本發(fā)明涉及能源和風(fēng)力發(fā)電，具體而言，涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源領(lǐng)域的重要組成部分，近年來(lái)在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐步降低，風(fēng)力發(fā)電已成為實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要手段。然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，尤其是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大型化方面，行業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如達(dá)里厄型和h型，雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受風(fēng)向變化影響小等優(yōu)勢(shì)，但在大型化過(guò)程中，其主軸設(shè)計(jì)制造難度顯著增加。由于主軸需要同時(shí)承受轉(zhuǎn)矩、葉片自重、離心力以及風(fēng)輪上風(fēng)向的推力，使得其受力狀況極為復(fù)雜。這不僅增加了設(shè)計(jì)制造的難度，還提高了對(duì)安裝精度的要求，進(jìn)而導(dǎo)致了后期維護(hù)成本的上升。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大型化和規(guī)?；瘧?yīng)用，使得其在與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位。

2、針對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在大型化過(guò)程中遇到的主軸設(shè)計(jì)制造難題，傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)主要采取了一系列措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。一方面，通過(guò)優(yōu)化主軸的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其強(qiáng)度和剛度，以更好地承受復(fù)雜的受力狀況。例如，采用高強(qiáng)度合金材料或復(fù)合材料來(lái)制造主軸，以及通過(guò)精密的加工工藝和熱處理技術(shù)來(lái)提高其力學(xué)性能。另一方面，傳統(tǒng)技術(shù)還注重提高主軸的安裝精度和后期維護(hù)水平。通過(guò)采用先進(jìn)的測(cè)量和定位技術(shù)，確保主軸在安裝過(guò)程中的精確對(duì)位；同時(shí)，建立完善的維護(hù)體系和應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的故障和問(wèn)題。然而，這些措施雖然在一定程度上緩解了主軸設(shè)計(jì)制造和后期維護(hù)的難題，但并未從根本上解決垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型化過(guò)程中遇到的受力復(fù)雜、成本高昂等問(wèn)題。因此，行業(yè)內(nèi)迫切需要一種全新的技術(shù)方案來(lái)突破這一瓶頸，推動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大型化和規(guī)?；瘧?yīng)用。

3、綜上所述，如何解決傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)因?yàn)橹鬏S隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致在其大型化后因其受力更加復(fù)雜使得此類主軸的設(shè)計(jì)制造難度更高，安裝精度要求更高，后期維護(hù)成本也更高的問(wèn)題是本技術(shù)領(lǐng)域急需攻克的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置及其應(yīng)用，以解決傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)因?yàn)橹鬏S隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致在其大型化后因其受力更加復(fù)雜使得此類主軸的設(shè)計(jì)制造難度更高，安裝精度要求更高，后期維護(hù)成本也更高的問(wèn)題，從而使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以大型化規(guī)?；瘧?yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置及其應(yīng)用，從而使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以大型化規(guī)?；瘧?yīng)用。

3、第一方面，本發(fā)明提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，所述裝置包括：

4、固定式塔筒，固定式塔筒的底端安裝在地面基礎(chǔ)上，固定式塔筒的頂端沿豎直方向向上延伸至預(yù)設(shè)高度；

5、發(fā)電機(jī)機(jī)艙，發(fā)電機(jī)機(jī)艙為多個(gè)，多個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙沿豎直方向間隔設(shè)置在固定式塔筒上，發(fā)電機(jī)機(jī)艙包括：轉(zhuǎn)矩傳遞組件、發(fā)電組件和環(huán)形安裝座，環(huán)形安裝座和轉(zhuǎn)矩傳遞組件均套設(shè)在固定式塔筒上并上下相鄰，發(fā)電組件安裝在環(huán)形安裝座上；

6、葉片，葉片為弧形片狀結(jié)構(gòu)，葉片為多根，多根葉片繞固定式塔筒的周向均勻分布且葉片的內(nèi)弧面與固定式塔筒相對(duì)，葉片的上端與固定式塔筒的頂端可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接或與最上端的一個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙的轉(zhuǎn)矩傳遞組件連接；葉片的底端與固定式塔筒的底端可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接或與最下端的一個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙的轉(zhuǎn)矩傳遞組件連接；

