CN203548058U - 无主干转盘式垂直轴风力机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无主干转盘式垂直轴风力机，在转盘上径向、等弧度间隔安装2支或2支以上分支叶片组，直接增加叶片旋转圆直径和叶片垂直长度，提高风力机转矩；将支撑叶片的支架性构造，除叶片之间的交节点以外，都贯穿隐藏于叶片的翼型之中，变支架阻力为叶片动力；摒弃叶片及其支架围绕主干转动的外转子方式，将风叶轮与转盘和主轴装配成一个整体，安装在回转支承转子上，由主轴直接驱动转轴发电机；在转盘与定盘之间设置发电机，为转盘设备提供电源，用回转驱动器调节叶片的回转角度，为在高空运转的回转轴承自动加注润滑油。本实用新型适用于大中型垂直轴风力发电系统。

Description

无主干转盘式垂直轴风力机

技术领域

本实用新型涉及垂直轴风力机，特别涉及无主干转盘式垂直轴风力机。

背景技术

水平轴风力发电系统是当今世界风力发电主流机型，技术成熟，生产批量大。但是，水平轴风力发电系统的缺点日见显著，其启动风速高、工作噪音大、抗风能力差，必须对风，使用偏航回转驱动系统，必须使用变速比高达100以上齿轮变速箱，难以实现风力机对发电机直接驱动。兆瓦级风力发系统的塔筒或塔架高度多在70～80M，叶片圆直径高达135M，叶片长度65M，偏航回转支承所承重的风力发系统设备总重量高达100吨以上，这一系列数据表明：水平轴风力发电系统已经发展到历史的顶部阶段。

从风电发展之初到现在，人们一直寄希望于垂直轴风力发电系统，早就看好其启动风速低、气动噪音小、受风性能好的特点。中国最早利用风能的形式就是垂直轴风车。然而，相比于水平轴风力发电系统，垂直轴风力发电系统并没有得到应有的发展，差距之大令人感叹。垂直轴风力发电系统发展缓慢，固然有投资等方面的原因，但是，主要原因仍然在技术方面，问题的根源正隐藏在人们习以为常的事物中。

对于垂直轴风力发电系统的垂直方向轴的认识，应当清楚区别主轴与主干的概念，并与水平轴风力发电系统的主轴概念定义保持一致。主轴是指自身受叶片运动而转动，并驱动发电机转子转动的动力轴；主干是指自身不转动，仅作为转动的叶片及其支架所围绕、支撑的定位支撑杆。

水平轴风力发电系统没有主干，主轴很短，大型风电系统只有6～8M。尽管垂直轴风力发电系统的主干很高，如著名的达里厄双叶型风力机(法国航空工程师达里厄Darrieus1931年发明了升力型垂直轴风力机。)，有34M高，非常壮观。达里厄风力机主干上，套一个支架管或2个支架环，支架管或支架环围绕主干，随风叶转动。达里厄双叶型风力机的主轴的有效长度应当从转动的支架管或支架环的底部到发电机转子机构(无论是内转子或外转子)的首端，其有效长度实际上与水平轴风力发电系统的主轴长度差不多，也只有6～8M。传统的和现有的垂直轴风力机，包括经典Φ型，和最近发展起来的H型风力机的标志性结构是：都有主干，叶片和支架围绕主干转动。人们对垂直轴风力机的典型结构习以为常，无人质疑这种风力机的主干和支架结构的功能。

经典的和现有的垂直轴风力机的主要缺点在于：

垂直轴风力机的转矩与叶片旋转圆半径和叶片平均垂直长度的乘积成正比。Φ型或H型垂直轴风力机的叶片旋转圆直径和叶片平均垂直长度本来应当与主干的高度和强度不相关。但是，由于叶片及其支架围绕主干转动，依靠主干支撑，因此，主干在结构中处于支配地位。主干的高度和强度必然制约叶片旋转圆直径和叶片垂直长度的增加，叶片旋转圆直径和叶片垂直长度本身丧失了自主改变的独立属性。

在经典的和现有的垂直轴风力机中，要增加转矩，不能直接加大叶片旋转圆直径和叶片平均垂直长度，而必须首先扩大和增强支架，然后才能增加叶片圆直径和叶片垂直长度(圆弧形叶片可用其直径或弦长代表其平均垂直长度)。叶片圆直径完全由支架的径向尺寸决定，叶片平均垂直长度也取决于所在支架的尺寸和强度。通常很难单独对支架进行空气动力学设计，支架所受到的阻力与其重量和尺寸成正比。

