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CN105952585A - 一种大型垂直轴风力发电装置 - Google Patents

一种大型垂直轴风力发电装置 Download PDF

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CN105952585A
CN105952585A CN201610467375.8A CN201610467375A CN105952585A CN 105952585 A CN105952585 A CN 105952585A CN 201610467375 A CN201610467375 A CN 201610467375A CN 105952585 A CN105952585 A CN 105952585A
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Abstract

本发明涉及一种大型垂直轴风力发电装置，它包括垂直轴风机、若干台压缩气体生产装置、储气罐、气体增压器以及汽轮发电机；本发明弧面叶片组受风面积大，阻力因有漏风处相对较小；叶片固定不用变桨，易于制作，可在25m/s以上的风速环境中继续发电；压缩空气只在压力恒定下发电，发电的电压电流稳定；齿轮变速盘结构技术成熟，易于生产制作；发电过程中产生的余气设计其再次吹向低端的风叶，减少能量的损耗，最大限度的利用风能资源；电加热系统能完整的保证压缩气体生产装置和储气罐在要求的压力参数下工作；因能够储存能量，可在无风情况下延时发电。

Description

一种大型垂直轴风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种大型垂直轴风力发电装置。
背景技术
中国专利文献授权公告号CN101737270B，专利权人“济南高新开发区中泰环保技术开发中心”，授权公告日：2011年9月7日，公开了“一种特大型垂直轴风力发电装置，包括固定在地面上的塔架以及稳固塔架的横梁，在上下横梁中心通过上轴承架和下轴承架垂直设置动力旋转轴，旋转轴的底端通过大盘齿轮连接发电机离合器，发电机通过电缆与变电室相连，其特征在于：围绕旋转轴设置1～10层多元一体的无阻力风轮机构，每层以旋转轴为轴心等角度、对称地设置1～5个由上横杆、下横杆和框架立撑组成的弧形框架，在每个弧形框架内的左右两翼分别通过上轴、下轴及叶片轴套安装1～5个活动风叶，弧形框架内的活动风叶偏纵向中心线安装，叶片轴线的一侧长度大于另一侧长度，在活动风叶与弧形框架接触处设有叶片挡块及叶片开启控制机构，弧形框架的外端边之间由固定杆相连接；发电机离合器连接发电量控制调节装置；本发明发电量大，阻力小，发电总量可达3000kW以上，而且自身重量比较轻，运行安全稳定，维护简单方便，使用寿命长，可以在河滩、海岸、山顶等区域安装使用”。
但该专利还是存在如下问题：1、其产品在内蒙古实际运转时，由于风向不是一成不变，当高速风吹来时，旋转轴上的活动叶片很难正对风向将风兜住，没有最大化利用风能，大量的风只是用来吹动活动叶片转动，大量的风能被浪费掉；2、当瞬间巨风吹来，活动叶片会加速转动，撞向叶片挡块，瞬间的冲击力会造成叶片的损毁；3、由于其活动叶片具有特殊结构，这样的叶片制作工艺繁琐要求高，成品不易；4、该装置只是在旋转轴上被动的安装了制动限速装置，风能没有转化为电能，却被摩擦力消耗掉，使风能浪费掉，制动限速装置会对旋转轴造成损害，且制动限速装置只能在一定的风速条件下其作用，在遭遇巨风的情况下，只能彻底停止风力发电机运转，没有持续运转发电的能力；5、该装置由于在超过一定风速下不能工作，无风时也不能工作，只能靠有利的风速发电，即间续发电，工作效率低；6、该装置是直接发电，电流电压控制控制困难，当瞬间风力过大，旋转轴转速过高时，瞬间的发电机产生的电流强度和电压强度陡升，这样发出的电会对并网设备造成冲击，损坏并网设备，造成生产安全隐患；7、发电环境一般都很恶劣，常常会出现低温环境，该设备在低温环境下，发电的输出量会由于低温造成不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型垂直轴风力发电装置，其大幅度提高了单台机组装机容量，发电量稳定、输出电压稳定，不需要滤波、整流，可以空间交错层叠布置，更能够有效的利用风场的有限空间。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种大型垂直轴风力发电装置，它包括垂直轴风机、若干台压缩气体生产装置、储气罐、气体增压器以及汽轮发电机；
