本發(fā)明涉及風(fēng)能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種葉帆可開合的立軸風(fēng)力發(fā)電站。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×10^9MW，其中可利用的風(fēng)能為2×10^7MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。據(jù)估計(jì)，僅1％的地面風(fēng)力就能滿足全世界對(duì)能源的需求，但目前對(duì)風(fēng)能的利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。

我國(guó)風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約10億kW，其中，陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量約2.53億kW(陸地上離地10m高度資料計(jì)算)，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約7.5億kW，共計(jì)10億kW。

風(fēng)是沒有公害的能源之一。而且它取之不盡，用之不竭。對(duì)于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區(qū)、山區(qū)和高原地帶，因地制宜地利用風(fēng)力發(fā)電，非常適合，大有可為。海上風(fēng)電是可再生能源發(fā)展的重要領(lǐng)域，是推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要力量，是促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要措施。我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，加快海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)于促進(jìn)沿海地區(qū)治理大氣霧霾、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式具有重要意義。

現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電站有水平軸風(fēng)力發(fā)電站和垂直軸風(fēng)力發(fā)電站，水平軸風(fēng)力發(fā)電站的技術(shù)較為成熟，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但其對(duì)風(fēng)的利用率較低，在實(shí)際環(huán)境中風(fēng)向是經(jīng)常變化的，水平軸風(fēng)輪的迎風(fēng)面不可能始終對(duì)著風(fēng)，這就引起了“對(duì)風(fēng)損失”；且水平軸風(fēng)力發(fā)電站的葉帆在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時(shí)變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉帆所受的就是一個(gè)交變載荷，這對(duì)于葉帆的疲勞強(qiáng)度是非常不利的。另外，水平軸的發(fā)電站都置于幾十米的高空，這給發(fā)電站的安裝和維護(hù)檢修帶來了很多的不便。垂直軸風(fēng)力發(fā)電站不會(huì)發(fā)生“對(duì)風(fēng)損失”的問題，且垂直軸風(fēng)輪的葉帆在旋轉(zhuǎn)的過程中的受力情況要比水平軸的好的多，由于慣性力與重力的方向始終不變，所受的是一恒定載荷，因此疲勞壽命要比水平軸的長(zhǎng)。同時(shí)，垂直軸的發(fā)電站可以放在風(fēng)輪的下部或是地面，便于安裝維護(hù)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電站風(fēng)能利用率高、起動(dòng)風(fēng)速低，運(yùn)行時(shí)無噪音，但其也存在轉(zhuǎn)軸過長(zhǎng)、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高，啟動(dòng)、停機(jī)和變槳困難等問題，目前市場(chǎng)份額很小、應(yīng)用數(shù)量有限，目前對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電站的應(yīng)用不是很廣泛。且目前的垂直軸風(fēng)力發(fā)電站仍然存在在風(fēng)速較小時(shí)不易啟動(dòng)的問題，對(duì)小風(fēng)資源無法利用；因其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度關(guān)系，不管是水平軸風(fēng)力發(fā)電站和垂直軸風(fēng)力發(fā)電站，其葉帆都是與風(fēng)力對(duì)立硬性抗擊，在遇到極其惡劣天氣和強(qiáng)勁風(fēng)速下，葉帆容易被損壞，而風(fēng)力發(fā)電站大多安裝位置較高，維修非常不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種葉帆可開合的立軸風(fēng)力發(fā)電站，該發(fā)電站對(duì)風(fēng)能的利用率高，且在風(fēng)力較大時(shí)可將葉帆閉合，能更好的保護(hù)葉帆不被損壞。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種葉帆可開合的立軸風(fēng)力發(fā)電站，包括固定于基臺(tái)上的豎直中軸，所述豎直中軸由上至下連接有多個(gè)立軸風(fēng)輪，所述立軸風(fēng)輪包括與豎直中軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的環(huán)形動(dòng)力軸，所述環(huán)形動(dòng)力軸上連接有多個(gè)可開合葉帆，所述葉帆與往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置連接，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置與控制器通信，控制器控制往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)葉帆開合。