经典的和现有的垂直轴风力机中，叶片及其支架围绕主干的转动是外转子转动。与外转子转动相匹配的是外转子发电机，而要驱动转轴发电机，就必须增加传动转换机构。最近发展起来的H型垂直轴风力机大都使用小功率外转子永磁发电机，这种小功率发电系统虽可用于点亮路灯，但不能用于商业发电。外转子的风力机结构不利于驱动大功率的转轴发电机。

经典的和现有的垂直轴风力机中，叶片及其支架围绕主干转动，这种结构不利于在支架和叶片上引入电源，无法在转动的支架或叶片上使用电机调节叶片的回转角度(现有垂直轴风力机的叶片攻角调节装置都为机械方式)；无法接入润滑油管，无法用电动油泵为叶片或支架上的回转轴承自动加注润滑油。

发明内容

本实用新型主要目的：

取消经典和现有垂直轴风力机中叶片和支架围绕主干转动的标志性结构，创造无主干转盘式垂直轴风力机，在转盘上直接安装2支或2支以上的分支叶片组，直接增加叶片旋转圆直径和叶片垂直长度，提高风力机转矩；将支撑叶片的支架性构造，除叶片之间的交节点以外，都贯穿隐藏于叶片的翼型之中，变支架阻力为叶片动力；摒弃叶片和支架围绕主干转动的外转子方式，将风叶轮与转盘和主轴装配成一个整体，安装在回转支承转子上，由主轴直接驱动转轴发电机；在转盘与定盘之间设置发电机，为转盘设备提供电源，用回转驱动器调节叶片回转角度，为在高空运转的回转轴承自动加注润滑油。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

无主干转盘式垂直轴风力机，包括分支叶片组、转盘及盘上设备和盘下零部件、定盘及盘上零部件、主轴、回转支承、转盘顶盖和风速风向仪、轴心连接器、径向和双边拉紧钢丝绳。

2支或2支以上分支叶片组的水平叶片根部，径向、等弧度间隔安装在转盘上；分支叶片组包括6个叶片：水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片构成直角三角形，r形叶片、下垂直叶片在上垂直叶片两端节点垂直串接，由回转驱动器调节回转角度，圆弧形叶片固定于上垂直叶片两端节点；分支叶片组的上斜叶片顶部节点内侧设有3个环扣，安装径向和双边拉紧钢丝绳；转盘下与定盘上设有对应的零部件，包括为转盘设备供电的发电机转子与定子；转盘和主轴同轴心安装在回转支承转子上，回转支承定子安装在定盘上，主轴通过定盘中心圆洞，转盘顶盖和风速风向仪安装在转盘上。

本实用新型技术方案进一步概述如下：

分支叶片组包括6个叶片：水平叶片、上斜叶片、上垂直叶片、r形叶片、下垂直叶片、圆弧形叶片；水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片构成直角三角形；水平叶片内包含足够宽度和强度的矩形钢结构，水平叶片外端节点通过回转驱动器和连接器，连接上、下垂直叶片；水平叶片根部出转盘处安装上斜叶片，上斜叶片顶部节点外侧安装有回转轴承和连接器，连接上垂直叶片与r形叶片；r形叶片由一段垂直上升段分离为2个径向相反的弧线段，弧线段是圆弧或抛物线的一部分，r形叶片的外向弧段比内向弧段的径向尺寸小10％～50％；r形叶片、下垂直叶片在上垂直叶片两端节点垂直串接，由安装在水平叶片外端节点矩形钢结构内的回转驱动器，同轴调节这3个叶片的回转角度，调节范围限定为叶片旋转圆切线方向正负90°；圆弧形叶片的弧度等于或小于180°，其上端固定于上斜叶片顶部节点外侧，下端固定于水平叶片外端。

分支叶片组的上斜叶片顶部节点内侧设有3个环扣，中间为径向钢丝绳安装环扣，两边为双边钢丝绳安装环扣；当风力机只安装2支叶片组时，用钢丝绳和螺旋扣拉紧2支叶片组上斜叶片顶部节点径向环扣；当安装3支或3支以上分支叶片组时，以轴心连接器为中心，用钢丝绳和螺旋扣径向拉紧轴心连接器与各分支叶片组上斜叶片顶部节点径向环扣，同时，用钢丝绳和螺旋扣拉紧相邻叶片组上斜叶片顶部节点双边环扣。

