【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及風力發電機領域，具體涉及一種垂直軸風力發電機轉動軸及其使用方法。
技術介紹
1、風能是一種清潔、可再生的能源形式，可利用風力驅動發電機來產生電力。目前，風力發電所產生的能源只占據很小的一部分，因為普通的風力發電機不僅重量大，安裝困難，而且價格昂貴，噪音比較大，導致難以實現廣泛應用。但隨著對能源的需求越來越多，對風能的利用仍不可忽視。
2、根據風力發電機的設計不同，風力發電可以分為兩大類：水平軸風力發電(horizontal?axis?wind?turbines,hawts)和垂直軸風力發電(vertical?axis?windturbines,vawts)。水平軸風力發電機需要建立高達幾十米的底座來捕獲較高空間的風能，然后在底座頂部安裝機箱及水平主軸，通過水平主軸來支撐多個豎向旋轉的風葉，其占地面積達、體積大、重量大、捕風方向難以調整，具有較大的應用局限性。垂直軸風力發電機采用多個圍繞垂直軸轉動的葉片，橫向空間占用更小，葉片尺寸相對更小，而且可以在任何風向上都能捕獲風能，無需重新定位，進而塔架高度通常可以較低設置，使得風葉可以捕捉地面附近的風能。但也因此難以對高空的風能進行捕捉利用，若能同時具有水平軸風力發電對高空風能的捕捉利用效率，和垂直軸風力發電的全向性，則對風能的捕捉利用效果可大幅提升。
3、若要通過垂直軸風力發電的方式對較高空間的風能進行捕捉利用，垂直軸風力發電機組傳動系統中的轉動軸是極為重要的零部件，其主要作用是支撐風輪葉片的中心軸，并將葉片的轉動和能量傳遞給變速系統及發電機系統。
技術實現思路
1、本專利技術意在提供一種垂直軸風力發電機轉動軸，以解決上述大型垂直軸風力發電機組的轉動軸采用鋼材制造存在的重量大、不穩定問題。
2、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種垂直軸風力發電機轉動軸，包括若干個軸單元，若干個軸單元依次軸向連接為一體形成轉動軸，軸單元包括軸管，軸管兩端均通過接頭連接有法蘭盤，軸單元分為長軸和短軸，長軸的軸管長度為短軸長度的10倍以上，長軸和短軸交替連接形成轉動軸，長軸的軸管為碳纖維材質，接頭、法蘭盤及短軸的軸管均為金屬材質。
3、優選的，作為一種改進，長軸的接頭與軸管一一配對制造，長軸的接頭具有過盈配合在軸管內的連接段，長軸的接頭上設有對軸管端部進行定位的臺階。
4、優選的，作為一種改進，長軸接頭的連接段與軸管內壁之間涂覆有粘接劑，粘接劑為環氧樹脂膠、聚氨酯膠、丙烯酸酯膠、氰基丙烯酸酯膠、硅酮膠中的一種。
5、優選的，作為一種改進，長軸的接頭連接段上沿軸向設有不少于兩組的緊固螺孔，相鄰組的緊固螺孔沿圓周錯位布置，長軸的軸管端部設有與緊固螺孔配對的通孔，在通孔中穿設有連接到緊固螺孔的緊固件。
6、優選的，作為一種改進，長軸接頭連接段外側的軸管壁厚大于軸管中段的壁厚。
7、優選的，作為一種改進，短軸的接頭上設有軸肩，軸肩與短軸的軸管過盈配合，軸肩與軸管端部之間通過沿圓周的焊縫焊接固定。
8、優選的，作為一種改進，接頭為圓管狀，接頭與法蘭盤連接的端部沿圓周分布有多個連接齒，連接齒上設有連接螺孔，法蘭盤上設有對應連接齒的多個連接槽，每個連接槽的背側均設有臺階孔，在臺階孔中穿設有連接到連接螺孔的緊固件。
9、優選的，作為一種改進，短軸的軸管壁厚大于長軸的軸管壁厚。
10、本方案的原理及優點是：實際應用時，將轉動軸分為若干長軸和短軸，并且長軸占比大，作為風輪主要的軸向支撐，僅在兩長軸之間用較短的短軸作為風輪葉片的轉動支撐結構。長軸的主體結構軸管采用碳纖維材質，強度比鋼大，密度比鋁小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫的材料，還具有導電、傳熱、膨脹系數小等優點，經我們實際測試，可滿足15000n.m以上的扭轉強度要求。另外在直徑和長度上，碳纖維材質的軸管生產工藝也能滿足制造要求。同時，在相同尺寸條件下，碳纖維軸管在重量方面的優勢也很明顯：若按風電機組每組轉動軸長度31米計算，兩組共需62米長，管材長度需要57.4米，相比用鋼材，用碳纖維材料的方案至少可減輕重量1562kg。另外，按常規技術31米長的轉動軸，按3段設計，每段至少10米，制造安裝運輸都是一個難題，且費用高昂，本方案可改為每組按5段設計，每段長軸約5.78米，兩長軸之間設短軸，短軸上安裝軸承支撐系統。這樣設計既方便了制造、運輸和安裝，又提高了轉動系統和穩定性。
11、但使用碳纖維材料有一個難點，就是與鋼鐵件的連接比較困難。因為碳纖維材料本身的非金屬特性，加上長度及制造精度等限制，不能像金屬一個任意切削加工和焊接，而且尺寸還不穩定，每根軸的內徑都不一樣，進一步增加了連接的困難。本方案采取將金屬接頭與碳纖維軸管一一配對制造，解決了尺寸不一致問題；又采用過盈配合的方式，并在圓周面涂高強度結構膠，增加連接穩定性和強度；再配合圓周錯位布置緊固螺栓的方法，盡量避免損害碳纖維管的有效強度。本方案的轉動軸采用碳纖維長軸、金屬短軸組合的方式，相比常規技術的鋼材轉動軸，本方案具有重量輕、連接可靠、制造運輸安裝方便、抗腐蝕能力強，運行穩定性高、風阻小，風能轉化率高等特點。
12、本專利技術還提供一種垂直軸風力發電機轉動軸使用方法，以解決現有大型垂直軸風力發電機組難以保證轉動軸的力學性能的同時又有效控制傳動系統重量，難以保證整個系統的穩定性的問題。
