一种锥形风力发电杆塔

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种锥形风力发电杆塔。

背景技术

如图1所示，是现有技术的垂直轴风力发电机的基本结构形式，主要包括设置在立柱上的发电机、叶轮及其制动系统。叶轮包括轮毂和叶片，轮毂轴向配合立柱方向设置，轮毂的外圆周面通过多根连杆连接有一圈竖直方向设置的叶片。叶轮的制动系统一端与轮毂相连，另一端连接设置在立柱底部的制动手柄。

为了捕获更多的风能，垂直轴风力发电机一般采用在轮毂上设置多组叶片来提高效率，但是该设备存在一个问题：由于这些叶片的转动方向是同向的，使得轮毂的安装位置产生一个单一方向的扭矩，而且该扭矩是不均衡的。而且，当风速变大时，叶片的转动速度加快，使得该扭矩越来越大，使得立柱产生剧烈的振动，影响垂直轴风力发电机运行时的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有技术中叶片单向转动出现不对称气流，导致发电量下降的问题，本专利提供一种锥形风力发电杆塔。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锥形风力发电杆塔，包括中空的锥形柱，所述锥形柱的顶端安装有转向相反的正转阵列与逆转阵列，所述正转阵列与逆转阵列沿着锥形柱自上而下排列；

所述正转阵列包括安装轮体与若干扇叶，所述锥形柱贯穿安装轮体，并且所述安装轮体与锥形柱转动连接；若干所述扇叶与安装轮体之间设置有加强筋；

所述锥形柱内安装有与安装轮体配合的发电机构，所述发电机构包括定子和围绕定子转动的转子，所述安装轮体与转子动力连接。

其中，所述扇叶包括迎风段与固定段，所述迎风段为弧形，所述迎风段位于固定段远离锥形柱的一面，所述加强筋的一端与固定段连接，加强筋的另一端与安装轮体连接。

其中，所述迎风段包括凹面，所述正转阵列中迎风段的凹面与逆转阵列中迎风段凹面的朝向相反。

其中，所述凹面为V形或U形。

其中，所述固定段与迎风段之间安装有加固件。

其中，所述加固件为固定螺栓，所述固定段与迎风段均与固定螺栓螺纹连接。

其中，所述加固件包括第一固定块与第二固定块，所述第一固定块与第二固定块之间安装有复位弹簧，所述第一固定块与固定段铰接，所述第二固定段与迎风段铰接。

其中，所述加强筋包括第一支臂与第二支臂，所述第一支臂的两端分别与安装轮体、固定段连接，所述第二支臂的两端分别与第一支臂、固定段连接。

其中，所述安装轮体包括自上而下分布的第一轮体、连接柱和第二轮体，所述第一轮体、第二轮体与连接柱之间均安装有若干连接臂，所述锥形柱贯穿连接柱，并且所述连接柱与锥形柱转动连接。

其中，所述锥形柱的顶部罩设有支撑框架，所述支撑框架包括多个副框架，所述副框架与锥形柱之间安装有若干支撑臂。

本方案的有益效果为：一是通过正转阵列与逆转阵列的转动方向相反，保证了锥形柱不再只受到单一方向的扭力，因而使得锥形柱的受力更加平衡，防止扇叶在转动过程中出现剧烈震颤的问题，保证了发电效率的稳定。

二是利用复位拉簧对迎风段进行加固，使得扇叶自身可以根据风力的大小而改变承接风的面积，从而避免了安装轮体出现转动失速的问题，从而保证了发电机构能够平稳运行。

附图说明

图1为现有技术中垂直轴风力发电机的结构示意图；

图2为风力发电装置的结构图；

图3为正转阵列结构图；

图4为逆转阵列结构图；

图5为实施例1中扇叶的结构图；

图6为实施例2中扇叶的结构图；

图7为安装轮体的结构图；

图8是实施例3中扇叶的俯视图；

图9是实施例3中扇叶的主视图。

图中：1-锥形柱，2-正转阵列，3-逆转阵列，4-安装轮体，41-加强筋，411-第一支臂，412-第二支臂，42-第一轮体，43-连接柱，44-第二轮体，45-连接臂，5-扇叶，51-迎风段，52-固定段，521-通孔，53-凹面，54-加固件，541-第一固定块，542-复位拉簧，6-支撑框架，61-副框架，62-支撑臂，7-固定框架，70-固定环，71-电动绞盘，72-绳索，73-限位辊筒，74-固定臂，75-环形槽。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