转盘与定盘之间设有发电机，其输出绕组安装在转盘下，励磁绕组或永磁铁心安装在定盘上；转盘与定盘对应圆周上，设有多对光电信息交换板，板上设有发光元件与光敏元件阵列；转盘下设有制动盘，定盘上设有盘式制动器；转盘向下设置两圈围边，内围边下沿外圈设有密封圈，定盘近外沿向上设置一圈围边，夹于转盘下两圈围边之间，其上沿外圈设有密封圈。

转盘设备包括：发电机输出变流器和转盘电源、转盘设备控制器、润滑油箱、油泵、水平叶片钢结构内的回转驱动器及其电机和角度位移编码器、上斜叶片顶部节点外侧的回转轴承、转盘光电信息交换板、转盘顶盖上风速风向仪。安装在转盘上面的设备依据径向和圆周方向两个参照系均衡配重，设备高度受转盘顶盖限制；转定盘之间的发电机输出绕组，通过电缆引到转盘上面，经变流器和转盘电源处理后向各个转盘设备供电，所有转盘设备由转盘设备控制器控制；润滑油管、回转驱动器电机和编码器的电缆线管贯穿隐藏在水平叶片内的钢结构之中，上斜叶片顶部节点外侧的回转轴承润滑油管也贯穿隐藏在上斜叶片内的支架管中。

转盘顶盖为扁圆弧形状，顶盖上面中心安装风速风向仪，其电源和传感信号电缆以及轴承润滑油管都通过其内管连接到转盘电源和转盘设备控制器以及转盘上输油管。

转盘上面安装各分支叶片组以及转盘设备；转盘和主轴同轴心安装在回转支承转子上，回转支承定子安装在定盘上，主轴通过定盘中心圆洞；转盘顶盖和风速风向仪安装在转盘上。

本实用新型的显著优点和有益效果：

本实用新型取消了经典和现有垂直轴风力机的叶片及其支架围绕主干转动的标志性结构，创造了无主干转盘式垂直轴风力机。2支或2支以上分支叶片组的水平叶片根部，径向、等弧度间隔安装在转盘上；分支叶片组包括6个叶片：水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片构成直角三角形，r形叶片、下垂直叶片在上垂直叶片两端节点垂直串接，由回转驱动器调节回转角度，圆弧形叶片固定于上垂直叶片两端节点。分支叶片组6个叶片的组合结构，能够直接、有效扩大风叶轮半径，增加叶片垂直长度，加大垂直风力机转矩，提高风能利用率。

分支叶片组的水平叶片内包含足够宽度和强度的矩形钢结构，这种钢结构依托转盘，横担支承整个分支叶片组；水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片形成直角三角形，构成分支叶片组的基本稳定架构。除了直角三角形的3个顶点，也即分支叶片组的3个节点外，所有起支架结构作用的矩形钢管、圆钢管、扁钢管或其它形式的钢结构，都贯穿隐藏在各个叶片的翼型之中，变支架阻力为叶片动力。在水平叶片内的矩形钢管中贯穿隐藏了电缆线和润滑油管道，在上斜叶片内的钢管中也贯穿隐藏了润滑油管道。

各个分支叶片组与转盘通过螺栓紧密固定，各分支叶片组之间，通过轴心连接器、钢丝绳和螺旋扣径向且双边平衡拉紧，使各个分支叶片组组成的风叶轮与转盘和主轴形成立体的平衡稳定结构。

分支叶片组的上、下垂直叶片和r形叶片由2个连接器与回转轴承和回转驱动器串接在一根垂直轴上。位于水平叶片外端矩形钢结构内的回转驱动器由液压马达单侧或双侧驱动，带有角度位移编码器。依据编码器的角度信号，转盘设备控制器控制回转驱动器的液压马达转动，调节上、下垂直叶片和r形叶片的回转角度。尽管叶片角度调节范围可以做到360°，但为安全考虑，控制程序和机械限位都将其调节范围限定为叶片旋转圆切线方向正负90°。由于水平叶片、上斜叶片、圆弧形叶片对于转盘是固定的，所以，上、下垂直叶片和r形叶片的回转角度调节是在固定叶片基础上的有限调节。上、下垂直叶片和r形叶片的回转角度调节策略包括：在启动或风速小于额定风速时实施叶片的对风调节，使风叶片如同风帆，充分利用风阻力驱动叶片；当风速达到额定风速，启用叶片攻角调节策略，使风叶轮的转矩和转速以及输出功率运行在预定曲线；当风速超过安全范围或需要制动时，实施叶片的顺风调节，使叶片顺风，回避受风驱动。

