專利名稱：垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種垂直軸風力發(fā)電機，尤其是一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結 構。
背景技術：
垂直軸風力發(fā)電機一般包括塔柱、風輪和發(fā)電機，發(fā)電機設置在所述塔柱上，所述 風輪包括支撐輪及葉片，支撐輪由若干支撐桿組成，葉片與該支撐桿連接，支撐桿與發(fā)電機 的轉動件連接。當葉片在風力作用下旋轉時，由于風向及風速等在不同的高度、不同的位置 有很大的不同，葉片在不同位置時所受的驅動扭矩也是不同的。當支撐葉片的各支撐桿彼 此之間是相互獨立設置時，會導致如下問題發(fā)生1)葉片產生周向抖動；2)風輪整體的驅動扭矩振動波幅大，發(fā)電機與支撐桿連接處受力不均勻；3)支撐桿載荷波幅大，降低風輪、支撐桿和發(fā)電機的疲勞壽命。小型風力發(fā)電機中常規(guī)的解決辦法是將各支撐桿剛性連接，組成一個剛性的支撐 輪，很小的風力發(fā)電機則一般用加強支撐桿剛性的辦法來部分地解決上述問題。但是，對于大型風力發(fā)電機，這種常規(guī)做法不僅不經(jīng)濟，而且由于提高支撐桿的剛 性或組成剛性支撐輪使得風輪的轉動慣量增加、氣動特性變壞，導致發(fā)電效率大大降低，甚 至會造成結構上根本無法實現(xiàn)的情況。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是改進現(xiàn)有技術的問題，提供一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結 構，其可簡單地將各獨立的葉片連成一個完整的風輪，其有效防止葉片抖動，并使得各支撐 桿驅動發(fā)電機的扭矩均勻化。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其中的所述風力發(fā)電機包括塔柱、風輪 和發(fā)電機，所述風輪包括支撐輪及葉片，一個所述支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿沿徑 向設置，各個支撐桿的一端在周向均布固定在所述塔柱上的所述發(fā)電機外置轉子上構成支 撐輪，所述葉片與所述支撐桿的另一端固定連接；所述周向拉索結構包括若干根柔性構件， 每根所述柔性構件置于所述風輪的相鄰的兩個所述葉片和/或支撐桿之間，柔性構件的兩 端與風輪上的葉片和/或支撐桿連接，在所述風輪的周向形成一封閉柔性構件環(huán)，使得所 有的所述葉片和/或支撐桿連接起來。所述柔性構件在周向形成的所述封閉柔性構件環(huán)優(yōu)選在一個水平面內?？梢栽诓煌叨鹊乃矫鎯仍O置多個這樣的封閉柔性構件環(huán)，即所述風輪上的所 述封閉柔性構件環(huán)設置多個，在不同的水平面上。所述風輪一般可包括上下兩個所述支撐輪，即一個所述葉片通過上下兩根支撐桿 連接所述塔柱。且?guī)觾蓚€發(fā)電機運轉。則在兩個支撐輪上的每兩根支撐桿之間均可以設置所述柔性構件形成所述的封閉柔性構件環(huán)。所述風輪上還可以包括支架輪，其包括若干支架桿，每個該支架桿的一端連接一 軸承的外圈，另一端與一個所述葉片連接，所述支架輪的軸承外圈套設在所述塔柱上設有 的該軸承的內圈上固定。在該支架輪上也可以設置所述的封閉柔性構件環(huán)。所述柔性構件可以是拉索，優(yōu)選為鋼索。所述柔性構件與所述風輪的所述連接點可以是在所述葉片上，或者是在所述支撐 桿上。該連接點以在所述支撐桿與所述葉片的連接處即主支點上為最佳，這樣既可消除 葉片因周向連接而附加的應力，也可有效防止葉片的周向擺動，也可將各葉片產生的對發(fā) 電機的扭矩均勻化。當封閉柔性構件環(huán)設置在支撐桿中部附近時，不僅葉片仍會有較大的擺動，而且 連接點處受力大，需要特別加強，而一般支撐桿和葉片連接處即主支點處本身就足夠強，在 該處連接柔性構件無需另外再設置加強結構。當葉片超長或上下支撐輪間距較大時，也可在所述支撐桿與所述葉片的支撐位置 以外的葉片處，連接所述柔性構件并形成周向封閉環(huán)。當封閉柔性構件環(huán)直接設置在葉片 上時，不僅葉片在連接處需要加強，而且周向鋼索會對葉片產生一個附加的約束力，葉片本 身的強度設計也必須考慮此點。本發(fā)明的發(fā)明思路為當拉索周向圍成一周后，使原本相互獨立的葉片及支撐桿， 利用周向封閉的鋼索或其它柔性構件的連接環(huán)，構成一個整體的風輪。