阅读说明：本技术 风机主轴及垂直轴风力发电机 (Fan main shaft and vertical shaft wind driven generator ) 是由 孙士清 尹宏文 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种便于调整风叶数量和位置、综合成本低、生产效率高的风机主轴及垂直轴风力发电机。风机主轴包括轴体(30),所述轴体(30)的侧壁上设有若干组环状沟槽(33),所述环状沟槽(33)的横断面呈T型,若干个T型螺栓(70)设置于所述环状沟槽(33)内,若干组风叶支架(60)通过所述T型螺栓(70)与所述轴体(30)相固定连接并沿周向均布,风机风叶(80)沿纵向与至少两个所述风叶支架(60)相固定连接,通过调整所述风叶支架(60)沿周向布设的数量和沿所述环状沟槽(33)的位置,可调整所述风机风叶(80)布设的数量和位置。本发明广泛应用于风力发电领域。(The invention discloses a fan main shaft and a vertical shaft wind driven generator, which are convenient for adjusting the number and the positions of fan blades, low in comprehensive cost and high in production efficiency. The fan main shaft comprises a shaft body (30), a plurality of groups of annular grooves (33) are formed in the side wall of the shaft body (30), the cross section of each annular groove (33) is T-shaped, a plurality of T-shaped bolts (70) are arranged in the annular grooves (33), a plurality of groups of fan blade supports (60) are fixedly connected with the shaft body (30) through the T-shaped bolts (70) and are uniformly distributed along the circumferential direction, fan blades (80) are fixedly connected with at least two fan blade supports (60) along the longitudinal direction, and the number and the positions of the fan blades (80) distributed along the circumferential direction can be adjusted by adjusting the number and the positions of the fan blade supports (60) distributed along the circumferential direction and the positions of the annular grooves (33). The invention is widely applied to the field of wind power generation.)

风机主轴及垂直轴风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风机主轴；本发明还涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

风力发电是清洁能源的一种，目前在风资源多的环境应用广泛。风力发电设备从结构上分为：风轮的旋转轴与风向平行的水平轴风力发电系统，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向的垂直轴风力发电机。目前水平轴风力发电已经发展到15兆瓦，其塔架高度超过200米，叶轮直径超过180米，这对于大型风力发电的设计、安装、维护和可靠性都提出了巨大的挑战。在陆上，由于叶片过长导致运输困难，使得陆上风机功率增加受限制；对于海上风机，在台风等极端天气情况下，会对高耸的风塔与叶片造成不可逆的破坏。

由于垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电系统是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。垂直轴风力发电机分为阻力型与升力型，阻力型对风能的利用率低，而不能用于大型风力发电的设计，升力型叶片可利用空气的升力来驱动，风能利用率高。现有的垂直轴大功率风力发电系统不如水平轴风机普及的原因之一是功率越大，叶片越大，叶片的重量使得悬臂梁结构难以大型化。因此现有的垂直轴风力发电机效率相对低。

传统的大型兆瓦级风力发电系统造型多以水平轴型为主，由于推力的要求，它的风叶就要求做的很大、很长，一般都在30～50米左右，垂直轴发电机的轴心是以风叶长度为半径的圆心，加上风叶叶尖离地面的安全留高，发电机塔座要建到50～70米高度，因此整体设备高度基本都在100米以上；而且由于风叶的旋转，对所在空域的鸟类、飞行器等造成很大的安全隐患，对环境的生态平衡造成很大威胁；另外，由于结构形式的问题，一旦系统任何部位出现故障，整体设备就要停止运行，不仅造成发电损失，而且维修非常困难，运行维护成本很高。

传统的风力发电机的风机主轴连接风叶后，都固定无法移动风叶的位置和数量，只能逐一定做，难以根据风场的实际情况和需要便捷的调整风叶的数量和位置，也无法在同一规格的风机主轴上任意布设风叶，因此难以实现风机主轴的模块化加工，使得成本高，生产效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种便于调整风叶数量和位置、综合成本低、生产效率高的风机主轴。

