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CN100396913C - 对称轮风力发电机组 - Google Patents

对称轮风力发电机组 Download PDF

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CN100396913C CNB2006100172395A CN200610017239A CN100396913C CN 100396913 C CN100396913 C CN 100396913C CN B2006100172395 A CNB2006100172395 A CN B2006100172395A CN 200610017239 A CN200610017239 A CN 200610017239A CN 100396913 C CN100396913 C CN 100396913C
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Abstract

一种对称轮风力发电机组，其特点是包括：一发电机舱内垂直安装的发电机，发电机的轴端与中心动力轴固连，在发电机舱顶部固连有钢塔；设有若干个风力机，风力机包括转向相反的前、后叶片风轮，和在前、后叶片风轮的各自轴端分别安装有锥齿轮a、b；在钢塔上至少设置一个与钢塔中心对称的水平桁架及其风向调整机构；风力机对称设置于水平桁架两端，风力机前、后叶片风轮轴端的锥齿轮a、b分别与固定于风轮动力轴上的锥齿轮c、d相啮合，在风轮动力轴上安装的齿轮与中心动力轴传动机构的双面齿盘相啮合；风力机置于钢塔顶部设置的调向转盘上；在钢塔上设有调向转盘风向调整机构。具有结构简单，能够充分利用风能，发电成本低，发电量大等优点。