這種周向連接結構 使得各葉片間距的變化就被限制在拉索的拉伸變形范圍內。某兩相鄰葉片間距有變小趨勢 時，必有其它相鄰葉片間距增大，通過周向鋼索的力傳遞，就可約束其間距變小的趨勢。周 向拉索的力傳遞，還可均勻化葉輪扭矩。葉片在不同位置時，驅動發(fā)電機轉動的風扭矩有大 有小，并且在有些位置的葉片受到風力矩的作用會產生阻止風輪轉動的阻力矩，采用周向 拉索后，驅動扭矩大，葉片和與之連接的支撐桿會帶動驅動扭矩小的或驅動扭矩是負的葉 片支撐桿，這樣會使整個風輪中各支撐桿傳遞到發(fā)電機的扭矩均勻化，使得轉動平穩(wěn)化。由 于在周向設置的拉索，不僅其截面小，而且基本是順著葉片轉動時產生的尾流方向，因此基 本上不會影響葉片的氣動特性，故而不會影響風力發(fā)電機的發(fā)電效率。之所以必須采用鋼索或其它柔性構件連接，而不能用剛性構件連接，是因為在一 個封閉環(huán)內，不同的位置會有受拉和受壓兩種情況，剛性構件在受壓時易發(fā)生失穩(wěn)破壞。所述封閉柔性構件環(huán)為鋼索或其它柔性構件，其強度必須能夠承受葉片產生的最 大切向力與最小切向力的差值，當周向連接點設置在支撐桿內側(離葉片較遠)時，還必須 考慮力矩平衡引起的放大效應。所述柔性構件預緊力以安裝時基本拉直為準。預緊力約在100N 800N左右為宜。 柔性構件預緊力過小，牽拉過松，難以起到周向防擺動及驅動力矩均勻化的作用，預緊力過 大，牽拉過緊，，則對支撐桿或葉片的附加應力過大，易引起相關部位的破壞。本發(fā)明提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，通過在風輪上設置封閉的柔性 構件環(huán)，將原來相對獨立的各葉片和支撐桿連接成一體，可有效防止葉片周向抖動，改善風 輪的運動性能和受力情況，并使得各支撐桿驅動發(fā)電機的扭矩均勻化，顯著提高發(fā)電效率， 且其結構簡單、安裝方便，并且對氣動特性基本沒有影響。


圖1為本發(fā)明提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構在風力發(fā)電機上葉片和 支撐桿連接處設置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構在支撐桿上設置的結構 示意圖。圖3為本發(fā)明提供的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構在葉片上設置的結構示 意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其中的所述風力發(fā)電機包 括塔柱1、風輪和發(fā)電機，所述風輪包括支撐輪及葉片2，所述支撐輪包括若干支撐桿3，所 述支撐桿3沿徑向設置并置于同一水平面內，各個支撐桿3的內端在周向均布固定在所述 發(fā)電機外置轉子4上，所述葉片2與所述支撐桿3的外端固定連接；所述支撐桿固設在所述 塔柱1上的發(fā)電機外置轉子4上構成支撐輪；所述首相拉索結構包括若干根柔性構件即鋼 制拉索即鋼索5，每根鋼索5置于所述風輪的相鄰的兩個所述葉片和/或支撐桿之間，柔性 構件的兩端在所述支撐桿3與所述葉片2的連接處即主支點A上連接，在所述風輪的周向 形成一封閉拉索環(huán)，使得所有的所述葉片和支撐桿連接起來。如圖1所示，所述風輪包括上下兩個所述支撐輪，即一個所述葉片2通過上下兩根 支3連接塔柱1。且?guī)觾蓚€發(fā)電機運轉。如圖1所示的實施例是最佳實施例，利用拉索結構將各葉片周向連接在一起，限 制相鄰葉片間位置的變化，有效的防止了葉片在旋轉過程中的周向抖動，使各葉片提供給 發(fā)電機的扭矩均勻化，同時延長了發(fā)電機的使用壽命。實施例1提供了鋼索與葉片的最佳 連接位點，該連接位點穩(wěn)定性最好，且不影響風輪的氣動性，主支點處本身就具有足夠強 的，在此連接拉索，不用額外地進行增加強度的設計。與現(xiàn)有技術剛性連接支撐桿組成剛性 支撐輪相比，既大大簡化結構，而且不影響風輪氣動特性，可以有效提高風功率系數(shù)，因此， 具有很好的應用前景和市場前景?？梢栽谏舷聝蓚€支撐輪上的主支點A上均連接拉索，形成上下兩個封閉拉索環(huán)。如圖2所示為另外一種周向拉索結構的實施例，與實施例1的區(qū)別點在于拉索連 接在支撐桿3上。當封閉柔性構件環(huán)設置在支撐桿中部附近時，不僅葉片仍會有較大的擺 動，而且連接點處受力大，需要特別加強。如圖3所示為又一種周向拉索結構的實施例，與實施例1的區(qū)別點在于拉索連接 在葉片2上。當封閉柔性構件環(huán)直接設置在葉片上時，不僅葉片在連接處需要加強，而且周 向鋼索會對葉片產生一個附加的約束力，葉片本身的強度設計也必須考慮此點。當葉片超長或上下支撐輪間距較大時，也可在所述支撐桿與所述葉片的支撐位置 以外的葉片處，連接所述柔性構件而增加更多的周向封閉環(huán)。如圖2、圖3提供的兩個實施例，拉索的連接點沒有設置在最佳位置上，但這樣的 結構也可達到預期的效果，也是在本申請的保護范圍之內的。上述三種結構也可以疊加組合使用。
