一种多层联轴式垂直轴型风能机的制作方法

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1.本发明涉及风电领域，具体涉及一种多层联轴式垂直轴型风能机。

背景技术：

2.在全球经济发展的带动下，世界能源消费总量长期保持增长态势。化石能源支撑了工业文明发展，也带来了环境污染、气候变化等影响人类生存发展的现实难题；同时，化石能源储量有限，具有不可再生性，大规模开发利用必将导致资源加速枯竭。从布局看，世界能源资源与能源消费呈逆向分布，能源开发越来越向少数国家和地区集中。部分资源匮乏国家能源对外依存度不断提高，能源供应链脆弱，安全问题突出。为应对全球能源总量供应及能源环境的挑战，大力发展清洁能源势在必行，世界能源结构正在经历从化石能源为主向清洁能源为主转变。随之而来的，世界能源配置需求也将从目前的化石能源为主逐步转变为清洁能源为主。目前，风能、太阳能等清洁能源发电总体处于加快发展阶段，但在技术创新、设备研制、工程应用及系统安全性、经济性上仍面临较大挑战。中国是风电大国，当前已进入推进新能源革命的战略机遇期，优化能源布局、控制煤消费、提高能源利用率是主要的政策方向。中国的清洁能源行业发展前景明朗，投资和新增装机容量均呈增长趋势，到2025年可再生能源装机量有望占全国能源结构的35％。中国政府已经向联合国有关机构提交了应对气候变化国家自主贡献文件，提出到将继续采取多种措施降低能耗强度、发展清洁能源，坚定不移地走绿可持续发展道路。纲要指出，要提升创新基础能力，加快能源、地球系统与环境等科学领域和部分多学科交叉领域国家重大科技基础设施建设。数据显示，当前中国对电力需求在10亿千瓦以上，消耗的总能源量相当于要达到40-50亿千瓦。而风能是自然界可再生且存量较大的能源，仅中国华北与西北部分地区的地面以上200米以下的空间可开采风力资源就有100亿千瓦以上的发电容量。在能源结构调整中，相较于中国目前其他两种主要的能源发电方式：火电与核电，风电有望逐步改变当前被视作“补充能源”的角，上升为国家能源结构调整主体的地位，风电累计装机就达到2亿千瓦以上。所以，一旦有合适的风电技术，在中国大力发展清洁能源的战略背景下，国家必然选择，并替代现有风电、火电与核电的生产，将新型风力发电技术进行大规模推广、应用。
3.目前的风力发电技术，无论是水平轴型，还是垂直轴型，基本是利用风场的水平气流动能，风场的风能利用也只是限于迎风面的平面，无法立体利用风场动能，风能的转换效率低。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种多层联轴式垂直轴型风能机，能够解决无法立体利用风场动能的问题，风能的转换效率高。
5.为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：一种多层联轴式垂直轴型风能机，包括风电塔筒、环设在风电塔筒上的至少一组横向悬臂架，所述横向悬臂架包括设在风电塔筒同一竖直位置上的至少两个上下相邻的悬臂，所述两个上下相邻的悬臂外端通过
垂直轴型风能机转子架连接，所述垂直轴型风能机转子架包括转接在两个上下相邻的悬臂外端的联动转轴、环设在联动转轴上至少两个转子支架，所述转子支架包括设在联动轴同一竖直位置上的至少两个上下相邻的连接杆，所述两个上下相邻的连接杆外端通过叶片连接，所述叶片由风力带动垂直轴型风能机转子架转动后通过联动轴输出动能进而发电。
6.进一步地，所述横向悬臂架采用两组及两组以上时，垂直方向上采用齐平设置或者错位设置。
7.进一步地，所述横向悬臂架采用三组，垂直方向上采用齐平设置。
8.进一步地，所述横向悬臂架中采用五个上下相邻的悬臂。
9.进一步地，所述垂直轴型风能机转子架中采用三个转子支架，所述转子支架中采用三个上下相邻的连接杆，所述叶片连接三个上下相邻的连接杆的外端。
10.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
11.1、本发明采用垂直轴型风能机任何方向气流都可以推动风能机做功的特征，可以立体利用风场动能，较之水平轴型风能机仅能够利用迎风面的二维利用风场的风能，对风场风能的利用率至少提高20％以上；2、同时本发明将风能机的长度分解为至少一段，把风能机的重量承重分别置于各个风电塔筒的悬臂上，每个悬臂的支撑重量可调，有利于每段风能转子进行免维护，可以大大提升风能机运行的可靠性，同时大大降低整体风能机运行的维护成本；3、本发明有利于利用百米以上高度的风场风能，因为地面以上10米至100米高度的风速以幂指数增大，100米以上的风场风能可达到地面10米风场风能的百倍；4、本发明水平方向占据空间不到同样功率水平轴型风能机的一半，同时对气流的风向变化不敏感，风能机的平面安装密度可以比水平轴型风能机提高一倍以上，同样面积风场的发电效率大大提高；5、本发明的垂直轴型叶片安装密度大，两根叶片的间隔不到水平轴型叶片末端间隔的十分之一，风能机转动时，不会像水平轴型风能机叶片运动那样会对鸟类产生视觉差，不会击杀飞行中的鸟类，能够减少对生态环境产生的不良影响。
附图说明
12.图1为本发明的结构示意图；
13.图2为本发明的俯视图；
14.图中：风电塔筒1、横向悬臂架2、悬臂21、垂直轴型风能机转子架3、联动转轴31、转子支架32、连接杆321、叶片33。
具体实施方式
15.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
16.如图1～图2所示，一种多层联轴式垂直轴型风能机，包括风电塔筒1、环设在风电塔筒1上的至少一组横向悬臂架2，所述横向悬臂架2包括设在风电塔筒1同一竖直位置上的至少两个上下相邻的悬臂21，所述两个上下相邻的悬臂21外端通过垂直轴型风能机转子架3连接，所述垂直轴型风能机转子架3包括转接在两个上下相邻的悬臂21外端的联动转轴31、环设在联动转轴31上至少两个转子支架32，所述转子支架32包括设在联动轴31同一竖
直位置上的至少两个上下相邻的连接杆321，所述两个上下相邻的连接杆321外端通过叶片33连接，所述叶片33由风力带动垂直轴型风能机转子架3转动后通过联动轴31输出动能进而发电。所述横向悬臂架2采用两组及两组以上时，垂直方向上采用齐平设置或者错位设置。所述横向悬臂架2采用三组，垂直方向上采用齐平设置。所述横向悬臂架2中采用五个上下相邻的悬臂21。所述垂直轴型风能机转子架3中采用三个转子支架32，所述转子支架32中采用三个上下相邻的连接杆321，所述叶片33连接三个上下相邻的连接杆321的外端。
17.只要风电塔筒1高度足够，就可以单组外挂目标功率的垂直轴型风能机转子架3，单组垂直轴型风能机转子架3对发电输出功率可以根据设计方案调整，而叶片33数量和叶片33规格以及垂直轴型风能机转子架3的规格都可以根据设计要求调整，就可以实现单个风电塔筒1外挂多组目标功率的垂直轴型风能机转子架3，达到一个风电塔筒1发电效率最大化的目的。
18.同样规格的风能机在条件不同的风场，可以根据具体情况，设计安装合适输出功率的发电机，达到风能机利用效率最大，而单台风力发电机组费效比最好的目的。同样的设计规格，在不同的风场条件下，配置不同输出功率的发电机组。例如：利用3组上下各5层25kw垂直轴型风能机转子架，中间配置250kw发电机，3组250kw的发电机，一根风电塔筒的风力发电机组输出功率达到750kw，而迎风面的宽度大约只需要15m。风场的风力发电机组的配置密度大大优于目前的所有类型的风力发电机组。
19.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：