所述垂直轴风机包括主轴、至少一个轮辐式主齿轮、至少三个从动齿轮、至少三组叶片水平限位固定装置、弧面叶片组、风机支撑底座；主轴下部套接有至少一个轮辐式主齿轮，轮辐式主齿轮下面的主轴周向通过轴承连接有风机支撑座，轮辐式主齿轮周向均匀啮合有至少三个从动齿轮，该从动轮下端固定于风机支撑座上，从主轴上端至最上端的轮辐式主齿轮之间的主轴上，均匀套接固定有至少三组叶片水平限位固定装置，弧面叶片组垂向均匀穿设固定于每组叶片水平限位固定装置中，叶片水平限位固定装置的作用是保证弧面叶片在转动过程中在长度方向不产生震动，从而损耗风能，也避免叶片震动损伤叶片；
至少一台压缩气体生产装置可离合的啮合于垂直轴风机的每个从动齿轮上，压缩气体生产装置下端对应从动齿轮固定于风机支撑座上，压缩气体生产装置的作用是把风能转化为压缩空气能，储存在储气罐内，当达到设定的压力值后向汽轮发电机输出发电，由于可设置很多储气罐进行储气，即使没有风吹动风机叶片转动，由于预先存储很多压缩空气，在无风情况下，汽轮发电机依然可以延时发电；
储气罐通过管路以及管路上的单向截止阀门与每台压缩气体生产装置连通，储气罐的作用是保证向汽轮发电机输出的气体达到一定输出压力值，也能达到不靠天气，在无风状态是延时发电的目的，还可达到先将风能储存，在需要发电时利用储气罐内的压力气体发电的目的，现有的风力发电设备只能靠天发电，无风或者巨风都不能发电，即使风力达到发电要求，由于电厂的种种原因，不需要发电时，就只能停机，使得风能资源白白浪费；本发明减少靠天发电可能，先储气，在无风时可延时继续发电，保持发电的连续性，在遇到电厂不需要发电时，虽不发电但可继续驱动风机利用风能，将风能转换为压缩气能储存，充分利用了风能；
汽轮发电机的进气口通过管路以及管路上的单向截止阀门与储气罐连通，靠近汽轮发电机的管路上连接有气体增压器，气体增压器用以保障汽轮发电机获得足够的气体输入流量，汽轮发电机发电的优势在于，发电的电压电流稳定，不会对并网设备造成电流冲击，易于并网。
所述垂直轴风机的风机支撑座包括环形支撑平面、水平支撑臂和垂向支撑桩，环形支撑平面的数量与轮辐式主齿轮的数量匹配，每个环形支撑平面设置于对应的轮辐式主齿轮下方，以支撑与该层轮辐式主齿轮对应啮合的从动齿轮以及支撑对应设置的若干压缩气体生产装置，环形支撑平面的下表面的周向和外缘的周向固定有垂向支撑桩，水平支撑臂以放射状固定于套接在主轴的轴承外侧壁周向上，水平支撑臂的另一端固定于垂向支撑桩上；
所述垂直轴风机的从动齿轮，为一体构成的两层齿轮，上层齿轮直径大于下层齿轮直径，且上层齿轮为直齿，上层齿轮与轮辐式主齿轮之间为直齿圆柱齿轮传动，下层齿轮为曲线齿，下层齿轮与可离合的压缩气体生产装置的曲线齿之间为双曲面齿轮传动；
所述垂直轴风机的每组叶片水平限位固定装置包括五个同心环和三至五个同心环水平连接加强筋，该五个同心环由内向外依次为第一同心环、第二同心环、第三同心环、第四同心环和第五同心环，三至五个同心环水平连接加强筋一端均匀分布固定于第一同心环外侧壁周向上，三至五个同心环水平连接加强筋另一端分别穿过第二同心环、第三同心环和第四同心环固定于第五同心环的内侧壁上，相邻的两同心环之间的间距相等；第五同心环外侧壁周向均匀开设有水平向透风斜孔，透风斜孔在水平方向是带有倾斜角度的，其本身增加了装置的受风面积，当风吹向受风孔，风叶固定连接环由于风阻从而产生转动力带动风叶转动，最大限度的吸收了大自然的风能，穿过透风孔的风向前继续吹向弧面风叶，可进一步利用风能；