7、葉片支撐臂，葉片支撐臂為多組并與固定式塔筒中部設(shè)置的多個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙對(duì)應(yīng)，每組葉片支撐臂為多根，每組的多根葉片支撐臂的外側(cè)端與多根葉片的對(duì)應(yīng)連接，每組葉片支撐臂的內(nèi)側(cè)端與對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)機(jī)艙的轉(zhuǎn)矩傳遞組件連接；

8、其中，葉片在風(fēng)力作用下直接通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳遞組件帶動(dòng)發(fā)電組件運(yùn)轉(zhuǎn)或通過(guò)葉片支撐臂和轉(zhuǎn)矩傳遞組件帶動(dòng)發(fā)電組件運(yùn)轉(zhuǎn)以進(jìn)行發(fā)電。

9、可選地，葉片的上端與固定式塔筒的頂端可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接；葉片的底端與固定式塔筒最下端的一個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙的轉(zhuǎn)矩傳遞組件連接。

10、可選地，固定式塔筒呈中空?qǐng)A柱狀，固定式塔筒為多段，多段固定式塔筒通過(guò)塔筒法蘭相互連接。

11、可選地，轉(zhuǎn)矩傳遞組件包括：

12、回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈固定套設(shè)于固定式塔筒外表面并位于環(huán)形安裝座的下方；

13、過(guò)渡連接件，過(guò)渡連接件為多個(gè)，多個(gè)過(guò)渡連接件沿回轉(zhuǎn)軸承的周向均勻間隔設(shè)置在回轉(zhuǎn)軸承的外圈上，葉片支撐臂的內(nèi)側(cè)端或葉片的底端通過(guò)過(guò)渡連接件與回轉(zhuǎn)軸承的外圈連接以帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸承的外圈旋轉(zhuǎn)；

14、其中，回轉(zhuǎn)軸承的外圈與對(duì)應(yīng)的發(fā)電組件連接驅(qū)動(dòng)發(fā)電組件運(yùn)轉(zhuǎn)以進(jìn)行發(fā)電。

15、可選地，發(fā)電組件包括：

16、增速箱，增速箱為多個(gè)，多個(gè)增速箱繞環(huán)形安裝座的周向均勻間隔布置在環(huán)形安裝座上；

17、發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)為多個(gè)并一一對(duì)應(yīng)地安裝在多個(gè)增速箱上；

18、傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪為多個(gè)并一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在多個(gè)增速箱的輸入軸上；

19、其中，回轉(zhuǎn)軸承的外圈具有環(huán)形齒圈，增速箱的輸入軸上設(shè)置有傳動(dòng)齒輪，多個(gè)傳動(dòng)齒輪與環(huán)形齒圈相互嚙合，增速箱的輸出軸與發(fā)電機(jī)輸入軸連接；回轉(zhuǎn)軸承的外圈旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)傳動(dòng)齒輪和增速箱增速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

20、可選地，所述發(fā)電機(jī)機(jī)艙中所述發(fā)電機(jī)的數(shù)量根據(jù)對(duì)應(yīng)高度的所述葉片支撐臂或葉片傳遞給所述轉(zhuǎn)矩傳遞組件的功率確定。

21、可選地，發(fā)電組件還包括：

22、增速箱循環(huán)油泵，增速箱循環(huán)油泵和增速箱通過(guò)法蘭連接；

23、其中，增速箱循環(huán)油泵用于為增速箱內(nèi)部潤(rùn)滑油進(jìn)行上下的往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力并過(guò)濾潤(rùn)滑油內(nèi)沉積固體。