所述葉帆頂部設(shè)置桿體，所述桿體與往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置固定于環(huán)形動(dòng)力軸上，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)桿體轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而使得葉帆張開或閉合。

所述葉帆一側(cè)連接有支撐臂，支撐臂與環(huán)形動(dòng)力軸連接，葉帆的另一側(cè)懸空。

優(yōu)選的，所述桿體與環(huán)形動(dòng)力軸之間具有設(shè)定間隙，所述桿體與環(huán)形動(dòng)力軸之間連接有傾斜伸縮拉桿。

優(yōu)選的，所述環(huán)形動(dòng)力軸外側(cè)部設(shè)置有豎向卡槽。

優(yōu)選的，所述豎直中軸為中空結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形動(dòng)力軸上配合設(shè)置有水平傳動(dòng)齒輪，所述水平傳動(dòng)齒輪與多個(gè)豎向設(shè)置的第一齒輪嚙合傳動(dòng)，所述第一齒輪的齒輪軸穿入豎直中軸且與第二齒輪連接，第二齒輪與水平設(shè)置的第三齒輪嚙合傳動(dòng)，第三齒輪與連接至發(fā)電機(jī)的垂直軸相連接。發(fā)電站的發(fā)電機(jī)放置于基臺(tái)內(nèi)部。

所述基臺(tái)包括由橫向支架和豎向支架拼接構(gòu)成的外圍框架結(jié)構(gòu)，所述橫向支架和豎向支架之間鋪設(shè)外護(hù)板。

優(yōu)選的，所述基臺(tái)底部固定有多個(gè)樁體。

優(yōu)選的，所述橫向支架和豎向支架為玄武巖纖維筋制成。

優(yōu)選的，所述豎直中軸上設(shè)置有風(fēng)速傳感器，所述風(fēng)速傳感器與控制器通信。

優(yōu)選的，位于上部的所述立軸風(fēng)輪中部設(shè)有連通至下部的立軸風(fēng)輪的中空管路，所述中空管路的上側(cè)部和下側(cè)部均設(shè)有朝向立軸風(fēng)輪的開口。

優(yōu)選的，所述葉帆的橫截面和縱截面均為弧形。

優(yōu)選的，所述中軸為玄武巖纖維制成。

優(yōu)選的，所述葉帆為玄武巖纖維制成。

優(yōu)選的，所述桿體和支撐臂均為玄武巖纖維制成。

優(yōu)選的，所述豎直中軸還通過水平連桿與環(huán)形框架結(jié)構(gòu)連接，所述環(huán)形框架結(jié)構(gòu)上固定有多個(gè)百葉簾式結(jié)構(gòu)，所述百葉簾式結(jié)構(gòu)的葉片呈弧形。

所述百葉簾式結(jié)構(gòu)設(shè)置于立軸風(fēng)輪的葉帆外部，將立軸風(fēng)輪的葉帆包覆于其內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的立軸風(fēng)力發(fā)電站設(shè)置與葉帆連接的往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置，可以在風(fēng)速超出葉帆的承受范圍時(shí)，將葉帆閉合，避開強(qiáng)勁風(fēng)力，能夠更好的保護(hù)葉帆及發(fā)電站設(shè)備；且本發(fā)明的立軸風(fēng)力發(fā)電站設(shè)置多個(gè)立軸風(fēng)輪，可以在風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，先閉合較高位置風(fēng)輪的葉帆，較低位置的風(fēng)輪繼續(xù)工作進(jìn)行發(fā)電，在風(fēng)速達(dá)到更高值時(shí)，閉合下部較低位置風(fēng)輪的葉帆，可以根據(jù)風(fēng)速逐級(jí)閉合風(fēng)輪的葉帆，既能保護(hù)葉帆不被損壞，保障發(fā)電站的正常工作，又可以提高對(duì)風(fēng)能的利用率。