所述垂直轴风机的弧面叶片组包括三至五组弧面叶片，每组弧面叶片由内向外依次由第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片共四个长条形弧面叶片构成，该长条形弧面叶片均平行于主轴设置，每个长条形弧面叶片的横截面为弧形，每组长条形弧面叶片远离主轴的弧面长边均固定于每组对应的一个同心环水平连接加强筋与除第一同心环以外其余同心环的交点处，第一叶片弧面长边的另一端均固定于每组叶片水平限位固定装置的第一同心环对应的外侧壁处，第二叶片、第三叶片和第四叶片弧面长边的另一端分别固定于每组叶片水平限位固定装置的第二同心环、第三同心环和第四同心环上，且每组的第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片的靠近轴心的弧面长边的延长面均交汇于主轴的轴心处，这样结构的每组叶片增加了叶片的受风面积，兜风性能强，每组的第二、第三、第四叶片分别对应与第一、第二、第三叶片之间设有缝隙，形成进风口大，出风口小的弧面风斗结构，使得每个弧面叶片的兜风能力强，同时在弧面叶片背向风面时，由于同组的两两弧面叶片之间有弧面风斗结构，可以减少同组的背向弧面叶片对迎面风的风阻。
所述垂直轴风机每组叶片水平限位固定装置的第五同心环的水平向透风斜孔倾斜方向与弧面叶片的弦长一致，所述垂直轴风机每组叶片水平限位固定装置的第五同心环的水平向透风斜孔与从该水平向透风斜孔到第一同心环圆心的半径线的夹角为30°-60°，以构成阻风面，进一步带动垂直轴风机旋转，同时，由该水平向透风斜孔穿过的风能还可被其后的弧面叶片再次利用，充分利用风能。
可离合的压缩气体生产装置包括从动曲线齿轮、无级变速器、曲轮、曲轴和气缸；每个从动齿轮的下层齿轮与可离合的压缩气体生产装置的从动曲线齿轮之间为双曲面齿轮传动，从动曲线齿轮与无级变速器输入端通过联轴器相连，带动无级变速器输入轴转动，防止从动曲线齿轮转速过高，损坏其他设备，无级变速器与曲轮刚性连接，曲轴与无级变速器输出端同步转动，带动曲轴沿气缸的轴向往复运动，气缸的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体存入待用储气罐内；所述气缸上端设有通气孔，所述气缸下端分别设有单向进气阀和单向排气阀。
所述压缩气体生产装置和储气罐外通过导线连接有电加热线圈，电加热线圈的电力来自于风力发电机产生的电能或者太阳能电池板产生的电能，其作用是当天气寒冷时，气体在寒冷的环境会收缩，影响汽轮发电机的工作效率，在压缩气体生产装置和储气罐外设置加热线圈，可使它们内部的气体受热膨胀，输送至汽轮发电机时，能达到稳定输出压力值，使得汽轮发电机输出的电力稳定，避免电流不稳对并网设备造成电流冲击，易于并网。
所述汽轮发电机的出气口连接有余气再利用装置，该余气再利用装置包括气管和支撑柱，支撑柱固定于风机支撑座附近的地面上，气管架设于支撑柱上端，气管的一端与汽轮发电机的出气口连接，气管的另一端垂直向上，垂直向上的气管末端封闭，且垂直向上的气管侧壁对应垂直轴风机的叶片方向位置，垂向开设有若干排气孔，以便将汽轮发电机排出的高速余气再次利用吹向弧面叶片的下部，辅助转动弧面叶片。
本发明的有益效果如下：
本发明优点在于：
其一，本装置风叶受风面积大，阻力因有漏风处相对较小。
其二，本装置风叶是固定的不用变桨，易于制作，且能抗巨风，因在主齿轮上可根据风速高低，连接很多个空气压缩机形成转速阻力，可在25m/s以上的风速环境中继续使用本装置发电，不用担心巨风造成风叶转速过高损伤设备，根据风速高低，调节连接主齿轮的空气压缩机数量的多少，可使风叶的转速不会超过风叶转速的临界值，保证发电设备安全。
其三，本装置的每组风叶弧面都是弧面的延长线过圆心点排列，每个风叶既兜风也漏风，减少了风叶背向时的风阻。
其四，本装置压缩空气只在压力恒定下发电，发电的电压电流稳定，不会对并网设备造成电流冲击，易于并网。
其五，本装置增大受风面积单台功率可轻易做到100兆瓦以上。
其六，本装置因能在巨风状况下持续工作，而大量产生压缩空气，其完全能抵消能量守恒中能量转换时带来的损耗。
其七，本装置适用于海岛、山岭海面等高风地带工作。
