阅读说明：本技术 一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机 (Efficient double-wind-wheel wind driven generator with wind deflector and without tail rudder ) 是由 刘汉代 詹雪莲 张克义 周书民 邓宇强 刘佳敏 黄佳聪 杜浩林 白捧月 于 2019-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机,包括风轮架、挡风板、左风轮、右风轮、偏心对风轴、轴承盖、转动轴承、推力轴承、塔柱。左风轮和右风轮对称安装于风轮架上,挡风板挡住了风轮背风区的风力,消除了背风区风力的负功作用；左风轮和右风轮与中整流板之间的通道会产生狭管效应,增强风力,提高风能利用率；偏心对风轴使得风轮架的重心偏离塔柱的轴线,当风轮架正面与风力方向不垂直时,风轮架所受的水平合风力相对塔柱轴线产生转矩,该转矩将驱动风轮架转动,直至风轮架的正面垂直于风力方向,即实现自动对风。本风力机采用双风轮和偏心对风轴、无尾舵的结构,具有成本低,工作空间小,抗风能力强,风能利用率高的优点。(The invention provides a high-efficiency double-wind-wheel wind driven generator with a wind deflector and without a tail vane for wind power generation. The left wind wheel and the right wind wheel are symmetrically arranged on the wind wheel frame, and the wind shield blocks the wind power of a leeward area of the wind wheel, so that the negative work function of the wind power of the leeward area is eliminated; the channels between the left wind wheel, the right wind wheel and the middle rectifying plate can generate a narrow tube effect, so that the wind power is enhanced, and the wind energy utilization rate is improved; the eccentric wind aligning shaft enables the gravity center of the wind wheel frame to deviate from the axis of the tower column, when the front face of the wind wheel frame is not perpendicular to the wind direction, the horizontal combined wind force borne by the wind wheel frame generates torque relative to the axis of the tower column, and the torque drives the wind wheel frame to rotate until the front face of the wind wheel frame is perpendicular to the wind direction, so that automatic wind aligning is achieved. The wind turbine adopts a structure of double wind wheels, an eccentric wind-aligning shaft and no tail rudder, and has the advantages of low cost, small working space, strong wind resistance and high wind energy utilization rate.)

一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机

技术领域

本发明属于垂直轴风力发电机技术领域，具体涉及一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机。

背景技术

现代风力发电机主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴风力发电机需配备对风系统，具有抗风性能差，结构相对复杂，造价高等缺点，限制了其发展和应用。垂直轴风力发电机又分为阻力型和升力型两种，阻力型风力机具有低风速下启动转矩较大、启动性能良好及结构简单、成本低等优点，但存在风能利用率较低的缺点。阻力型风力发电机风能利用率低的原因之一是其风轮的迎风面仍存在正风区和背风区，只能利用一半风能，背风区的风力对风轮的做负功，大大降低了风轮的风能利用率。为了降低背风区风力对风力机的负功影响，人们通常通过增设挡风板来消除背风区风能的不利影响，但是同时需要在挡风板后方增设面积较大的尾舵来对风。尾舵通常尺寸较大，抗风性能差，增加了制造成本并实际大大增加了整个风机的工作面积，一定程度而言，降低了风机的风能利用率。因而，极大地限制了它的装机容量。

本发明针对以上技术背景，提供一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，该风力机含有两个对称风轮，两风轮均设有挡风板，降低背风区风力的负功影响；显著特点是它不含尾舵，利用偏心对风轴实现风轮的对风，避免了大大增加风力机工作面积的缺点，保证了风力机的抗风性能，并提高了风机的风能利用率。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的不足，提供了一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，该风力机含有两个对称风轮，两风轮的背风区均设有挡风板，显著特点是它不含尾舵，利用偏心对风轴实现风轮的对风。

为达到上述目的,本发明提供以下技术方案：一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，包括风轮架、挡风板、左风轮、右风轮、偏心对风轴、轴承盖、转动轴承、推力轴承、塔柱。所述风轮架包括风架顶柱、上法兰盘、下法兰盘、中整流板、风架底柱，所述中整流板上下两端分别焊接固定在所述风架顶柱和风架底柱的中部，所述风架顶柱两端下方均焊接所述上法兰盘，所述风架底柱两端上方均焊接所述下法兰盘，所述左风轮和所述右风轮对称安装于所述风轮架上的所述上法兰盘和所述下法兰盘之间，所述挡风板的上下两端设有上连接板和下连接板，所述挡风板通过所述上连接板和所述下连接板分别连接于所述上法兰盘和所述下法兰盘，所述风轮架的两侧对称安装2个所述挡风板，所述左风轮和所述右风轮的迎风区分为背风区和正风区，所述挡风板挡住了所述左风轮和所述右风轮的所述背风区风力，基本消除了所述左风轮和所述右风轮的所述背风区风能的负功作用。所述左风轮的正叶片和所述右风轮的反叶片的安装角度大小相等，方向相反；所述风轮架的正面风场区域依次分为背风区、正风区、内部区、正风区和背风区，所述左风轮和所述右风轮的正风区均与所述风轮架的内部区相接，同时，所述左风轮和所述右风轮的所述背风区均位于所述风轮架的外侧。所述挡风板的前端具有导风作用，在所述挡风板、所述左风轮、所述右风轮与所述中整流板之间的通道内会产生狭管效应，流入所述风轮架的风能将加速后驱动所述左风轮和所述右风轮的旋转。