转盘与定盘之间设置发电机，为转盘设备提供电源，包括：为转盘设备控制器供电；为回转驱动器的液压马达和编码器供电；为转盘顶盖上的风速风向仪和转盘光电信息交换板供电；为电动油泵或其他润滑油加注设备供电。

摒弃经典和现有垂直轴风力机的外转子转动方式，由各分支叶片组组成的风叶轮带动转盘和主轴，由主轴直接驱动转轴发电机。

转盘设备控制器通过转盘顶盖上的风速风向仪接受风速风向信号，控制转盘设备的运行，转盘系统可独立运行。在转盘与定盘对应圆周上，设有多对光电信息交换板，板上设有发布信息的发光元件与接受信息的光敏元件阵列。转盘运转时，转盘的光电信息交换板与定盘的光电信息交换板重复相遇和离开，发布信息的发光元件行与接收信息的光敏元件行面对面相遇，可进行数据交换。转盘小系统与定盘所在的大系统通过光电信息交换板进行通讯和交换数据。

无主干转盘式垂直轴风力机安装于塔筒或塔架的顶部，其重量远比相同功率的整个水平轴风力发电系统的总重量小。垂直轴风力发电系统的发电机组和其他设备可以位于塔筒或塔架内较低的位置，甚至，可以加长主轴，使之位于地面上。这些特征都可以降低垂直轴风力发电系统对塔筒或塔架的高度和强度要求。

附图说明

图1实施例1，有3个分支叶片组的无主干转盘式垂直轴风力机结构全图。

图2实施例1，重要零部件示意图。

图3实施例1，单个分支叶片组结构图。

图4实施例1，水平叶片内部结构示意图。

图5实施例1，水平叶片外侧节点结构示意图。

图6实施例1，上斜叶片结构示意图。

图7实施例1，上斜叶片顶部节点结构示意图。

图8实施例1，转盘本体内部钢结构示意图。

图9实施例1，转盘下与定盘上对应的零部件示意图。

图10实施例1，定盘上与转盘下对应的零部件示意图。

图11实施例1，转盘与定盘光电信息交换板原理示意图。

图12实施例1，转盘设备与安装3个分支叶片组的配重布置示意图。

图13实施例1，转盘顶盖与风速风向仪示意图。

图14实施例1，重点显示定盘、转盘、转盘顶盖内部结构的剖面图。

图15实施例2，安装2支叶片组的风力机(不加转盘顶盖)示意图。

图16实施例2，安装2支叶片组的风力机(加转盘顶盖)示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步说明。

图1实施例1，有3个分支叶片组的无主干转盘式垂直轴风力机结构全图。

图2实施例1，重要零部件示意图。其中包括：主轴500，风速风向仪490，r形叶片与上垂直叶片连接器450，安装连接器450的回转轴承440，上、下垂直叶片连接器430，安装连接器430的双侧回转驱动器420，主轴回转支承410，轴心连接器460，径向连接钢丝绳和螺旋扣470，双边连接钢丝绳和螺旋扣480。本实用新型具体实施方式可按以下步骤进行：

1.设计制造分支叶片组

1)水平叶片的制造

水平叶片310对于转盘是固定的。水平根部两侧设有安装孔和螺栓315，安装固定在转盘上，裸露的根部钢结构径向水平伸出转盘后改变为翼型。水平叶片依托转盘，在外端处通过回转驱动器420和上下垂直叶片连接器430横担支撑整个叶片组的重量，承受叶片组转动时复杂的气流动力。

图4实施例1，水平叶片内部结构示意图。图中，水平叶片310内部设置矩形钢管结构311，矩形钢管本身宽度足够，两个侧边钢材宽度足够，图中还增加了矩形钢管的中间支撑钢材316，切实保证水平叶片在承受叶片组重力以及复杂气流动力时不会产生弯曲变形。水平叶片根部两侧对称设有安装孔和螺栓315，安装在水平叶片外端处钢结构内的回转驱动器420，上、下垂直叶片连接器430。电缆线管313由转盘电源和转盘控制器150出发，从水平叶片根部矩形钢管的一个侧面穿入，通过水平叶片内部矩形钢结构连接到安装在水平叶片外端的回转驱动器420的液压马达和编码器。润滑油管道314由润滑油箱和油泵160出发，从水平叶片根部矩形钢管的一个侧面穿入，再分为2路：一路，通过水平叶片内部钢结构连接到安装在水平叶片外端处的回转驱动器420；另一路，通过上斜叶片与水平叶片的安装孔312与上斜叶片根部安装法兰321以及上斜叶片320内部钢管连接到安装在上斜叶片顶部节点外侧的回转轴承440。