其八，本装置风叶固定连接环上的透风孔是带有倾斜角度的，其本身增加了装置的受风面积，当风吹向受风孔，风叶固定连接环由于风阻从而产生转动力带动风叶转动，最大限度的吸收了大自然的风能，穿过透风孔的风向前继续吹向风叶，进一步利用了风能。
其九，本装置齿轮变速盘结构技术成熟，易于生产制作。
其十，本装置发电过程中产生的余气设计其再次吹向低端的风叶，减少能量的损耗，最大限度的利用风能资源。
其十一，本装置的电控调节系统能完整的保证压缩气体生产装置和储气罐在要求的压力参数下工作。
其十二，本装置因能够储存能量，可在无风情况下延时发电。
附图说明
图1示出本发明整体结构示意图。
图2示出本发明侧视结构示意图。
图3示出本发明俯视结构示意图。
图4示出本发明的弧面叶片与叶片水平限位固定装置位置关系的俯视结构示意图。
图5示出图3的压缩气体生产装置局部放大侧视结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图5所示，一种大型垂直轴风力发电装置，它包括垂直轴风机1、十八台压缩气体生产装置2、储气罐3、气体增压器4以及汽轮发电机5；
所述垂直轴风机1包括主轴11、三个轮辐式主齿轮12、十八个从动齿轮13、十组叶片水平限位固定装置14、弧面叶片组15、风机支撑底座16；主轴11下部依次套接有三个轮辐式主齿轮12，上下两个轮辐式主齿轮12的直径相同，中间一个轮辐式主齿轮12的直径小于上下两个轮辐式主齿轮12的直径，最上面轮辐式主齿轮12下面的主轴11周向通过轴承111连接有风机支撑底座16，每个轮辐式主齿轮12周向均匀啮合有六个从动齿轮13，该从动齿轮13下端固定于风机支撑底座16上，从主轴11上端至最上端的轮辐式主齿轮12之间的主轴11上，均匀套接固定有十组叶片水平限位固定装置14，弧面叶片组15垂向均匀穿设固定于每组叶片水平限位固定装置14中；
一台压缩气体生产装置2可离合的啮合于垂直轴风机1的每个从动齿轮13上，压缩气体生产装置2下端对应从动齿轮13固定于风机支撑底座16上；
三个储气罐3通过管路以及管路上的第一、第二、第三、第四单向截止阀门31与每台压缩气体生产装置2连通；
汽轮发电机5的进气口51通过管路以及管路上的第五、第六、第七、第八单向截止阀门31与三个储气罐3连通，靠近汽轮发电机5的管路上连接有气体增压器4。
所述垂直轴风机1的风机支撑底座16包括环形支撑平面161、三个水平支撑臂162和垂向支撑桩163，环形支撑平面161的数量与轮辐式主齿轮12的数量匹配，每个环形支撑平面161设置于对应的轮辐式主齿轮12下方，环形支撑平面161的下表面的周向和外缘的周向固定有垂向支撑桩163，三个水平支撑臂162以放射状固定于套接在主轴11的轴承111外侧壁周向上，三个水平支撑臂162的另一端分别固定于一个垂向支撑桩163上；
所述垂直轴风机1的从动齿轮13，为一体构成的两层齿轮，上层齿轮131直径大于下层齿轮132直径，且上层齿轮131为直齿，上层齿轮131与轮辐式主齿轮12之间为直齿圆柱齿轮传动，下层齿轮132为曲线齿，下层齿轮132与可离合的压缩气体生产装置2的从动曲线齿轮之间为双曲面齿轮传动；
所述垂直轴风机1的每组叶片水平限位固定装置14包括五个同心环141和五个同心环水平连接加强筋142，该五个同心环141由内向外依次为第一同心环、第二同心环、第三同心环、第四同心环和第五同心环，五个同心环水平连接加强筋142一端均匀分布固定于第一同心环外侧壁周向上，五个同心环水平连接加强筋142另一端分别穿过第二同心环、第三同心环和第四同心环固定于第五同心环的内侧壁上，相邻的两同心环之间的间距相等；第五同心环外侧壁周向均匀开设有水平向透风斜孔1411；