本發(fā)明的基臺(tái)由玄武巖纖維筋制成外部框架，在框架縫隙中鋪設(shè)蓋板，整個(gè)基臺(tái)內(nèi)部中空，基臺(tái)的重量降低，安裝及制造過程都更容易可行；且基臺(tái)由玄武巖纖維筋制作，玄武巖纖維筋強(qiáng)度高、耐高溫、高耐磨抗沖擊，且耐腐蝕、不生銹，能承受更快的風(fēng)速，基臺(tái)的強(qiáng)度提高，耐久性更好。

本發(fā)明發(fā)電站置于基臺(tái)內(nèi)部，立軸風(fēng)輪通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將風(fēng)能傳遞給發(fā)電站，基臺(tái)可以對(duì)發(fā)電站起到保護(hù)作用，且發(fā)電站置于底部，容易進(jìn)行安裝等操作。

本發(fā)明設(shè)置風(fēng)速傳感器，檢測(cè)風(fēng)速，從而在風(fēng)力能夠破壞葉帆前將葉帆閉合，避開強(qiáng)勁風(fēng)力對(duì)其的影響，方便控制，且能及時(shí)做出反應(yīng)，保護(hù)葉帆不被損壞。

本發(fā)明將葉帆設(shè)置成橫截面和縱截面均為弧形，具有更好的兜風(fēng)性，對(duì)風(fēng)的動(dòng)能接收轉(zhuǎn)化率更高，能在風(fēng)中獲得更多的動(dòng)能，并且不產(chǎn)生阻力，對(duì)風(fēng)能的利用率更高。

本發(fā)明將中軸和葉帆都采用玄武巖纖維制作，既能減輕重量，又能增強(qiáng)強(qiáng)度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電站的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明立軸風(fēng)輪與豎直中軸配合示意圖；

圖3為本發(fā)明立軸風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明立軸風(fēng)輪間中空管路的布置示意圖；

圖5為百葉簾式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1基臺(tái)，2豎直中軸，3立軸風(fēng)輪，4環(huán)形動(dòng)力軸，5葉帆，6往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置，7橫向支架，8豎向支架，9外護(hù)板，10樁體，11發(fā)電機(jī)，12風(fēng)速傳感器，13控制器，14中空管路，15開口，16百葉簾式結(jié)構(gòu)，17桿體，18支撐臂，19伸縮拉桿，20豎向卡槽，21水平傳動(dòng)齒輪，22第一齒輪，23第二齒輪，24第三齒輪，25垂直軸，26水平連桿，27環(huán)形框架結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1-2所示，一種葉帆可開合的立軸風(fēng)力發(fā)電站，包括固定于基臺(tái)1上的豎直中軸2，豎直中軸2由上至下連接有多個(gè)立軸風(fēng)輪3，立軸風(fēng)輪3包括與豎直中軸2可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的環(huán)形動(dòng)力軸4，環(huán)形動(dòng)力軸4上連接有多個(gè)可開合葉帆5，葉帆5與往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6連接，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6與控制器13通信，控制器13控制往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)葉帆5開合。本發(fā)明的立軸風(fēng)力發(fā)電站設(shè)置與葉帆連接的往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置，可以在風(fēng)速超出葉帆的承受范圍時(shí)，將葉帆閉合，避開強(qiáng)勁風(fēng)力，能夠更好的保護(hù)葉帆及發(fā)電站設(shè)備；且本發(fā)明的立軸風(fēng)力發(fā)電站設(shè)置多個(gè)立軸風(fēng)輪，可以在風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，先閉合較高位置風(fēng)輪的葉帆，較低位置的風(fēng)輪繼續(xù)工作進(jìn)行發(fā)電，在風(fēng)速達(dá)到更高值時(shí)，閉合下部較低位置風(fēng)輪的葉帆，可以根據(jù)風(fēng)速逐級(jí)閉合風(fēng)輪的葉帆，既能保護(hù)葉帆不被損壞，保障發(fā)電站的正常工作，又可以提高對(duì)風(fēng)能的利用率。