24、可選地，發(fā)電機(jī)機(jī)艙還包括：

25、機(jī)艙內(nèi)部吊點(diǎn)，機(jī)艙內(nèi)部吊點(diǎn)通過(guò)法蘭配合螺栓與固定式塔筒固定連接；

26、其中，機(jī)艙內(nèi)部吊點(diǎn)用于為發(fā)電機(jī)機(jī)艙的起吊搬運(yùn)過(guò)程提供掛點(diǎn)。

27、第二方面，本發(fā)明提供一種利用如第一方面所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用。

28、本申請(qǐng)?zhí)峁┑拇怪陛S風(fēng)力發(fā)電裝置及其應(yīng)用，該裝置采用固定式塔筒作為支撐結(jié)構(gòu)，塔筒底部固定于地面，頂部延伸至預(yù)設(shè)高度。沿塔筒豎直方向，設(shè)置有多個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙，每個(gè)機(jī)艙均配備轉(zhuǎn)矩傳遞組件、發(fā)電組件及環(huán)形安裝座，它們共同套設(shè)在塔筒上，形成高效的能量轉(zhuǎn)換單元。該裝置的核心在于其獨(dú)特的葉片設(shè)計(jì)：多根弧形片狀葉片均勻環(huán)繞塔筒布置，葉片內(nèi)弧面與塔筒相對(duì)，上下兩端分別與塔筒頂端或底端的發(fā)電機(jī)機(jī)艙轉(zhuǎn)矩傳遞組件可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，形成穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu)。此外，中部葉片通過(guò)多組葉片支撐臂與發(fā)電機(jī)機(jī)艙的轉(zhuǎn)矩傳遞組件相連，進(jìn)一步增強(qiáng)了能量傳遞效率。在風(fēng)力作用下，葉片直接或通過(guò)葉片支撐臂驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞組件，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電組件運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效的風(fēng)能轉(zhuǎn)換。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理，從而解決了傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)因?yàn)橹鬏S隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致在其大型化后因其受力更加復(fù)雜使得此類主軸的設(shè)計(jì)制造難度更高，安裝精度要求更高，后期維護(hù)成本也更高的問(wèn)題，從而使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以大型化規(guī)模化應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述葉片（30）的上端與所述固定式塔筒（10）的頂端可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接；所述葉片（30）的底端與所述固定式塔筒（10）最下端的一個(gè)所述發(fā)電機(jī)機(jī)艙（20）的所述轉(zhuǎn)矩傳遞組件（21）連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定式塔筒（10）呈中空?qǐng)A柱狀，所述固定式塔筒（10）為多段，多段所述固定式塔筒（10）通過(guò)塔筒法蘭相互連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩傳遞組件（21）包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電組件（22）包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)機(jī)艙（20）中所述發(fā)電機(jī)（222）的數(shù)量根據(jù)對(duì)應(yīng)高度的所述葉片支撐臂（40）或葉片（30）傳遞給所述轉(zhuǎn)矩傳遞組件（21）的功率確定。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電組件（22）還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)機(jī)艙（20）還包括：

9.一種利用如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┑拇怪陛S風(fēng)力發(fā)電裝置及其應(yīng)用，具體涉及能源和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，所述裝置包括固定式塔筒、多個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)艙、弧形葉片及葉片支撐臂。裝置通過(guò)精心設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的合理分布與高效傳動(dòng)。發(fā)電機(jī)機(jī)艙沿塔筒豎直分布，包含轉(zhuǎn)矩傳遞與發(fā)電組件，可將葉片轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。葉片繞塔筒周向均勻分布，通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳遞組件或直接與發(fā)電機(jī)機(jī)艙連接，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的有效轉(zhuǎn)化。葉片支撐臂增強(qiáng)葉片穩(wěn)定性，優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配，提高發(fā)電效率。解決了傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在其大型化后設(shè)計(jì)制造難度更高，安裝精度要求更高，后期維護(hù)成本也更高的問(wèn)題，從而使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以大型化規(guī)?；瘧?yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：李俊斌,張富全,劉陽(yáng)洋,王進(jìn)成,趙鵬程,劉昆,車高虹,張育鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西辰瑪風(fēng)力發(fā)電有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10