图5实施例1，水平叶片外端节点结构示意图。图中包括：水平叶片310，安装在水平叶片钢结构内的回转驱动器420，上、下垂直叶片连接器430，上垂直叶片330，下垂直叶片350，圆弧形叶片360，水平叶片外端安装圆弧形叶片的基座317，圆弧形叶片360下端连接器362。

2)、上斜叶片的制造

上斜叶片320对于转盘是固定的。上斜叶片与水平叶片出转盘处的外段、上垂直叶片形成一个直角三角形，构成分支叶片组的基本稳定架构。上斜叶片顶部节点平台322上的机构设置具有重要的结构功能。

图6实施例1，上斜叶片结构示意图。图中包括：上斜叶片320，上斜叶片下端与水平叶片的连接安装法兰321，上斜叶片顶部节点平台322。在顶部节点平台径向外侧安装有：回转轴承440，上垂直叶片与r形叶片的连接器450，润滑油注油管326连接到回转轴承440的注油孔，圆弧形叶片上端连接基座327。在节点平台径向内侧设有3个环扣：中间为径向连接环扣323，两边有双边连接环扣324、325。

图7实施例1，上斜叶片顶部节点结构示意图。图中包括：上斜叶片320，上斜叶片顶部节点平台322，上垂直叶片330，r形叶片340。上斜叶片顶部节点平台外侧有：回转轴承440，上垂直叶片与r形叶片连接器450，注油管326，圆弧形叶片上端连接基座327，圆弧形叶片360上端连接器361，圆弧形叶片360。上斜叶片顶部节点平台内侧有：连接于径向环扣323的径向拉紧钢丝绳和螺旋扣470，连接于双边环扣324或325的双边拉紧钢丝绳和螺旋扣480。

3)圆弧形叶片的制造

圆弧形叶片360对于转盘是固定的。圆弧形叶片的弧度等于或小于180°，它对于扩大风叶轮半径，提高叶片组的受风驱动效果具有重要作用。

4)上、下垂直叶片和r形叶片的制造

r形叶片340由一段垂直上升段分离为2个径向相反的弧线段，弧线段可以是圆弧或抛物线的一部分。考虑到叶轮转动时与转速相关的离心力作用，根据风叶轮转动的额定速度，设定r形叶片外向弧段比内向弧段的径向尺寸小10％～50％，使r形叶片转动时，作用在上斜叶片顶部节点的连接器和回转轴承上的径向倾覆力基本平衡。r形叶片位于分支叶片组的上端，更能提高风叶的受风驱动性能。

r形叶片、下垂直叶片在上垂直叶片两端节点垂直串接。

5)6个叶片的外形截面和制造材料

6个叶片的外形截面均为航空翼型，对翼型的具体参数，本实用新型不作限定。

由于有足够强度的矩形钢结构或者钢管或者其它支架性结构贯穿在叶片之中，上述6种叶片的外部翼型材料可以使用耐腐蚀的铝合金板材、工程塑料，碳纤维、玻璃纤维等。

6)分支叶片组的装配

水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片构成一个直角三角形。由三角形的3个顶点，连接构造分支叶片组。

图3实施例1，分支叶片组结构图。分支叶片组编号300，包括6个叶片：水平叶片310，上斜叶片320，上垂直叶片330，r形叶片340，下垂直叶片350，圆弧形叶片360。在水平叶片根部出转盘处的矩形钢结构上面设有安装孔位312，上斜叶片320以其内部支架钢管的连接法兰321，用螺栓连接于该节点；上垂直叶片330的下端，通过安装在水平叶片外端矩形钢结构内的回转驱动器420和连接器430与下垂直叶片350的上端垂直串接；上垂直叶片330的上端通过安装在上斜叶片顶部节点平台外侧的回转轴承440和连接器450与r形叶片340的下端垂直串接。上、下垂直叶片和r形叶片由2个连接器与回转轴承和回转驱动器串接在一根轴上。位于水平叶片外端矩形钢结构内的回转驱动器420由液压马达单侧或双侧驱动，带有角度位移编码器。依据编码器的角度信号，转盘设备控制器控制回转驱动器的液压马达转动，同轴调节上、下垂直叶片和r形叶片的回转角度。尽管叶片回转角度调节范围可以做到360°，但为安全考虑，控制程序和机械限位都将其调节范围限定为叶片旋转圆切线方向正负90°。圆弧形叶片的上端连接器361固定于上斜叶片顶部节点平台外侧基座327，下端固定于水平叶片外端基座317。

