一種垂直軸風力發電機結構的製作方法

2023-05-30 16:19:56 1

專利名稱：一種垂直軸風力發電機結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及垂直風力發電機的結構。
背景技術：
如圖1所示，現有的垂直軸風力發電機中，包括垂直軸風輪1 (以下
簡稱風輪)和發電機2等裝置。其中，風輪1是以支持翼12連接垂直軸 11，以多個葉片13安裝於該支持翼12上構成垂直軸風輪1;發電機2與 風輪1的連接通常有兩種方式，
方式一，如圖2所示，以法蘭、螺栓固定的連接安裝方式，將垂直軸 11直接安裝在發電機的轉子軸21上端。採用該種結構，由於風輪所受到 的交變載荷作用在垂直軸11和轉子軸21的連接件上，對垂直軸11和發電 衫'.連接部位的強度要求很高。經一段時間使用後，風輪在轉動時極易脫落， 上.由於受到現場安裝條件的限制，因安裝配合誤差較大，風力發電機又大 多在惡劣氣候條件下使用，在強風環境下，容易造成風輪的共振，對風輪 造成破壞。
如圖3所示，是採用套筒結構的連接安裝方式，垂直軸ll坐落於發電 機底部的底座6上，這樣風輪的載荷不加載在轉子軸21上，轉子軸21就 不承受軸向和徑向載荷。垂直軸ll承擔風輪的重量和交變載荷，通過垂直 軸11外設有的套筒3、聯軸器5傳遞扭矩，垂直軸11和套筒3之間還需 要軸承43和44 (例如深溝球軸承、角接觸軸承、輥子軸承)支撐，因此， 採用該結構的垂直軸風力發電機較重且結構複雜，長期運行較容易產生故 障，且整套裝置還需額外配合底座6，該結構除了系統重量較重外，成本也較高；採用該結構在現場進行安裝時，先要把發電機安裝在底麼6上， 安裝時還要保持底座和發電機的同心度，然後再把垂直軸插入發電機轉子 軸孔中安裝在底座上，由於垂直軸和發電機底部底座的配合公差需滿足現 場安裝的條件，公差較大，因此也容易造成風輪在旋轉時不穩定，影響其 使用壽命。
此外，對於其它的零部件，例如支持翼12與垂直軸11的安裝也是在 現場進行，如圖4所示，通常是在法蘭15上開設有對應支持翼12連接的 通孔，以焊接或者螺栓或銷等緊固的方式將兩者固定。而採用該結構的固 定連接方式，由於安裝的過程中需要根據通孔的位置進行一一對應安裝， 在裝置本身尺寸較為大的情況下，安裝十分不便，且勞動強度較高。
由上述可知，現有的垂直軸風力發電機的各種零部件大多採用分別運 輸，在現場將所需的各種零部件一一組裝、調試。因此，現場的安裝工作 量較大。同時限於施工現場的安裝條件，整機的穩定性和可靠性不高。對 使用壽命產生很大的影響。
即便採用在生產工廠內預先將各零部件進行安裝，除了不便於運輸外， 且由於上述兩種垂直軸和轉子軸的連接方式本身所固有的缺陷，因此，在 使用了一段時間之後，整機的系統穩定性、可靠性和使用壽命也大大折扣。
為此，有待於提出一種新的技術方案來解決上述問題。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術的弊病，在不改變垂直風機 抗風能力和安全性的前提下，簡化結構部件、提高風輪和垂直軸風力發電 機的穩定性、可靠性和使用壽命，並易於現場安裝，減少現場安裝工作量， 降低成本，為垂直軸風力發電機的廣泛應用提供解決途徑。本發明的具體技術方案是
一種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪1和發電機2，其特 徵在於，所述風輪的垂直軸11和發電機的轉子軸21是同一根軸。
設垂直方向上組成風輪的葉片長度為H，根據力學分析可以得到，上、 下支持翼和葉片的連接位置在葉片兩端的1/4處較佳，設風輪垂直軸的長 度L和支持翼上、下兩端的距離h，比值範圍是L/h-l/1 3/2。