環(huán)形動(dòng)力軸4與中軸2可以通過軸承結(jié)構(gòu)連接。支撐結(jié)構(gòu)4可以為頂部和底部均為圓盤，中部為圓筒的結(jié)構(gòu)。

葉帆5頂部設(shè)置桿體17，桿體17與往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6連接，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6固定于環(huán)形動(dòng)力軸4上，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6帶動(dòng)桿體17轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而使得葉帆5張開或閉合。往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6可以選用電控的液壓缸或者其他可以伸縮往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置。橫軸風(fēng)輪發(fā)電利用率僅為25％，在風(fēng)大、風(fēng)小或風(fēng)向不對(duì)時(shí)都不能使用，而立軸風(fēng)輪的利用率是橫軸風(fēng)輪的3倍之多。

葉帆5一側(cè)連接有支撐臂18，支撐臂18與環(huán)形動(dòng)力軸4連接，葉帆5的另一側(cè)懸空。或者，葉帆5的連接部與環(huán)形動(dòng)力軸4活節(jié)連接。

桿體17與環(huán)形動(dòng)力軸4之間具有設(shè)定間隙，桿體17與環(huán)形動(dòng)力軸4之間連接有傾斜伸縮拉桿19。

環(huán)形動(dòng)力軸4外側(cè)部設(shè)置有豎向卡槽20。桿體17與往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6鉸接，當(dāng)風(fēng)力過大時(shí)，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6的伸縮桿頂出，桿體17向下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)葉帆5向環(huán)形動(dòng)力軸4的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，伸縮拉桿19可在葉帆轉(zhuǎn)動(dòng)過程中起支撐作用，葉帆5全部閉合后可部分卡入豎向卡槽20，對(duì)閉合后的葉帆5起一定限位作用；當(dāng)風(fēng)力減小時(shí)，往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6的伸縮桿縮進(jìn)，桿體17向上旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)葉帆5向上張起，待葉帆5全部張開后繼續(xù)工作。

如圖3所示，豎直中軸2為中空結(jié)構(gòu)，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)11放置于基臺(tái)1內(nèi)部，發(fā)電站11通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與立軸風(fēng)輪3連接。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括以下結(jié)構(gòu)：環(huán)形動(dòng)力軸4上配合設(shè)置有水平傳動(dòng)齒輪21，水平傳動(dòng)齒輪21與多個(gè)豎向設(shè)置的第一齒輪22嚙合傳動(dòng)，水平傳動(dòng)齒輪21一周可以與四個(gè)第一齒輪22配合，第一齒輪22的齒輪軸穿入豎直中軸2且與第二齒輪23連接，第二齒輪23與水平設(shè)置的第三齒輪24嚙合傳動(dòng)，第三齒輪24與連接至發(fā)電機(jī)11的垂直軸25相連接。水平傳動(dòng)齒輪21與環(huán)形動(dòng)力軸4相連接，第二齒輪23和第三齒輪24設(shè)置于豎直中軸2內(nèi)部，立軸風(fēng)輪3的動(dòng)力通過上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給發(fā)電機(jī)11。

桿體17和支撐臂18均為玄武巖纖維制成。

基臺(tái)1包括由橫向支架7和豎向支架8拼接構(gòu)成的外圍框架結(jié)構(gòu)，橫向支架7和豎向支架8之間鋪設(shè)外護(hù)板9。基臺(tái)1底部固定有多個(gè)樁體10。橫向支架7和豎向支架8為玄武巖纖維筋制成。基臺(tái)由玄武巖纖維筋制成外部框架，在框架縫隙中鋪設(shè)蓋板，整個(gè)基臺(tái)內(nèi)部中空，基臺(tái)的重量降低，安裝及制造過程都更容易可行；且基臺(tái)由玄武巖纖維筋制作，玄武巖纖維筋強(qiáng)度高、耐高溫、高耐磨抗沖擊，且耐腐蝕、不生銹，能承受更快的風(fēng)速，基臺(tái)的強(qiáng)度提高，耐久性更好。