2.设计制造转盘本体以及转盘下与定盘上对应的零部件

1)转盘本体设计制造

转盘本体100为圆环盘体形状，圆环盘体的直径和厚度依据所承受的各分支叶片组和转盘设备的总重量以及风叶轮运转时承受的最大风力情况设计。转盘本体内部钢结构与其上所安装的分支叶片组和转盘设备配重布置密切相关。图8所显示的是安装3个分支叶片组的转盘本体内部钢结构。在分支叶片组的水平叶片根部两列安装孔和螺栓的下方，钢材的宽度要远大于安装孔直径。同样，在主轴的安装孔周围，环形钢材的径向宽度也要远大于主轴安装孔直径。转盘环形体上下表面用环扇形状的不锈钢板拼合焊接制成，内、外环圈边用钢板条焊接。

2)转盘下与定盘上对应零部件的设计制造

图9实施例1，转盘下与定盘上对应的零部件示意图。其中包括：主轴500，转盘底面内圈附近向下拉伸一圈圆环形凸台110，由环形凸台面110向上，贯穿转盘厚度，设置一圈主轴安装孔。转盘底面向下设置发电机转子部件120，包括转子铁心和发电机输出绕组。该发电机可以是任意种类的发电机，可以是单相或者多相。实施例1采用单相横向磁通多极对数永磁发电机。转盘底面向下设置转盘光电信息交换板130，实施例1设置6块，每隔60°设1块。转盘底面下方设有制动盘140。转盘底面向下设置两圈围边150，内围边下沿外圈设有密封圈。

3.定盘本体以及定盘上与转盘下对应零部件设计制造

1)定盘圆环本体设计制造

定盘圆环本体的设计制造与转盘类似。

2)定盘上与转盘下对应的零部件设计制造

图10实施例1，定盘上与转盘下对应的零部件示意图。其中包括：定盘上面内圈附近向上拉伸一圈圆环形凸台210，圆环形凸台210上面设有安装回转支承410定子的安装孔，回转支承410的定子安装其上。定盘上面设置发电机定子部件220，包括定子铁心和励磁绕组或者永磁体铁心。实施例1采用单相横向磁通多极对数永磁发电机，定盘上设有永磁体铁心。定盘上面设置定盘光电信息交换板230，实施例1设置6块，每隔60°设1块。定盘上面设有盘式制动器240，实施例1在圆周上对称设置两个。定盘外沿向上设置一圈围边250，装配后夹于转盘两圈围边150之间，其上沿外圈设有密封圈。定盘外沿设有一圈安装孔260。

图11实施例1，转盘与定盘光电信息交换板原理示意图。图中包括：转盘100，定盘200，转盘下信息板130，定盘上信息板230。方形基座的黑圆孔表示光敏元件(如光敏二极管)行131或232；圆形基座的亮圆孔表示发光元件(如LED)行132或231。转盘下与定盘上的光敏元件行与发光元件行对应交错排列，保证当一对光电信息板面对面相遇时，转盘的光敏元件行131总是与定盘的发光元件行231照面，同时，转盘的发光元件行132总是与定盘的光敏元件行232照面。发光元件行显示数据，光敏元件行接受数据。转盘转动时，转盘信息板与定盘信息板重复相遇和离开，实现转盘与定盘的数据交换。

4.转盘设备和分支叶片组的配重布置

转盘设备包括发电机输出变流器和转盘电源、转盘设备控制器、润滑油箱、油泵、安装在水平叶片钢结构内的回转驱动器及其电机、转定盘光电信息交换板、转盘顶盖上风速风向仪。安装在转盘上面的设备依据径向和圆周方向两个参照系均衡配重，设备高度受转盘顶盖限制；转定盘之间发电机输出绕组，通过电缆引到转盘上面，由发电机输出变流器和转盘电源处理后向各个转盘设备供电，所有转盘设备由转盘设备控制器控制；润滑油管、回转驱动器的电机和编码器的电缆线管贯穿隐藏在水平叶片内的钢结构之中，上斜叶片顶部节点平台外侧的回转轴承的润滑油管也贯穿隐藏在上斜叶片内的支架管中。

图12实施例1，转盘上设备与3个分支叶片组的配重布置(未加转盘顶盖)示意图。图中显示：3个分支叶片组300相互错开120°布置安装，发电机输出变流器和转盘电源以及转盘设备控制器等电气设备，分为3个外形相同的模块150，相互错开120°布置安装，储油箱和润滑油加注设备，分为3个外形相同的模块160，相互错开120°布置安装。

