑油管、迴轉驅動器電機和編碼器的電纜線管貫穿隱藏在水平葉片內的鋼結構之中，上斜葉片頂部節點外側的迴轉軸承潤滑油管也貫穿隱藏在上斜葉片內的支架管中。
6.根據權利要求1所述無 主幹轉盤式垂直軸風力機，其特徵在於， 轉盤頂蓋為扁圓弧形狀，頂蓋上面中心安裝風速風向儀，其電源和傳感信號電纜以及軸承潤滑油管都通過其內管連接到轉盤電源和轉盤設備控制器以及轉盤上輸油管。
【文檔編號】F03D11/00GK203548058SQ201320577837
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】王新 申請人:王新