1.一种多层联轴式垂直轴型风能机，其特征在于：包括风电塔筒(1)、环设在风电塔筒(1)上的至少一组横向悬臂架(2)，所述横向悬臂架(2)包括设在风电塔筒(1)同一竖直位置上的至少两个上下相邻的悬臂(21)，所述两个上下相邻的悬臂(21)外端通过垂直轴型风能机转子架(3)连接，所述垂直轴型风能机转子架(3)包括转接在两个上下相邻的悬臂(21)外端的联动转轴(31)、环设在联动转轴(31)上至少两个转子支架(32)，所述转子支架(32)包括设在联动轴(31)同一竖直位置上的至少两个上下相邻的连接杆(321)，所述两个上下相邻的连接杆(321)外端通过叶片(33)连接，所述叶片(33)由风力带动垂直轴型风能机转子架(3)转动后通过联动轴(31)输出动能进而发电。2.根据权利要求1所述的一种多层联轴式垂直轴型风能机，其特征在于：所述横向悬臂架(2)采用两组及两组以上时，垂直方向上采用齐平设置或者错位设置。3.根据权利要求2所述的一种多层联轴式垂直轴型风能机，其特征在于：所述横向悬臂架(2)采用三组，垂直方向上采用齐平设置。4.根据权利要求1所述的一种多层联轴式垂直轴型风能机，其特征在于：所述横向悬臂架(2)中采用五个上下相邻的悬臂(21)。5.根据权利要求1所述的一种多层联轴式垂直轴型风能机，其特征在于：所述垂直轴型风能机转子架(3)中采用三个转子支架(32)，所述转子支架(32)中采用三个上下相邻的连接杆(321)，所述叶片(33)连接三个上下相邻的连接杆(321)的外端。

技术总结

本发明提供一种多层联轴式垂直轴型风能机，包括风电塔筒、环设在风电塔筒上的至少一组横向悬臂架，所述横向悬臂架包括设在风电塔筒同一竖直位置上的至少两个上下相邻的悬臂，所述两个上下相邻的悬臂外端通过垂直轴型风能机转子架连接，所述垂直轴型风能机转子架包括转接在两个上下相邻的悬臂外端的联动转轴、环设在联动转轴上至少两个转子支架，所述转子支架包括设在联动轴同一竖直位置上的至少两个上下相邻的连接杆，所述两个上下相邻的连接杆外端通过叶片连接，所述叶片由风力带动垂直轴型风能机转子架转动后通过联动轴输出动能进而发电，能够解决无法立体利用风场动能的问题，风能的转换效率高。风能的转换效率高。风能的转换效率高。