CN100337027C - 液浮风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液浮风力发电装置，包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，其特征在于：转动轴在重力方向上设有液浮支撑装置，该液浮支撑装置包括箱体和滚筒，滚筒为中空密封结构，箱体中装有液体，滚筒同轴固定在转动轴上，并部分或全部浸在液体中。本发明利用滚筒排开水所产生的浮力来减轻作用在转动轴上总的重量，进而降低转动轴与发电机的摩擦力，从而使风叶在超低的风速情况下，特别是在0.8米/秒的风速下就可以启动，并带动发电机运转，该液浮风力发电装置更加有利于风力发电装置的推广和应用。

Description

液浮风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种把风能转变成电能的装置，特别适用于低风速(最小风速可达0.8米/秒)的风力发电装置。
背景技术
人类社会的发展与对能源的开发利用有直接关系。电能是今天人类利用能源的主要形式。传统热力发电消耗有限的化石材料，发电过程中产生有害气体，污染环境；水力发电一次性投资巨大，易导致生态失衡；核电的辐射潜在危害令人心有余悸；潮汐发电投入大，有些关键技术尚未解决。而风力发电无污染、可再生，被誉为“干净的再生能源”。
我国从20世纪80年代初就把风力发电作为实现农村电气化的措施之一，主要研制、开发和示范应用充电用风力发电机，供农民一家一户使用。
现有的风力发电装置一般包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，风叶随着风的到来而转动，从而带动发电机工作，如图1所示。
然而，风能有时候难以利用。现有的风力发电装置工作风速大多不能低于3米/秒，额定风速一般也在6米/秒以上。而很多地区大部份时间达不到这样的风速，风力发电机无法工作，因而限制了风力发电装置的广泛应用。虽然专利87206813记载了一种适应低风速(年平均风速为2.5米/秒)的风力发电装置，利用独特的蓄电池充电的功能，实现了风轮启动后在1.5米/秒的风速也能正常工作。但是该专利还是没有解决风力发电装置在低风速(一级风)地区能够启动的问题。虽然，专利89218747记载了一种可以在一级风或者是微风情况下启动的风力发电装置，但是该风力发电装置的结构比较复杂。
现有的风力发电装置只能在较大的风力情况下才可以启动，主要原因之一是转动轴与发电机的接触处摩擦力太大而导致风力发电机在小风速的时候无法启动。
发明内容
本发明目的是提供一种在低风速(一级风)情况下可以启动的风力发电装置。
因为转动轴与发电机的接触处摩擦力太大而导致风力发电机在小风速的时候无法启动。所以，如何减小转动轴与发电机的接触处摩擦力，特别是静摩擦力是本发明所要解决的主要问题。根据摩擦力＝重量×摩擦系数，要减轻摩擦力，最有效的方法就是减小风叶，转子以及风作用到转动轴上的重量和转动轴的自重等总重量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液浮风力发电装置，包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，在转动轴的重力方向上设有液浮支撑装置，该液浮支撑装置包括箱体和滚筒，滚筒为中空密封结构，箱体中装有液体，滚筒同轴固定在转动轴上，并部分或全部浸在液体中。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、所述滚筒下方还设有一个中空密封的下滚筒，该下滚筒全部浸在液体中，且浮动支撑在上方滚筒的底部；所述两个滚筒为圆柱形，其中下滚筒的直径是上方滚筒的1～4倍，优选的是2～3倍；所述滚筒下方还设有两个中空密封的下滚筒，两个下滚筒全部浸在液体中，且并列浮动支撑在上方滚筒的底部，形成三角形排列；所述三个滚筒均为圆柱形，其中，两个下滚筒直径相等，且是上方滚筒的1～4倍，优选的是2～3倍。
2、所述下滚筒的浮动支撑为：下滚筒的两端分别设有转轴，两个转轴分设在箱体上的纵向滑槽中。
3、所述液浮支撑装置的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上。
4、所述液浮支撑装置采用两套结构，其中，一套结构的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，另一套结构的作用点设在发电机后端的转动轴上。
5、所述的两个滚筒浸在水面下的部位所排开水的重量为50克～8吨，其中排开水的重量为50克～3吨的适合于民用，排开水的重量为3～8吨的适合于工业用，工业用优选为4～6吨。所述的滚筒材料为铁皮，铝合金，以及耐磨的塑料材料如聚四氟乙烯、聚乙烯或塑料合金等。
6、上述箱体中可以装水或油，如果该装置用于北方地区，为了防止水或油凝固可以在其中加入防冻液。
7、上述滚筒是中空密封的，其目的是减轻他们的自重，它们的大小可以由排开水的重量所决定，该重量可根据风叶，转子以及风作用到转动轴上的重量和转动轴的自重等总重量来计算。主要的目的是滚筒排开水所产生的向上的浮力抵消作用到转动轴上总的重量，进而减小摩擦力。