实施例1：

如图2-图3所示，一种锥形风力发电杆塔，包括中空的锥形柱1，所述锥形柱1的顶端安装有转向相反的正转阵列2与逆转阵列3，所述正转阵列2与逆转阵列3沿着锥形柱1自上而下排列；为了解决现有的垂直轴风力发电装置中单一扭矩导致的风速过大时，叶片剧烈振动，导致风力发电不稳定的问题，本方案引入了转动方向相反的正转阵列2与逆转阵列3。其中，所述正转阵列2包括安装轮体4与若干扇叶5，所述锥形柱1贯穿安装轮体4，并且所述安装轮体4与锥形柱1转动连接；若干所述扇叶5与安装轮体4之间设置有加强筋41；扇叶5的作用是用于将风能转化为机械能，而安装轮体4则是用于固定扇叶5，并配合扇叶5转化风能。

在本方案中，安装轮体4还起到了驱动发电机构中转子转动的作用，即所述锥形柱1内安装有与安装轮体4配合的发电机构，所述发电机构包括定子和围绕定子转动的转子，所述安装轮体4与转子动力连接。这里的动力连接有多种，如齿轮啮合连接，或者行星轮结构。由于发电机构为成熟的现有技术，因此不作过多赘述。

在本方案中，所述逆转阵列3与正转阵列2结构相同。均由扇叶5、安装轮体4等结构组成，不同之处在于逆转阵列3与正转阵列2的位置上下排列。

为了保证扇叶5能够承接更多的风，加大安装轮体4转动的速度，所述扇叶5包括迎风段51与固定段52，所述迎风段51为弧形，所述迎风段51位于固定段52远离锥形柱1的一面，所述加强筋41的一端与固定段52连接，加强筋41的另一端与安装轮体4连接。弧形的迎风段51在朝向风时会拦截更多的风，使得风力更加集中，因而会加快扇叶5的转动速度。而为了避免扇叶5因为大风而从安装轮体4上脱落，本方案引入了加强筋41对其进行了固定。

优选的，所述迎风段51包括凹面53，所述正转阵列2中迎风段51的凹面53与逆转阵列3中迎风段51凹面53的朝向相反。该设计使得正转阵列2与逆转阵列3中扇叶5的迎风面相反，从而保证了正转阵列2与逆转阵列3的转向相仿，

由于迎风段51为主要的承接风力部位，因此迎风段51容易断裂，为此，所述固定段52与迎风段51之间安装有加固件54。优选的，所述加固件54为固定螺栓，所述固定段52与迎风段51均与固定螺栓螺纹连接。

为了进一步加固扇叶5，所述加强筋41包括第一支臂411与第二支臂412，所述第一支臂411的两端分别与安装轮体4、固定段52连接，所述第二支臂412的两端分别与第一支臂411、固定段52连接。第一支臂411、第二支臂412以及固定段52，三者构成了稳定的三角形结构，从而极大增强了正转阵列2与逆转阵列3的稳定性。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于：所述加固件54包括第一固定块541与第二固定块，所述第一固定块541与第二固定块之间安装有复位拉簧542，所述第一固定块541与固定段52铰接，所述第二固定段52与迎风段51铰接。在大风天气中，迎风段51被大风吹拂会不可避免的发生形变，如果采用实施例1中的螺栓硬连接，这会导致迎风段51因为受力过大而撕裂的问题。而本实施例中的加固件54为弹性连接，即大风会导致迎风段51发生形变，形变过程中，迎风段51承接风的面积会减小，这避免了迎风段51发生撕裂。由于迎风段51被复位拉簧542牵引，因此即使迎风段51发生形变，在风力减弱后迎风段51依旧会恢复原状。该设计也使得扇叶5自身可以根据风力大小改变自身承接风的面积，避免了因为转速过快而导致发电机构损坏的问题。