所述拉索封閉柔性構件環(huán)為鋼索或其它柔性構件，其強度必須能夠承受葉片產生 的最大切向力與最小切向力的差值，當周向連接點設置在支撐桿內側(離葉片較遠)時，還 必須考慮力矩平衡引起的放大效應。所述拉索預緊力以安裝時基本拉直為準，預緊力約在100N 800N左右。過松，則 難以起到周向防擺動及驅動力矩均勻化的作用，過緊，則對支撐桿或葉片的附加應力過大， 易引起相關部位的破壞。
權利要求
1.一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其中的所述風力發(fā)電機包括塔柱、風輪和 發(fā)電機，所述風輪包括支撐輪及葉片，一個所述支撐輪包括若干支撐桿，所述支撐桿沿徑向 設置，各個支撐桿的一端在周向均布固定在所述塔柱上的所述發(fā)電機外置轉子上構成支撐 輪，所述葉片與所述支撐桿的另一端固定連接；其特征在于所述周向拉索結構包括若干 根柔性構件，每根所述柔性構件置于所述風輪的相鄰的兩個所述葉片和/或支撐桿之間， 所述柔性構件的兩端與所述風輪上的葉片和/或支撐桿連接，在所述風輪的周向形成一封 閉柔性構件環(huán)，使得所有的所述葉片和/或支撐桿連接起來。
2.根據(jù)權利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于所述柔性 構件在周向形成的所述封閉柔性構件環(huán)在一個水平面內。
3.根據(jù)權利要求2所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于所述風輪 上的所述封閉柔性構件環(huán)設置多個，在不同的水平面上。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于 所述柔性構件與所述風輪的連接點在所述支撐桿與所述葉片的連接處即主支點上。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于 在所述支撐桿與所述葉片的支撐位置以外的葉片處，再連接一或多個所述柔性構件并形成 周向封閉環(huán)。
6.根據(jù)權利要求4所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于在所述支 撐桿與所述葉片的支撐位置以外的葉片處，再連接一或多個所述柔性構件并形成周向封閉 環(huán)。
7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于 所述柔性構件的預緊力以安裝時拉直為準。
8.根據(jù)權利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其特征在于 所述柔性構件的預緊力為100N 800N。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直軸風力發(fā)電機的周向拉索結構，其中的風力發(fā)電機包括塔柱和風輪，所述風輪包括支撐輪及葉片，所述支撐輪由若干支撐桿組成，所述葉片與所述支撐桿連接；還包括拉索，該拉索分別與相鄰兩葉片連接。本發(fā)明利用拉索結構將各葉片周向連接在一起，限制相鄰葉片間位置的變化，有效的防止了葉片在旋轉過程中的周向抖動，使各葉片提供給發(fā)電機的扭矩均勻化，同時延長了發(fā)電機的使用壽命。發(fā)明人提供了拉索與葉片的最佳連接位點，該連接位點穩(wěn)定性最好，且不影響風輪的氣動性。與現(xiàn)有技術剛性連接支撐桿組成剛性支撐輪相比，既大大簡化結構，而且不影響風輪氣動特性，可以有效提高風功率系數(shù)，因此具有很好的應用前景和市場前景。
文檔編號F03D3/06GK102135067SQ201110049530
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月1日
發(fā)明者蔣大龍, 許金泉 申請人:國能風力發(fā)電有限公司