所述垂直轴风机1的弧面叶片组15包括五组弧面叶片，每组弧面叶片由内向外依次由第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片共四个长条形弧面叶片151构成，该长条形弧面叶片151均平行于主轴11设置，每个长条形弧面叶片151的横截面为弧形，每组长条形弧面叶片远离主轴11的弧面长边均固定于每组对应的一个同心环水平连接加强筋142与除第一同心环以外其余同心环141的交点处，第一叶片弧面长边的另一端均固定于每组叶片水平限位固定装置14的第一同心环141对应的外侧壁处，第二叶片、第三叶片和第四叶片弧面长边的另一端分别固定于每组叶片水平限位固定装置14的第二同心环、第三同心环和第四同心环上，且每组的第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片的靠近轴心的弧面长边的延长面均交汇于主轴11的轴心处。
所述垂直轴风机1每组叶片水平限位固定装置14的第五同心环141的水平向透风斜孔1411倾斜方向与长条形弧面叶片151的弦长一致，所述垂直轴风机1每组叶片水平限位固定装置14的第五同心环141的水平向透风斜孔1411与从该水平向透风斜孔1411到第一同心环141圆心的半径线的夹角为45°。
可离合的压缩气体生产装置2包括从动曲线齿轮21、无级变速器22、曲轮23、曲轴24和气缸25；每个从动齿轮13的下层齿轮132与可离合的压缩气体生产装置2的从动曲线齿轮21之间为双曲面齿轮传动，从动曲线齿轮21与无级变速器22输入端通过联轴器相连，带动无级变速器22输入轴转动，无级变速器22与曲轮23刚性连接，曲轴24与无级变速器22输出端同步转动，带动曲轴24沿气缸25的轴向往复运动，气缸25的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体分别存入三个待用储气罐3内；所述气缸25上端设有通气孔251，所述气缸25下端分别设有单向进气阀252和单向排气阀253。
所述压缩气体生产装置2和储气罐3外通过导线连接有电加热线圈6。
所述汽轮发电机5的出气口52连接有余气再利用装置7，该余气再利用装置7包括气管71和支撑柱72，支撑柱72固定于风机支撑底座16附近的地面上，气管71架设于支撑柱72上端，气管71的一端与汽轮发电机5的出气口52连接，气管71的另一端垂直向上，垂直向上的气管71末端封闭，且垂直向上的气管71侧壁对应垂直轴风机1的叶片151方向位置，垂向开设有十个排气孔711。
实施例2
一种大型垂直轴风力发电装置，其与实施例1不同之处在于，根据风速的强度增加，所述垂直轴风机1的每个从动齿轮13的下层齿轮132周向依次啮合有八台压缩气体生产装置2，当环境风力逐步加大到25m/s以上的巨风风速时，现有技术的风力发电机全部无法工作，如强行工作会造成叶片带动主轴超速旋转，会损坏风力发电机，所以，现有技术在这种风速环境下回强行对主轴进行制动，停止风力发电机运转，本发明根据风速强度，在每个从动齿轮周向逐步啮合多台压缩气体生产装置，以保证主轴旋转速度在风力发电设备允许的安全范围值内，保证本发明可以在任何强风环境下持续运行，从而持续收集风能，进行风能向压缩能的转化，发电过程可视需要持续发电，也可按需发电，但风能资源会一直处于收集状态。
所述电加热线圈6和气体增压器4分别通过导线与太阳能发电设备电连接。
工作原理
参见图1-图5所示，
1、压缩气体的产生、存储和发电
当风吹向垂直轴风机1的弧面叶片组15时，一部分风从每组叶片水平限位固定装置14的第五同心环的水平向透风斜孔1411吹入，由于该水平向透风斜孔1411带有一定角度，风对该叶片水平限位固定装置14产生力，使其辅助垂直轴风机1旋转，大部分风吹向长条形弧面叶片151，由于弧面叶片组15的叶片件构成风斗结构，弧面叶片组15增加了兜风面积，弧面叶片组15和叶片水平限位固定装置14共同作用，带动主轴11转动，同时，主轴11下部的三个轮辐式主齿轮12同步转动，带动每个轮辐式主齿轮12上啮合的六个从动齿轮13转动，由于从动齿轮13直径小于轮辐式主齿轮12直径，从动齿轮13转速高于轮辐式主齿轮12的转速，而压缩气体生产装置2是周向分布在每个从动齿轮13的下层齿轮132周向附近，当风速达到10m/s以下，主轴11的转速低，可向每个从动齿轮13的下层齿轮132啮合1台压缩气体生产装置2，三个轮辐式主齿轮12工作，可带动18台压缩气体生产装置2同时产生压缩气体，提高压缩气体生产效率，压缩气体生产装置2产生的压缩气体通过管道流向每一个储气罐3，通过电脑手动或自动控制打开主管道上的第一单向截止阀门31，再依次打开支管上的第二、第三、第四单向截止阀门31，以便逐一将每个储气罐3灌满压缩气体，由于是单向截止阀门，储气罐内的压缩气体不会逆向回流到压缩气体生产装置，利用风能转换成压缩气能储存在所有储气罐3内；