优选的，所述迎风段51为弹性板材。

其中，所述凹面53为V形或U形。该设计使得风会向着迎风段51的底部汇聚，从而加大了风的冲击力，使得扇叶5受力部位更加集中，从而使得扇叶5在微风环境中依旧可以带动安装轮体4转动。

实施例3：

如图8-9所示，本实施例与实施例2的不同之处在于：还包括固定框架7，所述扇叶5安装在固定框架7上，所述固定框架7远离扇叶5的一侧安装有电动绞盘71，所述电动绞盘71与迎风段51通过绳索72连接。该设计使得电动绞盘71通过收放绳索72来控制迎风段51的开合角度，因此扇叶5的迎风面积可以根据风速适时调节。

为了方便收放迎风段，所述固定段52上开设有通孔521，所述迎风段51远离固定框架7的一面安装有固定环70，所述绳索72穿过通孔521与固定环70连接。为了方便收放迎风段51，所述固定环70位于迎风段52远离固定段51的一端。

为了保证绳索72收放时的稳定性，所述固定框架7上还安装有限位辊筒73。所述限位辊筒73与固定框架7之间安装有固定臂74，所述限位辊筒73的外壁上开设有环形槽75，所述绳索72的部分区域位于环形槽75中。该设计使得绳索72被限位辊筒73支撑，其中限位辊筒73与固定臂74转动连接，该设计的目的是减少绳索72与限位辊筒73之间的摩擦力，延长绳索72的使用寿命。限位辊筒73的存在辅助支撑了绳索72，也减少了绳索72与通孔521之间的摩擦力。

优选的，电动绞盘71、绳索72以及固定环70均至少设置有两套，这两套部件对称分布。该设计的目的一是保证迎风段51均匀受力，避免迎风段51由于受力不均而变形撕裂；二是保证了迎风段51的迎风面积可以根据需要而调整，如果仅仅设置一套，可能会因为风力过大而导致电动绞盘71无法拉动迎风段51的问题。

实施例4：

如图7所示，为了在加固安装轮体4的同时减重，所述安装轮体4包括自上而下分布的第一轮体42、连接柱43和第二轮体44，所述第一轮体42、第二轮体44与连接柱43之间均安装有若干连接臂45，所述锥形柱1贯穿连接柱43，并且所述连接柱43与锥形柱1转动连接。

而为了加强锥形柱1顶部，减少锥形柱1顶部因为承载太多机构而断裂，所述锥形柱1的顶部罩设有支撑框架6，所述支撑框架6包括多个副框架61，所述副框架61与锥形柱1之间安装有若干支撑臂62。这些支撑臂62组成第一阵列、第二阵列以及第三阵列，第一阵列、第二阵列以及第三阵列沿着锥形柱1自上而下分布，其中，逆转阵列3位于第一阵列与第二阵列之间，正转阵列2位于第二阵列与第三阵列之间。

综上所述，本装置具有以下优点：一是通过正转阵列2与逆转阵列3的转动方向相反，保证了锥形柱1不再只受到单一方向的扭力，因而使得锥形柱1的受力更加平衡，防止扇叶5在转动过程中出现剧烈震颤的问题，保证了发电效率的稳定。二是利用复位拉簧542对迎风段51进行加固，使得扇叶5自身可以根据风力的大小而改变承接风的面积，从而避免了安装轮体4出现转动失速的问题，从而保证了发电机构能够平稳运行。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。