13、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種垂直軸風力發電機轉動軸使用方法，將上述垂直軸風力發電機轉動軸用作于垂直軸風力發電機支撐風輪葉片的中心軸，包括：在生產車間將碳纖維軸管、金屬軸管、接頭、法蘭盤制造并裝配為長軸和短軸，短軸裝配過程中先在軸管上裝配軸承組件然后再裝配接頭和法蘭盤，將長軸和短軸分別運輸至垂直軸風力發電機安裝場地，在兩長軸之間用緊固件連接短軸形成轉動軸，將垂直軸風力發電機的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：包括若干個軸單元，若干個軸單元依次軸向連接為一體形成轉動軸，軸單元包括軸管，軸管兩端均通過接頭連接有法蘭盤，軸單元分為長軸和短軸，長軸的軸管長度為短軸長度的10倍以上，長軸和短軸交替連接形成轉動軸，長軸的軸管為碳纖維材質，接頭、法蘭盤及短軸的軸管均為金屬材質。
2.根據權利要求1所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸的接頭與軸管一一配對制造，長軸的接頭具有過盈配合在軸管內的連接段，長軸的接頭上設有對軸管端部進行定位的臺階。
3.根據權利要求2所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸接頭的連接段與軸管內壁之間涂覆有粘接劑，粘接劑為環氧樹脂膠、聚氨酯膠、丙烯酸酯膠、氰基丙烯酸酯膠、硅酮膠中的一種。
4.根據權利要求3所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸的接頭連接段上沿軸向設有不少于兩組的緊固螺孔，相鄰組的緊固螺孔沿圓周錯位布置，長軸的軸管端部設有與緊固螺孔配對的通孔，在通孔中穿設有連接到緊固螺孔的緊固件。
5.根據權利要求4所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，
6.根據權利要求1所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：所述短軸的接頭上設有軸肩，軸肩與短軸的軸管過盈配合，軸肩與軸管端部之間通過沿圓周的焊縫焊接固定。
7.根據權利要求1-6任一所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：接頭為圓管狀，接頭與法蘭盤連接的端部沿圓周分布有多個連接齒，連接齒上設有連接螺孔，法蘭盤上設有對應連接齒的多個連接槽，每個連接槽的背側均設有臺階孔，在臺階孔中穿設有連接到連接螺孔的緊固件。
8.根據權利要求7所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：短軸的軸管壁厚大于長軸的軸管壁厚。
9.一種垂直軸風力發電機轉動軸的使用方法，其特征在于：將權利要求1-8任一所述垂直軸風力發電機轉動軸用作于垂直軸風力發電機支撐風輪葉片的中心軸，包括：在生產車間將碳纖維軸管、金屬軸管、接頭、法蘭盤制造并裝配為長軸和短軸，短軸裝配過程中先在軸管上裝配軸承組件然后再裝配接頭和法蘭盤，將長軸和短軸分別運輸至垂直軸風力發電機安裝場地，在兩長軸之間用緊固件連接短軸形成轉動軸，將垂直軸風力發電機的風輪安裝在短軸的軸承組件上。
10.根據權利要求9所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸的使用方法，其特征在于：轉動軸分為兩組，每組轉動軸長度為31米，每組轉動軸分為5段，每段長軸長5.7米，每段短軸長0.5米。
...【技術特征摘要】
1.一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：包括若干個軸單元，若干個軸單元依次軸向連接為一體形成轉動軸，軸單元包括軸管，軸管兩端均通過接頭連接有法蘭盤，軸單元分為長軸和短軸，長軸的軸管長度為短軸長度的10倍以上，長軸和短軸交替連接形成轉動軸，長軸的軸管為碳纖維材質，接頭、法蘭盤及短軸的軸管均為金屬材質。
2.根據權利要求1所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸的接頭與軸管一一配對制造，長軸的接頭具有過盈配合在軸管內的連接段，長軸的接頭上設有對軸管端部進行定位的臺階。
3.根據權利要求2所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸接頭的連接段與軸管內壁之間涂覆有粘接劑，粘接劑為環氧樹脂膠、聚氨酯膠、丙烯酸酯膠、氰基丙烯酸酯膠、硅酮膠中的一種。
4.根據權利要求3所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸的接頭連接段上沿軸向設有不少于兩組的緊固螺孔，相鄰組的緊固螺孔沿圓周錯位布置，長軸的軸管端部設有與緊固螺孔配對的通孔，在通孔中穿設有連接到緊固螺孔的緊固件。
5.根據權利要求4所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸，其特征在于：長軸接頭連接段外側的軸管壁厚大于軸管中段的壁厚。
6.根據權利要求1所述的一種垂直軸風力發電機轉動軸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：顏永生，謝貴川，高靜聞，袁春富，譚平，
申請(專利權)人：重慶傳動軸股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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