如圖1、4所示，中軸2上設(shè)置有風(fēng)速傳感器12，風(fēng)速傳感器12與控制器13通信。本發(fā)明中在葉帆處設(shè)置往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6，在風(fēng)速傳感器12檢測(cè)到風(fēng)速達(dá)到破壞葉帆的級(jí)別時(shí)，風(fēng)速傳感器12給控制器信號(hào)，控制器控制往復(fù)驅(qū)動(dòng)裝置6將葉帆閉合，避免硬性抵抗風(fēng)力，而造成葉帆損壞。

位于上部的立軸風(fēng)輪3中部設(shè)有連通至下部的立軸風(fēng)輪3的中空管路14，中空管路14的上側(cè)部和下側(cè)部均設(shè)有朝向立軸風(fēng)輪的開口15。中空管路14可以設(shè)置在中軸2內(nèi)部或外側(cè)部。可以對(duì)風(fēng)力再利用，在風(fēng)力流過上一級(jí)立軸風(fēng)輪時(shí)，殘留的風(fēng)可由上部開口進(jìn)入中空管路，進(jìn)而由下部開口送入下一級(jí)立軸風(fēng)輪，對(duì)上一級(jí)立軸風(fēng)輪未利用到的風(fēng)再次利用，風(fēng)力利用率高。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置可以用于島礁、沙漠、生態(tài)區(qū)、高速路、高鐵沿線等。

葉帆5的橫截面和縱截面均為弧形。將葉帆設(shè)置成橫截面和縱截面均為弧形，具有更好的兜風(fēng)性，對(duì)風(fēng)的動(dòng)能接收轉(zhuǎn)化率更高，能在風(fēng)中獲得更多的動(dòng)能，并且不產(chǎn)生阻力，對(duì)風(fēng)能的利用率更高。

中軸2和葉帆5均為玄武巖纖維制成。目前的風(fēng)電都是采用金屬桿，重量大，安裝非常昂貴，而采用玄武巖纖維的中軸重量輕，組裝方便、簡(jiǎn)單。

相比于現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)只能在合適的風(fēng)速下進(jìn)行工作，本發(fā)明的發(fā)電機(jī)可在微風(fēng)(2-4級(jí)風(fēng)力)下啟動(dòng)，強(qiáng)風(fēng)(5-10級(jí))下仍可工作，在超強(qiáng)風(fēng)力時(shí)可閉合葉帆，在葉帆閉合后，可在葉帆之間預(yù)留縫隙，葉帆可鼓起，仍可轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。本發(fā)明風(fēng)電機(jī)可以離地面僅5米，利用環(huán)形動(dòng)力軸，使得傳動(dòng)軸變短，重量減輕，動(dòng)力輸送效率提高。

豎直中軸2還通過水平連桿26與環(huán)形框架結(jié)構(gòu)27連接，環(huán)形框架結(jié)構(gòu)27上固定有多個(gè)百葉簾式結(jié)構(gòu)16，百葉簾式結(jié)構(gòu)16的葉帆呈弧形。百葉簾式結(jié)構(gòu)16設(shè)置于立軸風(fēng)輪3的葉帆5外部，將立軸風(fēng)輪3的葉帆5包覆于其內(nèi)。百葉簾式結(jié)構(gòu)16的葉帆可以是縱向上呈弧形或在橫向上呈弧形，采用現(xiàn)有的百葉簾結(jié)構(gòu)，可以采用電動(dòng)方式開合或者手動(dòng)方式開合。在立軸風(fēng)輪3的葉帆5外部設(shè)置百葉簾式結(jié)構(gòu)16，可以通過對(duì)百葉簾式結(jié)構(gòu)的開閉控制進(jìn)入立軸風(fēng)輪的風(fēng)力的大小，對(duì)立軸風(fēng)輪起到更進(jìn)一步的保護(hù)作用。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。