一種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪1和發電機2，垂直 軸11套設於發電機轉子軸21內，二者通過鍵45傳遞扭矩，發電機上軸承 41、上軸承41可為角接觸軸承或滾柱軸承或者滾珠軸承的一種，下軸承 42為角接觸軸承，垂直軸11和發電機轉子軸21在上軸承41、 42位置剛 性連接，可以採用緊配合，或用結構膠；也可以採用間隙配合，間隙配合 公差小於+0. 2mm，以承受風輪軸向上的重量和徑向上的交變載荷，風輪垂 直軸11的底部具有傾角的倒角，該倒角除了承受風輪重量外，還為安裝提 供了方便。
更合理的軸承布置為，發電機轉子軸21的下軸承42採用帶一定傾角 的角接觸球軸承，並安裝在發電機的底座上，以承受風輪的重量，上軸承 41可使用角接觸球軸承、滾子軸承或滾柱軸承中的一種。該結構省去了如 圖3中所示的傳統結構的套筒3，軸承43、 44和底座6。
為了降低重量，該上述垂直軸11或轉子軸21採用空心軸。 一種便於施工現場安裝的連接支持翼的法蘭結構。該法蘭中間部位為 穿設安裝垂直軸的中心孔，分出若干與支持翼連接的接頭，接頭為套筒結 構，該套筒結構的接頭可為柱形結構，與對應的支持翼插接、或螺紋連接 即可安裝。使得現場安裝的工作量大為減少。為進一步加強緊固，在對應支持翼的和法蘭接頭連接的部位，用銷 或螺栓固定。上述支持翼可為空心管。
本發明將在下面結合附圖及具體實施方式
進行描述。


圖1是現有垂直軸風力發電機整體結構示意圖。
圖2是一種現有垂直軸風力發電機結構示意圖。
圖3是另一種現有垂直軸風力發電機結構示意圖。
圖4是現有發藍和支持翼機構示意圖
圖5是本發明垂直軸風力發電機結構示意圖。
圖6是本發明風輪和軸的尺寸結構示意圖。
圖7是本發明垂直軸和發電機軸的結構示意圖。
圖8是本發明發電機上軸承結構示意圖。
圖9是本發明軸底部結構和發電機下軸承結構示意圖。
圖IO是本發明法蘭與支持翼連接結構示意圖。
符號說明
1-垂直軸風輪，2-發電機，11-垂直軸，12-支持翼，13-葉片，14-接頭， i5-法蘭，16-銷或螺栓，21-轉子軸，22-間隙配合，23-倒角，3-套筒，41-上軸承，42-下軸承，43-軸承，44-軸承，45-鍵，5-聯軸器，6-底座。
具體實施例方式
通過下面給出的本發明的具體實施例可以進一步清楚地了解本發明， 但它們不是對本發明的限定。 實施例1:
如圖5所示， 一種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪和發電機，所述風輪的垂直軸11和發電機的轉子軸21是同一根軸。為了條低重 量，該軸採用空心軸，該空心軸即為風輪的垂直軸11和發電機的轉子軸 21。該空心軸底部具有傾角的倒角23，如圖9所示，該倒角除了承受風輪 重量外，還為安裝提供了方便，中心軸的下軸承採用帶一定傾角的角接觸 球軸承42並安裝在發電機的底座上，以承受風輪的重量。
如圖6所示，設垂直方向上組成風輪的葉片長度為H，根據力學分析 可以得到，上、下支持翼和葉片的連接位置在葉片兩端的1/4處較佳，設 風輪垂直軸的長度L，上、下支持翼兩端的距離h， L和h的比值範圍是 L/h=l/l 3/2。
實施例2:
如圖7所示， 一種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪l和發 電機2，垂直軸11套設於發電機轉子軸21內，二者通過鍵45傳遞扭矩， 發電機上軸承41、下軸承42至少一個為角接觸軸承或滾柱軸承或者滾珠 軸承，垂直軸11和發電機轉子軸在上軸承41和下軸承42位置剛性連接， 可以採用緊配合，或用結構膠.，也可以採用間隙配合22，間隙配合公差小 於+0. 2ram，以承受風輪軸向上的重量和徑向上的交變載荷(如圖8所示，)， 風輪垂直軸11的底部具有傾角的倒角(如圖9所示)，該倒角除了承受風 輪重量外，還為安裝提供了方便。