当需要发电时，通过电脑控制打开气体增压器4前主管道上的第五单向截止阀门31，再依次打开储气罐后的每个支管上的第六、第七、第八单向截止阀门31，以便由储气罐3向连接于气体增压器4后部的汽轮发电机5输送压缩气体，当压缩气体在达到规定的压力值时，直接穿过气体增压器4达到汽轮发电机5做功发电，如果气体压力值不够，气体增压器4会使通过的压缩气体达到汽轮发电机5需要的压力值，再输送到汽轮发电机5做功发电；
汽轮发电机5发电后，会有余气由其出气口52排出，余气再利用装置7的气管71一端连接于出气口52上，余气再利用装置7的气管71另一端垂直设立于垂直轴风机1的叶片151位置附近，气管71上的排气孔711将高速的余气喷射向垂直轴风机1的叶片151，充分利用气能资源。
2、低温环境时压缩气体的产生、存储和发电
当风吹向垂直轴风机1的弧面叶片组15时，一部分风从每组叶片水平限位固定装置14的第五同心环的水平向透风斜孔1411吹入，由于该水平向透风斜孔1411带有一定角度，风对该叶片水平限位固定装置14产生力，使其辅助垂直轴风机1旋转，大部分风吹向长条形弧面叶片151，由于弧面叶片组15的叶片件构成风斗结构，弧面叶片组15增加了兜风面积，弧面叶片组15和叶片水平限位固定装置14共同作用，带动主轴11转动，同时，主轴11下部的三个轮辐式主齿轮12同步转动，带动每个轮辐式主齿轮12上啮合的六个从动齿轮13转动，由于从动齿轮13直径小于轮辐式主齿轮12直径，从动齿轮13转速高于轮辐式主齿轮12的转速，而压缩气体生产装置2是周向分布在每个从动齿轮13的下层齿轮132周向附近，当风速达到20m/s左右，主轴11的转速提高，可向每个从动齿轮13的下层齿轮132逐一啮合3台压缩气体生产装置2，三个轮辐式主齿轮12工作，可带动54台压缩气体生产装置2同时产生压缩气体，提高压缩气体生产效率，压缩气体生产装置2产生的压缩气体通过管道流向每一个储气罐3，通过电脑手动或自动控制打开主管道上的第一单向截止阀门31，再依次打开支管上的第二、第三、第四单向截止阀门31，以便逐一将每个储气罐3灌满压缩气体，由于是单向截止阀门，储气罐内的压缩气体不会逆向回流到压缩气体生产装置，利用风能转换成压缩气能储存在所有储气罐3内；
当环境温度很低，甚至达到零度以下时，压缩气体生产装置2产生的压缩气体会收缩，压力值下降，设置于气体输送管道内的探测器将探测数值输入电脑，电脑会发出指令，向压缩气体生产装置2和储气罐3外的电加热线圈6通电，使压缩气体生产装置2和储气罐3内的压缩气体升温膨胀，使低温环境下产生的压缩气体达到汽轮发电机5做功需要的压力值，加上气体增压器4的增压作用，保证汽轮发电机5发电的电压稳定；
汽轮发电机5发电后，会有余气由其出气口52排出，余气再利用装置7的气管71一端连接于出气口52上，余气再利用装置7的气管71另一端垂直设立于垂直轴风机1的叶片151位置附近，气管71上的排气孔711将高速的余气喷射向垂直轴风机1的叶片151，充分利用气能资源。
3、巨风环境时压缩气体的产生、存储和发电
当风吹向垂直轴风机1的弧面叶片组15时，一部分风从每组叶片水平限位固定装置14的第五同心环的水平向透风斜孔1411吹入，由于该水平向透风斜孔1411带有一定角度，风对该叶片水平限位固定装置14产生力，使其辅助垂直轴风机1旋转，大部分风吹向长条形弧面叶片151，由于弧面叶片组15的叶片件构成风斗结构，弧面叶片组15增加了兜风面积，弧面叶片组15和叶片水平限位固定装置14共同作用，带动主轴11转动，同时，主轴11下部的三个轮辐式主齿轮12同步转动，带动每个轮辐式主齿轮12上啮合的六个从动齿轮13转动，由于从动齿轮13直径小于轮辐式主齿轮12直径，从动齿轮13转速高于轮辐式主齿轮12的转速，而压缩气体