本发明还提供一种垂直轴风力发电机。

本发明的风机主轴所采用的技术方案是：本发明的风机主轴包括轴体，所述轴体的侧壁上设有若干组环状沟槽，所述环状沟槽的横断面呈T型，若干个T型螺栓设置于所述环状沟槽内，若干组风叶支架通过所述T型螺栓与所述轴体相固定连接并沿周向均布，风机风叶沿纵向与至少两个所述风叶支架相固定连接，通过调整所述风叶支架沿周向布设的数量和沿所述环状沟槽的位置，可调整所述风机风叶布设的数量和位置。

所述风叶支架包括支架本体、支架连接板，所述支架连接板上设有用于所述T型螺栓穿过的螺栓孔。

所述风机风叶上设有皮膜风兜，所述皮膜风兜在迎风面时依靠风力和自身的柔性自动张开受力，以增大兜风面积，从而增加风叶的受风性能，提高发电效率，所述皮膜风兜在背风面时依靠风力和自身的柔性自动关闭，卸风卸力。

本发明的垂直轴风力发电机所采用的技术方案是：本发明的垂直轴风力发电机包括风机主轴，所述风机主轴包括轴体，所述轴体的侧壁上设有若干组环状沟槽，所述环状沟槽的横断面呈T型，若干个T型螺栓设置于所述环状沟槽内，若干组风叶支架通过所述T型螺栓与所述轴体相固定连接并沿周向均布，风机风叶沿纵向与至少两个所述风叶支架相固定连接，通过调整所述风叶支架沿周向布设的数量和沿所述环状沟槽的位置，可调整所述风机风叶布设的数量和位置。

所述风叶支架包括支架本体、支架连接板，所述支架连接板上设有用于所述T型螺栓穿过的螺栓孔。

所述风机风叶上设有皮膜风兜，所述皮膜风兜在迎风面时依靠风力和自身的柔性自动张开受力，以增大兜风面积，从而增加风叶的受风性能，提高发电效率，所述皮膜风兜在背风面时依靠风力和自身的柔性自动关闭，卸风卸力。

所述垂直轴风力发电机还包括基座、至少一组风机塔立柱、至少一个风机塔重檐、风机塔顶并构成具有至少两层的风机塔，其中最下层为发电机室，其余层为风机层，所述发电机室内设有至少一个发电机，各所述风机层均设有一组垂直轴风力发电机风叶组件，所述垂直轴风力发电机风叶组件通过风机主轴组件带动所述发电机发电。

各所述风机层的底面均设有通风口，所述垂直轴风力发电机还包括发电机冷却液储罐、冷却液泵、散热器，所述散热器设置于所述发电机室的顶部，所述发电机冷却液储罐、所述冷却液泵、所述散热器依次相连接形成冷却液循环回路，所述发电机产生的热量通过冷却液携带至所述散热器处散发，将此处的空气加热，空气受热后形成向上的升力，并依次经过各所述风机层形成向上的气流对流循环，助力各组所述垂直轴风力发电机风叶组件的运转。

所述风机主轴组件包括至少两个所述风机主轴、A型一字联轴器、分段连接轴，所述轴体的底部设有一字联轴器榫头、顶部设有圆盘联轴器，上下两个所述轴体连接时，所述分段连接轴下部通过B型一字联轴器与位于下方的所述轴体的所述圆盘联轴器相连接，所述分段连接轴上部与所述A型一字联轴器的底部相连接，所述A型一字联轴器上部通过一字联轴器固定销套件与位于上方的所述轴体的所述一字联轴器榫头相连接；所述分段连接轴的周边设有支撑梁，所述支撑梁通过锥形轴承将所述分段连接轴支撑固定。

所述垂直轴风力发电机还包括风机齿轮盘，所述风机齿轮盘位于所述发电机室中心，并与所述风机主轴组件相固定连接，位于所述发电机室内的各所述风机塔立柱上均设有指向中心方向的齿轮盘承载臂，所述齿轮盘承载臂上设有齿轮盘轨道轮、前端设有齿轮盘承载轮，所述齿轮盘轨道轮的转轴竖置设置，所述齿轮盘轨道轮与所述风机齿轮盘的外缘侧壁适配转动，以对所述风机齿轮盘进行周向限位，所述齿轮盘承载轮的转轴水平设置指向中心，所述齿轮盘承载轮与所述风机齿轮盘的外缘底部适配转动，以对所述风机齿轮盘进行承托。