Description

对称轮风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，是一种对称轮风力发电机组。
背景技术
随着科学技术的进步，洁净再生风能的开发正向大规模风电场的方向发展，投入商业运行使用最多的是水平轴单风轮风力发电机组。目前，在水平轴风力发电技术领域中没有解决或尚不完善的问题是：
1)虽然在水平轴风力发电机组的制造和运行中已经采用了多项现代技术，例如，三维空气动力叶型设计、叶片桨距调节、转速调节、变频励磁等。但是，水平轴风力发电机组的风能利用率仅仅达到25～38％，仍然有大部分风能从风轮后逃逸了，风能利用率低；
2)为了提高风力发电机组的单机功率，现代大型风力发电装置的风轮叶片长度已经达到几十米长，例如：2.5MW风力发电试验装置轮毂高度100m，风轮叶片长度达到40m；5MW风力发电试验装置轮毂高度120m，风轮叶片长度已经达到62m。显然，风轮叶片长度的增加是有限度的，而且，风轮叶片长度越长，叶片结构强度越差，发电运行可靠性越低，因此，单纯依靠增加风轮叶片长度来提高风力发电机组的单机功率是极其有限的。现投入商业运行的水平轴风力发电机组最大单机功率仅是1.2MW也正说明了这一点；
3)由于风力发电试验装置轮毂高度比风轮叶片长度大得多，大量的低空风能被丢弃了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，能够充分利用风能，发电成本低，发电量大的对称轮风力发电机组。
解决其技术问题采用的技术方案是：一种对称轮风力发电机组，其特征是它包括：
(a)设有一发电机舱2，在发电机舱2内垂直安装有发电机3，发电机3的轴端与中心动力轴4固连，在发电机舱2顶部固连有钢塔1；
(b)设有若干个风力机20，风力机20包括转向相反的前、后叶片风轮27、28，和在前、后叶片风轮27、28的各自轴端分别安装有锥齿轮23a、24b；
(c)在钢塔1上至少设置一个与钢塔1中心对称的水平桁架5和水平桁架风向调整机构6，所述水平桁架风向调整机构6的结构是，在钢塔1的周向设有若干个风向调整电机7，在风向调整电机7的轴端装有调向齿轮11，在钢塔1上安装有调向轴承8a、8b，在调向轴承8a上设有调向齿圈10，风向调整电机7的轴端的调向齿轮11与调向齿圈10相啮合，水平桁架5的上梁与水平桁架风向调整机构6的调向齿圈10连接，水平桁架5的下梁与调向轴承8b连接；
(d)风力机20对称设置于水平桁架5的两端，风力机20前、后叶片风轮轴端的锥齿轮23a、24b分别与固定于风轮动力轴29上的锥齿轮25c、26d相啮合，在风轮动力轴29上还装有齿轮21；
(e)设有中心动力轴传动机构12，所述中心动力轴传动机构12的结构是，在与钢塔1固连的固定平台15上铰接有若干个传动轴19，传动轴19内端的锥齿轮18g与中心动力轴4上安装的动力齿轮33相啮合，传动轴19外端的齿轮16a与在钢塔1上设置的双面齿盘14底面齿相啮合，双面齿盘14上面齿与风力机20风轮动力轴29上的齿轮21相啮合。
在钢塔1顶部设置的调向转盘32上置有风力机20，所述置于调向转盘32上的风力机20前、后叶片风轮轴端的锥齿轮23a、24b分别与固定于中心动力轴4上端的锥齿轮30e、31f相啮合。
在钢塔1上设有调向转盘风向调整机构22，调向转盘风向调整机构22的结构是，在钢塔1的周向设有若干个风向调整电机7，在风向调整电机7的轴端装有调向齿轮11，在钢塔1上安装有调向轴承8b，在调向轴承8b上设有调向齿圈10，风向调整电机7的轴端的调向齿轮11与调向齿圈10相啮合，调向转盘32固连在调向齿圈10上。
本发明的对称轮风力发电机组的优点体现在：
1.由于风力机具有转向相反的前、后叶片风轮，空气流先掠过前叶片风轮，再掠过后叶片风轮，因此，结构简单，能够充分利用风能；
2.由于采用在一发电机舱顶部固连的钢塔上部和钢塔对称设置的至少一个水平桁架两端均设置风力机组成的对称轮风力发电机组，能够充分利用高、低空风能，使整机占地面积小，而空间风能的利用率高；
3.若干个风力机均将动力传送给在发电机舱内垂直安装的发电机的中心动力轴上，具有发电量大，发电成本低等优点；
4.本发明对称轮风力发电机组与现有水平轴风力发电机组相比，风能利用可提高25～30％。
附图说明
图1为对称轮风力发电机组结构立体图。
图2发电机舱2结构示意图。
图3为中心动力轴传动机构12及水平桁架风向调整机构6结构示意图。
图4为图3中水平桁架风向调整机构6结构放大示意图。
图5为图3中中心动力轴传动机构12结构放大示意图。
图6为设置于钢塔顶部风力机20及调向转盘风向调整机构22结构放大示意图。
图7为设置于水平桁架两端的风力机20结构放大示意图。
图中：1钢塔，2发电机舱，3发电机，4中心动力轴，5水平桁架，6水平桁架风向调整机构，7风向调整电机，8a、8b调向轴承，9a、9b固定圈，10调向齿圈，11调向齿轮，12中心动力轴传动机构，13齿盘轴承，14双面齿盘，15固定平台，16a齿轮，17托架，18g锥齿轮，19传动轴，20风力机，21齿轮，22调向转盘风向调整机构，23a、24b、25c、26d锥齿轮，27、28前、后叶片风轮，29风轮动力轴，30e、31f锥齿轮，32调向转盘，33动力齿轮。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明作进一步描述：
参照图1和2，对称轮风力发电机具有发电机舱2，发电机舱2采用钢筋混凝土结构。在发电机舱2内垂直安装有发电机3，发电机3选用各种发电机均可，例如：异步鼠笼电机、永久磁铁电机、直流励磁电机、直流发电机、变速恒频电机等。发电机3的轴端与中心动力轴4固连，中心动力轴4采用分段短轴用联轴器连接结构，在发电机舱2顶部固连有钢塔1。
参照图1、3和4，设有若干个风力机20，风力机20包括转向相反的前、后叶片风轮27、28，和在前、后叶片风轮27、28的各自轴端分别安装有锥齿轮23a、24b。在钢塔1上至少设置一个与钢塔1中心对称的水平桁架5和水平桁架风向调整机构6，本实施例设置两个与钢塔1中心对称的水平桁架5和两个水平桁架风向调整机构6。所述水平桁架风向调整机构6的结构是，在钢塔1的周向设有若干个风向调整电机7，在风向调整电机7的轴端装有调向齿轮11，在钢塔1上安装有调向轴承8a和8b，调向轴承8a和8b分别用固定圈9a和9b固位，在调向轴承8a的外环上设有调向齿圈10，风向调整电机7的轴端的调向齿轮11与调向齿圈10相啮合，水平桁架5的上梁与水平桁架风向调整机构6的调向齿圈10连接，水平桁架5的下梁与调向轴承8b连接。水平桁架5在水平桁架风向调整机构6风向调整电机7的驱动下绕钢塔1缓慢旋转，以调整置于水平桁架两端风力机20的方向。
参照图1、3和7，风力机20对称设置于水平桁架5的两端，风力机20前、后叶片风轮轴端的锥齿轮23a、24b分别与固定于风轮动力轴29上的锥齿轮25c、26d相啮合，采用不同的传动比，在风轮动力轴29上还装有齿轮21。由于风力机20具有前、后叶片风轮27、28，空气流先掠过前叶片风轮27，再掠过后叶片风轮28。前、后叶片风轮27、28的叶片安装方位关于风速方向基本上对称，从而前、后叶片风轮27、28的旋转方向相反。
参照图1、3和5，设有中心动力轴传动机构12，所述中心动力轴传动机构12的结构是，在与钢塔1固连的固定平台15上固定有若干对托架17，在若干对托架17上均装有传动轴19，传动轴19内端的锥齿轮18g与中心动力轴4上安装的动力齿轮33相啮合，传动轴19外端的齿轮16a与在钢塔1的齿盘轴承13上设置的双面齿盘14底面齿相啮合，双面齿盘14上面齿与风力机20风轮动力轴29上的齿轮21相啮合。
参照图1和6，风力机20置于钢塔1顶部设置的调向转盘32上，风力机20前、后叶片风轮轴端的锥齿轮23a、24b分别与固定于中心动力轴4上端的锥齿轮30e、31f相啮合。在钢塔1上设有调向转盘风向调整机构22，调向转盘风向调整机构22的结构是，在钢塔1的周向设有若干个风向调整电机7，在风向调整电机7的轴端装有调向齿轮11，在钢塔1上安装有调向轴承8b，在调向轴承8b的外环上设有调向齿圈10，风向调整电机7的轴端的调向齿轮11与调向齿圈10相啮合，调向转盘32固连在调向齿圈10上。风向调整电机7采用伺服电动机。钢塔1顶部的风力机20通过轴承和支架安装在调向转盘32上，调向转盘32可以在风向调整电机7的驱动下绕钢塔1缓慢旋转，以调整置于钢塔顶部风力机20的方向。
当风向发生变化并超过一定角度，且有一定延时后，风向调整电机7启动，驱动调向转盘32或水平桁架5以钢塔1为中心缓慢旋转，使风力机20的叶片风轮旋转平面对正风速方向。当风速大于额定风速后，调向转盘32或水平桁架5按比例偏转，使发电机3保持额定发电功率；当风速达到安全保护风速时，调向转盘32或水平桁架5的偏转动作使风力机20的叶片风轮旋转平面平行于风速方向。