生产装置2是周向分布在每个从动齿轮13的下层齿轮132周向附近，当风速达到25m/s以上形成巨风时，主轴11的转速达到安全生产的临界值，可向每个从动齿轮13的下层齿轮132逐一啮合6-10台压缩气体生产装置2，使主轴11的转速控制在安全生产的临界值以下，保证垂直轴风机1可持续安全运转，不用考虑风速过大会造成设备损坏，三个轮辐式主齿轮12工作，可带动108-180台压缩气体生产装置2同时产生压缩气体，大大提高压缩气体生产效率，压缩气体生产装置2产生的压缩气体通过管道流向每一个储气罐3，通过电脑手动或自动控制打开主管道上的第一单向截止阀门31，再依次打开支管上的第二、第三、第四单向截止阀门31，以便逐一将每个储气罐3灌满压缩气体，由于是单向截止阀门，储气罐内的压缩气体不会逆向回流到压缩气体生产装置，利用风能转换成压缩气能储存在所有储气罐3内；
汽轮发电机5发电后，会有余气由其出气口52排出，余气再利用装置7的气管71一端连接于出气口52上，余气再利用装置7的气管71另一端垂直设立于垂直轴风机1的叶片151位置附近，气管71上的排气孔711将高速的余气喷射向垂直轴风机1的叶片151，充分利用气能资源。
如上所述，本发明一种大型垂直轴风力发电装置，所述的实施例及图，只是本发明较好的实施效果，并不是只局限于本发明，凡是与本发明的结构、特征等近似、雷同者，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种大型垂直轴风力发电装置，它包括垂直轴风机(1)、若干台压缩气体生产装置(2)、储气罐(3)、气体增压器(4)以及汽轮发电机(5)；其特征在于：
所述垂直轴风机(1)包括主轴(11)、至少一个轮辐式主齿轮(12)、至少三个从动齿轮(13)、至少三组叶片水平限位固定装置(14)、弧面叶片组(15)、风机支撑底座(16)；主轴(11)下部套接有至少一个轮辐式主齿轮(12)，最上面轮辐式主齿轮(12)下面的主轴(11)周向通过轴承(111)连接有风机支撑底座(16)，每个轮辐式主齿轮(12)周向均匀啮合有至少三个从动齿轮(13)，该从动齿轮(13)下端固定于风机支撑底座(16)上，从主轴(11)上端至最上端的轮辐式主齿轮(12)之间的主轴(11)上，均匀套接固定有至少三组叶片水平限位固定装置(14)，弧面叶片组(15)垂向均匀穿设固定于每组叶片水平限位固定装置(14)中；
至少一台压缩气体生产装置(2)可离合的啮合于垂直轴风机(1)的每个从动齿轮(13)上，压缩气体生产装置(2)下端对应从动齿轮(13)固定于风机支撑底座(16)上；
储气罐(3)通过管路以及管路上的单向截止阀门(31)分别与每台压缩气体生产装置(2)连通；
汽轮发电机(5)的进气口(51)通过管路以及管路上的单向截止阀门(31)分别与储气罐(3)连通，靠近汽轮发电机(5)的管路上连接有气体增压器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种大型垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述垂直轴风机(1)的风机支撑底座(16)包括环形支撑平面(161)、水平支撑臂(162)和垂向支撑桩(163)，环形支撑平面(161)的数量与轮辐式主齿轮(12)的数量匹配，每个环形支撑平面(161)设置于对应的轮辐式主齿轮(12)下方，环形支撑平面(161)的下表面的周向和外缘的周向固定有垂向支撑桩(163)，水平支撑臂(162)以放射状固定于套接在主轴(11)的轴承(111)外侧壁周向上，水平支撑臂(162)的另一端分别固定于一个垂向支撑桩(163)上；
所述垂直轴风机(1)的从动齿轮(13)，为一体构成的两层齿轮，上层齿轮(131)直径大于下层齿轮(132)直径，且上层齿轮(131)为直齿，上层齿轮(131)与轮辐式主齿轮(12)之间为直齿圆柱齿轮传动，下层齿轮(132)为曲线齿，下层齿轮(132)与可离合的压缩气体生产装置(2)的从动曲线齿轮之间为双曲面齿轮传动；