所述偏心对风轴包括上端法兰柱、偏心梁和支撑转轴，所述上端法兰柱和所述支撑转轴分别垂直位于所述偏心梁的两端，所述上端法兰柱的轴线与所述支撑转轴的轴线平行并有一定距离；所述上端法兰柱连接于所述风架底柱的中法兰盘，因此所述风轮架的重力由所述上端法兰柱901传递给所述偏心梁，所述偏心梁所受的合力均由所述支撑转轴903承受；所述塔柱的上端设有深沟球轴承座和推力轴承座，所述深沟球轴承座上安装有所述转动轴承，所述推力轴承座安装有所述推力轴承，所述支撑转轴安装于所述转动轴承和所述推力轴承上，所述深沟球轴承座上方安装有所述轴承盖，所述轴承盖对轴承起密封作用；所述支撑转轴通过所述转动轴承可以在所述塔柱的顶部转动，所述支撑转轴通过所述推力轴承将所述偏心对风轴上承受的重力传递到所述塔柱上；由于所述偏心对风轴两端的上端法兰柱和支撑转轴的轴线平行且有一定距离，因此所述风轮架的重心方向相对所述塔架的轴线存在一定的偏心距离；当所述风轮架的正面与风力方向不垂直时，作用于所述风轮架的水平合风力相对所述塔柱轴线的转矩不为零，并将驱动所述风轮架绕所述塔柱转动，直至所述风轮架的正面垂直于风力方向，该过程即实现自动对风；当所述风轮架的正面与风力方向垂直时，由于所述风轮架为左右对称结构，此时所述风轮架所受的水平合风力将与所述塔柱的轴线相交，此时所述风轮架所受的水平合风力相对所述塔柱轴线的力矩臂为零，因此所述风轮架所受水平合力矩为零，并保持所述正面与风力方向垂直。

本发明的有益效果为：

1.本发明一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，其风轮架上装有两个对称风轮及对应挡风板，风轮架整体呈对称结构，因此，双风轮结构具有结构美观、空间利用率高，节约塔柱等共享件生产成本的优点。

2.本发明一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，其风轮架上设有挡风板和中整流板，在风轮架的内部区风场会产生狭管效应，具有增强风速，提高风能利用率的作用。

3.本发明一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，其风轮架通过偏心对风轴连接于塔柱上，使得风轮架重力方向和塔柱轴线平行并存在一定的偏心距离，偏心对风轴可以在塔柱顶端绕塔柱转动，因此，本发明垂直轴风力机具有不含尾舵但能自动对风的优点；相对于有尾翼风力机，降低了风力机工作空间半径，避免了尾翼带来抗风性能差的问题。