Claims (3)

1.一种对称轮风力发电机组，其特征是它包括：
(a)设有一发电机舱(2)，在发电机舱(2)内垂直安装有发电机(3)，发电机(3)的轴端与中心动力轴(4)固连，在发电机舱(2)顶部固连有钢塔(1)；
(b)设有若干个风力机(20)，风力机(20)包括转向相反的前、后叶片风轮(27、28)，和在前、后叶片风轮(27、28)的各自轴端分别安装有锥齿轮(23a、24b)；
(c)在钢塔(1)上至少设置一个与钢塔(1)中心对称的水平桁架(5)和水平桁架风向调整机构(6)，所述水平桁架风向调整机构(6)的结构是，在钢塔(1)的周向设有若干个风向调整电机(7)，在风向调整电机(7)的轴端装有调向齿轮(11)，在钢塔(1)上安装有调向轴承(8a、8b)，在调向轴承(8a)上设有调向齿圈(10)，风向调整电机(7)的轴端的调向齿轮(11)与调向齿圈(10)相啮合，水平桁架(5)的上梁与水平桁架风向调整机构(6)的调向齿圈(10)连接，水平桁架(5)的下梁与调向轴承(8b)连接；
(d)风力机(20)对称设置于水平桁架(5)的两端，风力机(20)前、后叶片风轮轴端的锥齿轮(23a、24b)分别与固定于风轮动力轴(29)上的锥齿轮(25c、26d)相啮合，在风轮动力轴(29)上还装有齿轮(21)；
(e)设有中心动力轴传动机构(12)，所述中心动力轴传动机构(12)的结构是，在与钢塔(1)固连的固定平台(15)上铰接有若干个传动轴(19)，传动轴(19)内端的锥齿轮(18g)与中心动力轴(4)上安装的动力齿轮(33)相啮合，传动轴(19)外端的齿轮(16a)与在钢塔(1)上设置的双面齿盘(14)底面齿相啮合，双面齿盘(14)上面齿与风力机(20)风轮动力轴(29)上的齿轮(21)相啮合。
2.根据权利要求1所述的对称轮风力发电机组，其特征是：在钢塔(1)顶部设置的调向转盘(32)上置有风力机(20)，所述置于调向转盘(32)上的风力机(20)前、后叶片风轮轴端的锥齿轮(23a、24b)分别与固定于中心动力轴(4)上端的锥齿轮(30e、31f)相啮合。
3.根据权利要求2所述的对称轮风力发电机组，其特征是：在钢塔(1)上设有调向转盘风向调整机构(22)，调向转盘风向调整机构(22)的结构是，在钢塔(1)的周向设有若干个风向调整电机(7)，在风向调整电机(7)的轴端装有调向齿轮(11)，在钢塔(1)上安装有调向轴承(8b)，在调向轴承(8b)上设有调向齿圈(10)，风向调整电机(7)的轴端的调向齿轮(11)与调向齿圈(10)相啮合，调向转盘(32)固连在调向齿圈(10)上。
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