所述垂直轴风机(1)的每组叶片水平限位固定装置(14)包括五个同心环(141)和三至五个同心环水平连接加强筋(142)，该五个同心环(141)由内向外依次为第一同心环、第二同心环、第三同心环、第四同心环和第五同心环，三至五个同心环水平连接加强筋(142)一端均匀分布固定于第一同心环外侧壁周向上，三至五个同心环水平连接加强筋(142)另一端分别穿过第二同心环、第三同心环和第四同心环固定于第五同心环的内侧壁上，相邻的两同心环之间的间距相等；第五同心环外侧壁周向均匀开设有水平向透风斜孔(1411)；
所述垂直轴风机(1)的弧面叶片组(15)包括三至五组弧面叶片，每组弧面叶片由内向外依次由第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片共四个长条形弧面叶片(151)构成，该长条形弧面叶片(151)均平行于主轴(11)设置，每个长条形弧面叶片(151)的横截面为弧形，每组长条形弧面叶片远离主轴(11)的弧面长边均固定于每组对应的一个同心环水平连接加强筋(142)与除第一同心环以外其余同心环(141)的交点处，第一叶片弧面长边的另一端均固定于每组叶片水平限位固定装置(14)的第一同心环(141)对应的外侧壁处，第二叶片、第三叶片和第四叶片弧面长边的另一端分别固定于每组叶片水平限位固定装置(14)的第二同心环、第三同心环和第四同心环上，且每组的第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片的靠近轴心的弧面长边的延长面均交汇于主轴(11)的轴心处。
3.根据权利要求2所述的一种大型垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述垂直轴风机(1)每组叶片水平限位固定装置(14)的第五同心环(141)的水平向透风斜孔(1411)倾斜方向与长条形弧面叶片(151)的弦长一致，所述垂直轴风机(1)每组叶片水平限位固定装置(14)的第五同心环(141)的水平向透风斜孔(1411)与从该水平向透风斜孔(1411)到第一同心环(141)圆心的半径线的夹角为30°-60°。
4.根据权利要求2所述的一种大型垂直轴风力发电装置，其特征在于：可离合的压缩气体生产装置(2)包括从动曲线齿轮(21)、无级变速器(22)、曲轮(23)、曲轴(24)和气缸(25)；每个从动齿轮(13)的下层齿轮(132)与可离合的压缩气体生产装置(2)的从动曲线齿轮(21)之间为双曲面齿轮传动，从动曲线齿轮(21)与无级变速器(22)输入端通过联轴器相连，带动无级变速器(22)输入轴转动，无级变速器(22)与曲轮(23)刚性连接，曲轴(24)与无级变速器(22)输出端同步转动，带动曲轴(24)沿气缸(25)的轴向往复运动，气缸(25)的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体分别存入储气罐(3)内；所述气缸(25)上端设有通气孔(251)，所述气缸(25)下端分别设有单向进气阀(252)和单向排气阀(253)。
5.根据权利要求1所述的一种大型垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述压缩气体生产装置(2)和储气罐(3)外通过导线连接有电加热线圈(6)。
6.根据权利要求1所述的一种大型垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述汽轮发电机(5)的出气口(52)连接有余气再利用装置(7)，该余气再利用装置(7)包括气管(71)和支撑柱(72)，支撑柱(72)固定于风机支撑底座(16)附近的地面上，气管(71)架设于支撑柱(72)上端，气管(71)的一端与汽轮发电机(5)的出气口(52)连接，气管(71)的另一端垂直向上，垂直向上的气管(71)末端封闭，且垂直向上的气管(71)侧壁对应垂直轴风机(1)的弧面叶片组(15)方向位置，垂向开设有十个排气孔(711)。
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