5.转盘顶盖和风速风向仪制作

转盘顶盖为扁圆弧形状，顶盖上面中心安装风速风向仪，其电源和传感信号电缆通过其内管连接到转盘电源和转盘设备控制器。风速风向仪回转轴承的注油管也通过其内管连接到转盘上的油泵分支输油管。图13实施例1，转盘顶盖与风速风向仪示意图。图中包括：转盘顶盖600，风速风向仪490。

6.安装2个分支叶片组的风力机

当风力机对称安装2支叶片组时，用钢丝绳和螺旋扣拉紧2支叶片组上斜叶片顶部节点内侧的径向环扣。图15实施例2，安装2支分支叶片组的风力机(不加转盘顶盖)示意图。图16实施例2，安装2支分支叶片组的风力机(加转盘顶盖)示意图。

7.转盘和主轴与回转支承和定盘的工厂装配调试

转盘和主轴与回转支承和定盘的装配、检测、调试必须在工厂实施。检测、调试应当包括轻载试验。为转动转盘，可在转盘上面加装试验用皮带轮盘，由大功率电动机驱动。转盘与定盘之间设有运动锁定/解锁机构，该机构设有机械与电动两种操作方式。在运输、安装时用机械方式锁定转盘。图14实施例1，重点显示定盘、转盘、主轴、转盘顶盖内部结构的剖面图。转盘和主轴与回转支承和定盘的装配体应当作为一个大件实施运输和现场安装。

8.现场安装步骤

在垂直轴风力发电系统安装现场应当先行建立塔筒或塔架，在塔筒或塔架顶部先行建立垂直轴风力机安装平台。在垂直轴风力机安装平台之下，先行建立发电机安装工作舱室。本垂直轴风力机是安装在发电机工作舱室顶面的水平安装平台上，该平台中心应当设有圆洞，以便风力机主轴垂直伸入发电机工作舱室，与发电机转轴连接。

1)用吊装设备将转盘和主轴与回转支承和定盘的装配体吊装到安装平台上，将定盘水平安装固定于安装平台，风力机主轴通过顶面水平安装平台的中心圆洞，垂直伸入发电机工作舱室。

2)分别吊装各个已经装配好的分支叶片组，将分支叶片组水平叶片的根部安装固定到转盘上。

3)以实施例1为例，以轴心连接器为中心，将径向拉紧钢丝绳和螺旋扣470分别连接轴心连接器与各分支叶片组上斜叶片顶部节点的径向环扣。在轴心连接器下垂钢丝线吊锤(或使用激光垂直测量仪)，观察吊锤的锥尖与转盘上主轴顶面中心设置的轴心标记偏差，调节各径向钢丝绳的螺旋扣，使各条径向钢丝绳拉力均衡，垂直轴心偏差符合要求。

4)用双边钢丝绳和螺旋扣480分别连接各相邻分支叶片组上斜叶片顶部节点的双边环扣，调节螺旋扣，使各双边钢丝绳拉力均衡，符合标准。

5)安装转盘上设备，连接各分支叶片组的回转驱动器电机和编码器的电源线和控制线，连接润滑油加注设备与各分支叶片组的输油管道。启用试验电源，调试转盘设备，测试项目包括：通过转盘设备控制器，测试回转驱动器的编码器信号，控制回转驱动器的液压马达，转动各分支叶片组的上、下垂直叶片和r形叶片的回转角度；为各个分支叶片组的2个节点上的回转驱动器和回转轴承加注润滑油等。

6)安装转盘顶盖和风速风向仪，接通风速风向仪与转盘电源和转盘控制器的电源和信号线，连接风速风向仪轴承的注油管。重复上述步骤5)的测试项目并增加对风速风向仪的测试项目：测试风速、风向，为风速风向仪轴承加注润滑油。测试通过后撤除试验电源。

7)将转盘锁定/解锁方式切换到电动方式。人员和安装设备撤离转盘和危险区域，在安全区域设有电缆连接到定盘控制系统。以电动方式解开转盘锁定，观察各分支叶片组与转盘的转动情况，首先测试风力机制动设备动作，确认制动设备可靠。

8)按预定程序开始总体调试。

以上虽然结合实施例1和实施例2与附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims (6)

1.无主干转盘式垂直轴风力机，包括分支叶片组、转盘及盘上设备和盘下零部件、定盘及盘上零部件、主轴、回转支承、转盘顶盖和风速风向仪、轴心连接器、径向和双边拉紧钢丝绳，其特征在于， 