本发明工作原理是：利用滚筒排开水所产生的浮力来减轻转动轴上总的重量。因为，根据受力分析：摩擦力＝重量×摩擦系数，若减轻转动轴上总的重量，则转动轴与发电机的摩擦力，特别是静摩擦力就会得到大幅的下降，从而使风叶在超低的风速情况下就可以启动，并带动发电机运转。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明所采用的液浮支撑装置结构简单，易于安装，可以直接对现有的发电装置进行改进，而不需要安装额外的其他装置。
2、本发明所采用的液浮支撑装置减少了转动轴与发电机之间的摩擦力，特别是静摩擦力，可以使风叶在超低的风速(一级风)下启动，甚至可以在0.8米/秒的风速下启动，改变了原来需要二级风才能启动的现状，更加有利于风力发电装置的推广和应用。
附图说明
附图1为现有的风力发电装置结构示意图；
附图2为带有一个液浮支撑装置的风力发电装置结构示意图；
附图3为带有两个液浮支撑装置的风力发电装置结构示意图；
附图4为实施例1中带有一个液浮支撑装置的液浮风力发电装置立体示意图；
附图5为实施例2中带有两个液浮支撑装置的液浮风力发电装置立体示意图；
以上附图中：1、风叶；2、发电机；3、转动轴；4、尾翼；5、塔架；6、上滚筒；7、下滚筒；8、水箱；9、滑轨；10、轴承
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
所述的在转动轴重力方向上设有的液浮支撑装置包括箱体和滚筒，滚筒为中空密封结构，箱体中装有液体，滚筒同轴固定在转动轴上，并部分或全部浸在液体中。
实施例1：一种液浮风力发电装置如附图4所示，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括一个液浮支撑装置，作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，所述的液浮支撑装置包括一个箱体8和两个圆柱形的滚筒6、7，滚筒6同轴固定在转动轴3上；所述滚筒6下方还设有一个中空密封的下滚筒7，该下滚筒7全部浸在液体中，且浮动支撑在上方滚筒6的底部，下滚筒7的两端分别设有转轴，两个转轴分设在箱体8上的纵向滑槽9中，可沿着滑槽9上下滑动。所述液浮支撑装置的下方滚筒7的直径是上方滚筒6的直径的4倍。
实施例2：一种液浮风力发电装置如附图5所示，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括两套液浮支撑装置，其中，一套结构的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，另一套结构的作用点设在发电机后端的转动轴上，所述的每套液浮支撑装置包括一个箱体8和两个圆柱形的滚筒6、7，滚筒6同轴固定在转动轴3上；滚筒7位于滚筒6的下方，滚筒7的两端分别设有转轴，两个转轴分设在箱体8上的纵向滑槽9中，可沿着滑槽9上下滑动。所述液浮支撑装置的滚筒7的直径是滚筒6的直径的2倍。
实施例3：一种液浮风力发电装置，包括风叶1、发电机2、尾翼4和支架5，风叶1经转动轴3与发电机2的转子连接，转动轴3由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，还包括一个液浮支撑装置，作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，所述的液浮支撑装置包括一个箱体8和三个圆柱形滚筒，滚筒6同轴固定在转动轴3上，所述滚筒6下方还设有两个中空密封的下滚筒7，两个下滚筒7全部浸在液体中，且并列浮动支撑在上方滚筒6的底部，形成三角形排列(未给出图示)。所述两个下滚筒7直径相等，且是上方滚筒6的1～4倍。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种液浮风力发电装置，包括风叶、发电机、尾翼和支架，风叶经转动轴与发电机的转子连接，转动轴由轴承支承使发电机的转子与定子保持间隙配合，其特征在于：转动轴在重力方向上设有液浮支撑装置，该液浮支撑装置包括箱体和滚筒，滚筒为中空密封结构，箱体中装有液体，滚筒同轴固定在转动轴上，并部分或全部浸在液体中。
2、根据权利要求1所述的液浮风力发电装置，其特征在于：所述滚筒下方还设有一个中空密封的下滚筒，该下滚筒全部浸在液体中，且浮动支撑在上方滚筒的底部；所述两个滚筒为圆柱形，其中，下滚筒的直径是上方滚筒的1～4倍。
3、根据权利要求1所述的液浮风力发电装置，其特征在于：所述滚筒下方还设有两个中空密封的下滚筒，两个下滚筒全部浸在液体中，且并列浮动支撑在上方滚筒的底部，形成三角形排列；所述三个滚筒均为圆柱形，其中，两个下滚筒直径相等，且是上方滚筒的1～4倍。
4、根据权利要求2或3所述的液浮风力发电装置，其特征在于：所述下滚筒的浮动支撑为：下滚筒的两端分别设有转轴，两个转轴分设在箱体上的纵向滑槽中。
5、根据权利要求2或3所述的液浮风力发电装置，其特征在于：所述下滚筒的直径是上方滚筒的2～3倍。
6、根据权利要求1所述的液浮风力发电装置，其特征在于：所述液浮支撑装置的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上。
7、根据权利要求1所述的液浮风力发电装置，其特征在于：所述液浮支撑装置采用两套结构，其中，一套结构的作用点设在风叶与发电机之间的转动轴上，另一套结构的作用点设在发电机后端的转动轴上。
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