所述风机齿轮盘的底部设有环形齿轮，各所述发电机均依次连接发电机变速箱、发电机离合器、发电机传导齿轮，所述发电机传导齿轮与所述环形齿轮相啮合传动，在受到风力时，各组所述垂直轴风力发电机风叶受力转动，通过所述风机主轴组件带动所述风机齿轮盘转动，通过所述环形齿轮使得各所述发电机传导齿轮依次通过所述发电机离合器、所述发电机变速箱将动力传递到各所述发电机，使得所述发电机运转发出电能。

所述风机塔重檐、所述风机塔顶的上表面敷设琉璃瓦式光伏发电组件。

所述风机塔顶上设有避雷针、用于传送和接收移动通信信号的通讯天线、高度警示灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明的风机主轴包括轴体，所述轴体的侧壁上设有若干组环状沟槽，所述环状沟槽的横断面呈T型，若干个T型螺栓设置于所述环状沟槽内，若干组风叶支架通过所述T型螺栓与所述轴体相固定连接并沿周向均布，风机风叶沿纵向与至少两个所述风叶支架相固定连接，通过调整所述风叶支架沿周向布设的数量和沿所述环状沟槽的位置，可调整所述风机风叶布设的数量和位置；本发明突破了本领域现有技术的固有思维，克服了现有技术的缺陷和不足，依靠所述T型螺栓在所述环状沟槽内可以任意布设数量和位置，实现了所述风叶支架的数量和布设的位置可以任意调整，而且，可以在沿周方向的上下不同位置设置所述风叶支架，从而可以任意调整风叶的安装角度，利用同一规格的所述风机主轴，可以安装不同数量和位置的风叶，减少了主轴和风叶的规格种类，实现了模块化制造，而且制造、安装、调试、维护方便，从而降低了综合成本低，大幅提高了生产效率；故本发明的风机主轴便于调整风叶数量和位置，综合成本低、生产效率高。

由于本发明的垂直轴风力发电机包括风机主轴，因此使得本发明的垂直轴风力发电机同样具备上述有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例的垂直轴风力发电机的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的发电机室内的平面布置结构示意图；

图3是本发明实施例的风机齿轮盘的安装组件的结构示意图；

图4是本发明实施例的风机主轴的结构示意图；

图5是本发明实施例的风机主轴在风机层间分段连接的结构示意图；

图6是本发明实施例的风叶支架与风机主轴连接的侧面结构示意图；

图7是本发明实施例的风叶支架与风机主轴连接的俯视断面结构示意图；

图8是本发明实施例的风叶支架的结构示意图；

图9是本发明实施例的风机风叶的结构示意图；

图10是本发明实施例的发电机室内散热系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图4、图5、图9所示，本实施例的风机主轴包括轴体30，所述轴体30的侧壁上设有若干组环状沟槽33，所述环状沟槽33的横断面呈T型，若干个T型螺栓70设置于所述环状沟槽33内，若干组风叶支架60通过所述T型螺栓70与所述轴体30相固定连接并沿周向均布，风机风叶80沿纵向与至少两个所述风叶支架60相固定连接，通过调整所述风叶支架60沿周向布设的数量和沿所述环状沟槽33的位置，可调整所述风机风叶80布设的数量和位置；所述风叶支架60包括支架本体61、支架连接板62，所述支架连接板62上设有用于所述T型螺栓70穿过的螺栓孔63；所述风机风叶80上设有皮膜风兜81，所述皮膜风兜81在迎风面时依靠风力和自身的柔性自动张开受力，以增大兜风面积，从而增加风叶的受风性能，提高发电效率，所述皮膜风兜81在背风面时依靠风力和自身的柔性自动关闭，卸风卸力。