發電機轉子軸的下軸承42採用帶一定傾角的角接觸球軸承並安裝在 發電機的底座上，以承受風輪的重量，上軸承41可使用角接觸球軸承、滾 子軸承或滾柱軸承中的一種g該結構省去了如圖3中所示的傳統結構的套 筒3，軸承43、 44和底座6。為了降低重量，該上述垂直軸11和轉子軸 21採用空心軸。實施例3:
如圖10所示， 一種連接支持翼的法蘭結構。該法蘭15中間部位為穿 設安裝垂直軸的中心孔，分出若千與支持翼連接的接頭14，接頭為套筒結 構，該套筒結構的接頭可為柱形結構，與對應的支持翼12插接、或螺紋連 接即可安裝。使得現場安裝的工作量大為減少。為進一步加強緊固，在對 應支持翼的和法蘭接頭連接的部位，用銷或螺栓16固定。上述支持翼可為 空心管。
採用本發明的垂直軸風力發電機結構，在不改變垂直風機抗風能力和 安全性的前提下，簡化結構部件、提高風輪和垂直軸風力發電機的穩定性、 可靠性和使用壽命，並易於現場安裝，減少現場安裝工作量，降低成本， 為垂直軸風力發電機的廣泛應用提供解決途徑。
儘管對本發明已經作了詳細的說明並引證了一些具體實施例，但對本 領域熟練技術人員來說，只要不離開本發明人的設計思路和範圍也可作各 種變化和修正是顯然的。
權利要求
1. 一種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪(1)和發電機(2)，其特徵在於，所述風輪的垂直軸(11)和發電機的轉子軸(21)是同一根軸。
2. 根據權利要求1所述的垂直軸風力發電機的結構，其特徵在於， 設垂直方向上組成風輪的葉片長度為H，上、下支持翼和葉片的連接 位置在葉片兩端的1/4處，設風輪垂直軸長度L和支持翼上、下兩端 的距離為h，比值範圍是L/h二1/1 3/2。
3. —種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪(1)和發電機 (2)，垂直軸(11)套設於發電機轉子軸(21)內，其特徵在於，風輪垂直軸(11)和發電機轉子軸(21)在發電機上軸承(41)和下軸 承(42)位置剛性連接或間隙配合(22)。
4. 根據權利要求3所述的垂直軸風力發電機的結構，其特徵在於， 所述上軸承(41)是角接觸球軸承、滾子軸承或滾柱軸承的一種。
5. 根據權利要求1或3所述的垂直軸風力發電機的結構，其特徵 在於，所述風輪垂直軸(11)的底部具有傾角的倒角(23)。
6. 根據權利要求5所述的垂直軸風力發電機的結構，其特徵在於， 發電機轉子軸(21)的下軸承(42)採用帶傾角的角接觸球軸承。
7. 根據權利要求1或3所述的垂直軸風力發電機的結構，其特徵 在於，所述垂直軸(11)或轉子軸(21)是空心軸。，
8. —種連接支持翼的法蘭結構，該法蘭中間部位為穿設安裝垂直 軸的中心孔，其特徵在於，該法蘭(15)分出若干與支持翼(12)連接的接頭(14)，所述接頭為與對應支持翼插接、或螺紋連接的套筒 結構。
9. 根據權利要求8所述的支持翼法蘭結構，其特徵在於，在對應 支持翼的和法蘭接頭連接的部位，用銷或螺栓(16)固定。
10. 根據權利要求8或9所述的支持翼法蘭結構，其特徵在於， 所述支持翼(12)是空心管。
全文摘要
一種垂直軸風力發電機的結構，包括垂直軸風輪和發電機，其特徵在於，所述風輪的垂直軸和發電機的轉子軸是同一根軸。本發明在不改變垂直風機抗風能力和安全性的前提下，簡化結構部件、提高風輪和垂直軸風力發電機的穩定性、可靠性和使用壽命，並易於現場安裝，減少現場安裝工作量，降低成本，為垂直軸風力發電機的廣泛應用提供解決途徑。
文檔編號F03D3/00GK101435412SQ200810190618
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者強 嚴, 冬 張, 沈益輝, 牛海峰, 蔣超奇 申請人:強 嚴