2支或2支以上分支叶片组的水平叶片根部，径向、等弧度间隔安装在转盘上；分支叶片组包括6个叶片：水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片构成直角三角形，r形叶片、下垂直叶片在上垂直叶片两端节点垂直串接，由回转驱动器调节回转角度，圆弧形叶片固定于上垂直叶片两端节点；分支叶片组的上斜叶片顶部节点内侧设有3个环扣，安装径向和双边拉紧钢丝绳；转盘下与定盘上设有对应的零部件，包括为转盘设备供电的发电机转子与定子；转盘和主轴同轴心安装在回转支承转子上，回转支承定子安装在定盘上，主轴通过定盘中心圆洞，转盘顶盖和风速风向仪安装在转盘上。 

2.根据权利要求1所述无主干转盘式垂直轴风力机，其特征在于， 

分支叶片组包括6个叶片：水平叶片、上斜叶片、上垂直叶片、r形叶片、下垂直叶片、圆弧形叶片；水平叶片出转盘处的外段、上斜叶片、上垂直叶片构成直角三角形；水平叶片内包含足够宽度和强度的矩形钢结构，水平叶片外端节点通过回转驱动器和连接器，连接上、下垂直叶片；水平叶片根部出转盘处安装上斜叶片，上斜叶片顶部节点外侧安装有回转轴承和连接器，连接上垂直叶片与r形叶片；r形叶片由一段垂直上升段分离为2个径向相反的弧线段，弧线段是圆弧或抛物线的一部分，r形叶片的外向弧段比内向弧段的径向尺寸小10％～50％；r形叶片、下垂直叶片在上垂直叶片两端节点垂直串接，由安装在水平叶片外端节点矩形钢结构内的回转驱动器，同轴调节这3个叶片的回转角度，调节范围限定为叶片旋转圆切线方向正负90°；圆弧形叶片的弧度等于或小于180°，其上端固定于上斜叶片顶部节点外侧，下端固定于水平叶片外端。 

3.根据权利要求1所述无主干转盘式垂直轴风力机，其特征在于， 

分支叶片组的上斜叶片顶部节点内侧设有3个环扣，中间为径向钢丝绳安装环扣，两边为双边钢丝绳安装环扣；当风力机只安装2支叶片组时，用钢丝绳和螺旋扣拉紧2支叶片组上斜叶片顶部节点径向环扣；当安装3支或3支以上分支叶片组时，以轴心连接器为中心，用钢丝绳和螺旋扣径向拉紧轴心连接器与各分支叶片组上斜叶片顶部节点径向环扣，同时，用钢丝绳和螺旋扣拉紧相邻叶片组上斜叶片顶部节点双边环扣。 

4.根据权利要求1所述无主干转盘式垂直轴风力机，其特征在于， 

转盘与定盘之间设有发电机，其输出绕组安装在转盘下，励磁绕组或永磁铁心安装在定盘上；转盘与定盘对应圆周上，设有多对光电信息交换板，板上设有发光元件与光敏元件阵列；转盘下设有制动盘，定盘上设有盘式制动器；转盘向下设置两圈围边，内围边下沿外圈设有密封圈，定盘 近外沿向上设置一圈围边，夹于转盘下两圈围边之间，其上沿外圈设有密封圈。 

5.根据权利要求1所述无主干转盘式垂直轴风力机，其特征在于， 

转盘设备包括发电机输出变流器和转盘电源、转盘设备控制器、润滑油箱、油泵、水平叶片钢结构内的回转驱动器及其电机和角度位移编码器、上斜叶片顶部节点外侧的回转轴承、转盘光电信息交换板、转盘顶盖上风速风向仪； 

安装在转盘上面的设备依据径向和圆周方向两个参照系均衡配重，设备高度受转盘顶盖限制；转定盘之间的发电机输出绕组，通过电缆引到转盘上面，经变流器和转盘电源处理后向各个转盘设备供电，所有转盘设备由转盘设备控制器控制；润滑油管、回转驱动器电机和编码器的电缆线管贯穿隐藏在水平叶片内的钢结构之中，上斜叶片顶部节点外侧的回转轴承润滑油管也贯穿隐藏在上斜叶片内的支架管中。 

6.根据权利要求1所述无主干转盘式垂直轴风力机，其特征在于， 

转盘顶盖为扁圆弧形状，顶盖上面中心安装风速风向仪，其电源和传感信号电缆以及轴承润滑油管都通过其内管连接到转盘电源和转盘设备控制器以及转盘上输油管。 

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