如图1～图10所示，本实施例的垂直轴风力发电机包括基座1、若干组风机塔立柱2、若干个风机塔重檐3、风机塔顶4并构成具有若干层的风机塔，所述风机塔采用八角形塔式，层与层间隔设计采用古建筑常有的“重檐”造型，加上塔顶的“琉璃瓦”造型，其中最下层为发电机室10，其余层为风机层20，所述基座1采用钢筋混凝土框架结构，砖石垒砌，稳固耐用，整体采用大理石饰面，所述风机塔立柱2采用钢结构制作，油漆饰面，使得本发明不再显得单调、无趣，且外形美观，可以作为户外景观，且不突兀，有利于美化城市环境，还可以将它在顶层多将一层，作为观光塔供人们观光，所述风机塔重檐3、所述风机塔顶4的上表面敷设琉璃瓦式光伏发电组件，充分利用了空间，使得本发明的垂直轴风力发电机成为风、光一体的清洁可再生能源的发电系统，达到了清洁能源的综合最大化利用，发电效率得以进一步提高，所述风机塔顶4上设有避雷针6、用于传送和接收移动通信信号的通讯天线7、高度警示灯8，所述发电机室10内设有若干个发电机15，各所述风机层20均设有一组垂直轴风力发电机风叶组件5，各组所述垂直轴风力发电机风叶组件5自下向上通过风机主轴组件11依次相连接形成多层式风叶，所述多层式风叶通过风机主轴组件11带动所述发电机15发电；所述垂直轴风力发电机还包括风机齿轮盘12，所述风机齿轮盘12位于所述发电机室10中心，并与所述风机主轴组件11相固定连接，位于所述发电机室10内的各所述风机塔立柱2上均设有指向中心方向的齿轮盘承载臂19，所述齿轮盘承载臂19上设有齿轮盘轨道轮13、前端设有齿轮盘承载轮14，所述齿轮盘轨道轮13的转轴竖置设置，所述齿轮盘轨道轮13与所述风机齿轮盘12的外缘侧壁适配转动，以对所述风机齿轮盘12进行周向限位，所述齿轮盘承载轮14的转轴水平设置指向中心，所述齿轮盘承载轮14与所述风机齿轮盘12的外缘底部适配转动，以对所述风机齿轮盘12进行承托；所述风机齿轮盘12的底部设有环形齿轮120，各所述发电机15均依次连接发电机变速箱16、发电机离合器17、发电机传导齿轮18，所述发电机传导齿轮18与所述环形齿轮120相啮合传动，在受到风力时，各组所述垂直轴风力发电机风叶5受力转动，通过所述风机主轴组件11带动所述风机齿轮盘12转动，通过所述环形齿轮120使得各所述发电机传导齿轮18依次通过所述发电机离合器17、所述发电机变速箱16将动力传递到各所述发电机15，使得所述发电机15运转发出电能；所述风机主轴组件11包括若干个所述风机主轴、A型一字联轴器40、分段连接轴50，所述轴体30的底部设有一字联轴器榫头31、顶部设有圆盘联轴器32，所述风机主轴包括轴体30，所述轴体30的侧壁上设有若干组环状沟槽33，所述环状沟槽33的横断面呈T型，上下两个所述轴体30连接时，所述分段连接轴50下部通过B型一字联轴器52与位于下方的所述轴体30的所述圆盘联轴器32相连接，所述分段连接轴50上部与所述A型一字联轴器40的底部相连接，所述A型一字联轴器40上部通过一字联轴器固定销套件41与位于上方的所述轴体30的所述一字联轴器榫头31相连接；所述分段连接轴50的周边设有支撑梁53，所述支撑梁53通过锥形轴承51将所述分段连接轴50支撑固定；所述垂直轴风力发电机风叶组件5包括若干组风叶支架60、若干个风机风叶80，若干个T型螺栓70设置于所述环状沟槽33内，若干组风叶支架60通过所述T型螺栓70与所述轴体30相固定连接并沿周向均布，风机风叶80沿纵向与至少两个所述风叶支架60相固定连接，通过调整所述风叶支架60沿周向布设的数量和沿所述环状沟槽33的位置，可调整所述风机风叶80布设的数量和位置；所述风叶支架60包括支架本体61、支架连接板62，所述支架连接板62上设有用于所述T型螺栓70穿过的螺栓孔63；所述风机风叶80上设有皮膜风兜81，所述皮膜风兜81在迎风面时依靠风力和自身的柔性自动张开受力，以增大兜风面积，从而增加风叶的受风性能，进一步提高发电效率，在背风面时依靠风力和自身的柔性自动关闭，卸风卸力，本实施例中，所述皮膜风兜81设置于所述风机风叶80的内侧壁上，更容易兜风，进一步提高迎风时的受力，提高发电效率；本实施例中，所述发电机15一共设有八台，每台所述发电机15的发电功率100千瓦，光伏发电安装功率为每层20千瓦，总发电功率可达1000千瓦以上；各所述风机层20的底面均设有通风口21，所述垂直轴风力发电机还包括发电机冷却液储罐90、冷却液泵91、散热器92，所述散热器92设置于所述发电机室10的顶部，所述发电机冷却液储罐90、所述冷却液泵91、所述散热器92依次相连接形成冷却液循环回路，所述发电机15产生的热量通过冷却液携带至所述散热器92处散发，将此处的空气加热，空气受热后形成向上的升力，并依次经过各所述风机层20形成向上的气流对流循环，助力各组所述垂直轴风力发电机风叶组件5的运转，本发明将发电机的冷却液系统的容量与空气进行热交换来加热所述发电机室10顶部区域的空气，此区域的空气受热后会形成一个向上的升力，通过各所述通风口21向上，该升力可以助力风机的运转，有助于发电机热量尽快散失，提高总体发电效率，而且还具有节能效果，提高系统效率、效益和收益，所述散热器92是翅片式散热器。