附图说明

图1是本发明高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机的结构示意图；

图2是本发明垂直轴风力发电机未安装风轮的结构示意图；

图3是本发明高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机的风轮架结构示意图；

图4是本发明的偏心对风轴与塔柱连接的结构剖视图；

图5是本发明高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机的正面迎风风场分析简图。

图中：1.风架顶柱，2.上法兰盘，3.下法兰盘，4.中整流板，5.挡风板，501.上连接板，502.下连接板，6.风架底柱，601.中法兰盘，7.左风轮，701.正叶片，8.右风轮，801.反叶片，9.偏心对风轴，901.上法兰柱，902.偏心梁，903.支撑转轴，10.轴承盖，11.转动轴承，12.推力轴承，13.塔柱，1301.深沟球轴承座，1302.推力轴承座，14.背风区，15.正风区，16.内部区，17.正面，20.风轮架。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机，参照图1至图5共同所示，该发明包括风轮架20、挡风板5、左风轮7、右风轮8、偏心对风轴9、轴承盖10、转动轴承11、推力轴承12、塔柱13。所述风轮架20包括风架顶柱1、上法兰盘2、下法兰盘3、中整流板4、风架底柱6，所述中整流板4上下两端分别焊接固定在所述风架顶柱1和所述风架底柱6的中部，所述风架顶柱1两端下方均焊接所述上法兰盘2，所述风架底柱6两端上方均焊接所述下法兰盘3，所述左风轮7和所述右风轮8对称安装于所述风轮架20的所述上法兰盘2和所述下法兰盘3之间，所述挡风板5的上下两端设有上连接板501和下连接板502，所述挡风板5通过所述上连接板501和所述下连接板502分别连接于所述上法兰盘2和所述下法兰盘上3，在所述风轮架20的两侧对称安装2个所述挡风板5，所述左风轮7和所述右风轮8的迎风区分为背风区14和正风区15，所述挡风板5挡住了所述左风轮7和所述右风轮8的所述背风区14风力，基本消除了所述左风轮7和所述右风轮8的所述背风区14风能的负功作用。所述左风轮7的正叶片701和所述右风轮8的反叶片801的安装角度大小相等，方向相反；所述风轮架20的正面17风场区域依次分为背风区14、正风区15、内部区16、正风区15和背风区14，所述左风轮7和所述右风轮8的正风区15均与所述风轮架20的内部区16相接，同时，所述左风轮7和所述右风轮8的所述背风区14位于所述风轮架20的外侧。所述挡风板5的前端具有导风作用，在所述挡风板5、所述左风轮7、所述右风轮8与所述中整流板4之间的通道内会产生狭管效应，流入所述风轮架20的风能将加速后驱动所述左风轮7和所述右风轮8的旋转。

如图4和图5所示，所述偏心对风轴9包括上端法兰柱901、偏心梁902和支撑转轴903，所述上端法兰柱901和所述支撑转轴903分别垂直位于所述偏心梁902的两端，所述上端法兰柱901的轴线与所述支撑转轴903的轴线平行并有一定距离；所述上端法兰柱901连接于所述风架底柱6的中法兰盘601，因此所述风轮架20的重力由所述上端法兰柱901传递给所述偏心梁902，所述偏心梁902所受的合力均由所述支撑转轴903承受；所述塔柱13的上端设有深沟球轴承座1301和推力轴承座1302，所述深沟球轴承座1301上安装有所述转动轴承11，所述推力轴承座1302安装有所述推力轴承12，所述支撑转轴903安装于所述转动轴承11和所述推力轴承12上，所述深沟球轴承座1301上方安装有所述轴承盖10，所述轴承盖10对轴承起密封作用；所述支撑转轴903通过所述转动轴承11可以绕所述塔柱13的顶部转动，所述支撑转轴903通过所述推力轴承12将所述偏心对风轴9上承受的重力传递到所述塔柱13上；由于所述偏心对风轴9两端的上端法兰柱901和支撑转轴903的轴线平行且有一定距离，因此所述风轮架20的重心方向相对所述塔架13的轴线存在一定的偏心距离；当所述风轮架20的正面17与风力方向不垂直时，作用于所述风轮架20的水平合风力相对所述塔柱13轴线的转矩不为零，并将驱动所述风轮架20绕所述塔柱13转动，直至所述风轮架20的正面17垂直于风力方向，该过程即实现自动对风；当所述正面17与风力方向垂直时，由于所述风轮架20为左右对称结构，此时所述风轮架20所受的水平合风力将与所述塔柱13的轴线相交，此时所述风轮架20所受的水平合风力相对所述塔柱13轴线的力矩臂为零，因此所述风轮架20所受水平合力矩为零，并保持所述正面17与风力方向垂直。

其工作过程：

本发明一种高效带挡风板无尾舵对风的双风轮风力发电机工作时，当风力方向垂直于所述风轮架20的所述正面17时，处于风场中的所述背风区14的风力将被所述挡风板5挡住并导流出所述风轮架20的外侧，所述正风区15的风力将作用于所述左风轮7和所述右风轮8的叶片上，驱动两风轮旋转做功，进入所述内部区16的风力在所述左风轮7、所述右风轮8和所述中整流板4组成的通道内产生狭管效应，风力被挤压并增强，部分风力将流向所述左风轮7或所述右风轮8，增加了风力对风轮的做功，提高了风力机的风能利用率；当风力方向不垂直于所述正面17时，作用于风轮架20的水平合风力的方向将与所述塔柱13的轴线产生力矩臂，因此，作用于所述风轮架20上的风力转矩和所述支撑转轴903上的摩擦转矩将驱动所述风轮架20绕所述塔柱13转动，直至所述风轮架20的所述正面17与风力方向垂直，该过程即是本发明带挡风板无尾舵对风垂直轴风力机的自动对风过程。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。