本发明突破了本领域现有技术的固有思维，克服了现有技术的缺陷和不足，依靠所述T型螺栓70在所述环状沟槽33内可以任意布设数量和位置，实现了所述风叶支架60的数量和布设的位置可以任意调整，而且，可以在沿周方向的上下不同位置设置所述风叶支架60，从而可以任意调整风机风叶80的安装角度，利用同一规格的所述风机主轴，可以安装不同数量和位置的风机风叶80，减少了主轴和风叶的规格种类，实现了模块化制造，而且制造、安装、调试、维护方便，从而降低了综合成本低，大幅提高了生产效率；因此本发明的风机主轴便于调整风叶数量和位置，综合成本低、生产效率高。

本发明突破了本领域现有技术的固有思维，克服了现有技术的缺陷和不足，风叶组件在一个水平面上旋转，不需要很大尺寸的风叶，因此可以降低整体高度，而且它的高度成了一个恒定的值，对所在空域的鸟类、飞行器的影响大大降低，去除了安全隐患；通过将风叶组件分层分段，相当于多个风叶组件并联，使得在占用单位面积的土地上，风叶组件受风面成数倍增加，因此受到的风力极大增强，使得发电机的转速和发电量得以成倍提高，因此使得垂直轴风力发电机的发电效率大大提高，且节省土地；由于风叶组件为分层分段安装，其大小及段数可根据发电机总功率需要的推力来灵活的选配，且在整体安装时层与层的风叶组件的安装角度可以相互协调调整，使得风叶组件对主轴的推力更加均匀，使风叶主轴旋转更加流畅、圆滑；由于是分段结构，所以相对传统整体风叶的制造难度及强度要求就会极大的降低，因此极大的降低制造成本，还可以在需要检修、更换时不停机，因为转速低，且在一个分段上作业，一个分段就像一个房间一样，因此检修、更换作业安全性高；由于每一层都是一个独立的运行个体，通过离合器可随时接投入和断开，因此除了在检修、维护、更换某台设备时不影响其它设备外，还可以根据当前风力情况，对发电机进行合理的调度，风力大时多投入发电机、风力小时少投入发电机，这样就避免了传统的单台发电机“一损俱损、一荣俱荣”的弊端，极大的发挥设备功能，极大的提高系统效率、效益和收益；因此本发明的发电效率高，是一种风、光一体互补的垂直轴风力发电机。

本发明中，风、光各自发出的电力可以通过汇流后统一送出并存储起来，所述风机塔可以单独作为独立的系统使用，也可以由多个所述风机塔组成阵列作为风、光互补发电站使用，所产生的电力既可以作为独立微电网使用，也可以并入大电网，还可以利用它对人们进行科普教育和环境保护教育，是一个利国利民利子孙的新能源项目。

本发明可以根据需要设计成各类造型的塔式，采用新理念，将风、光发电及储能和景观相结合，使景观成为新能源的一部分，它不但美观，而且在设计上与艺术相结合，设计新颖，造型精美，用材上乘，制作工艺考究精良，既可以作为观光景观的一部分，又可以产生清洁的电力，将有限的资源作最大化的利用，更是与全球节能环保的大环境极为贴切。本项目通过自主设计，经过试生产及项目现场实际试用，对试用效果进行抗风、抗倒伏、风、光发电能力及效率、电能质量等多方面试验，各方面性能都达到设计要求，效果十分显著，取得完美成功。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

本发明可广泛应用于风力发电领域。