CN101321947A - 用于风轮机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风轮机的转子，包括：旋转轴，所述旋转轴一端具有第一法兰，并且所述旋转轴可旋转地支撑在支撑架上；安装在所述旋转轴上的单个圆盘；多个导风部分，其被限定通过所述圆盘，用于引导吹到所述圆盘的上表面和下表面的风；多个第一集风部分，其形成在所述圆盘的上表面和下表面上的所述导风部分的区域中，用于收集吹到所述圆盘的上表面和下表面的风；多个第二集风部分，其被固定到所述旋转轴和所述圆盘，用于集风；第一万向轴节，其一端具有设置在其上用于连接到第一法兰的第二法兰，另一端形成有内花键；以及传动轴，其一端形成有接合到第一万向轴节的内花键的外花键，另一端具有第三法兰和第二万向轴节。

Description

用于风轮机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于风轮机的转子，更具体而言，涉及一种用于风轮机的转子，其中所述转子构造成在旋转轴上可靠地旋转同时为沿风向的变量而优化，所述变量为风速和风流速，它们以非常无规律的方式频繁变化，以使得即使所述转子处于强风之中，也不会出现转子断裂和故障，并且大大减少了产生的噪音。

背景技术

在本领域众所周知，风轮机是一种利用转子将风能转换成机械能并且发电的发电机。

风轮机是一种能够利用风来发电的设备，而风是一种在地球上零成本地无限制使用的清洁能源。风轮机具有成本方面的优势，因为它改进价格竞争力并且最小化空间需求，这是由于从社会环境方面看，它提供了一种比消耗矿物能源更加经久耐用的替代能源，因此保护了地球环境；以及从经济方面看，利用风能供电稳定，并且对于进口能源的依赖性得以降低。特别是，近年来，由于政府不断购买私人公司所发的电能，所以采用风能发电方法逐渐增加。

从外侧看，风轮机包括：将风力转换成旋转能的转子；由转子旋转的旋转轴；将转子和旋转轴定位在地面以上预定高度的塔架；以及在塔架上方或者下方额外安装的发电机，从而利用转子的旋转力来发电。

大部分用于传统风轮机的转子具有2至6个叶片。在本领域已经公开了具有多种形状以便利用风力来旋转旋转轴的转子。

然而，虽然已经大量广泛采用具有2至6个叶片的传统转子，但是为了确保可靠发电，每个叶片的总长度必须增大，以便增加转子的旋转直径。因此，需要宽的安装区域，并且可使用的位置的选择范围减小。

在提供具有多种形状的叶片的转子中，因其结构特征，所以为了接收更大量的风，转子的尺寸应当随转子数量的增加而成比例增加。因此，因频繁且无规律改变风向、风速和风流速导致转子结构性磨损的可能性会增加。以及，因为转子上的大负载，由于在微风和低地区域中不能有效导通发电，所以需要在高地上安装转子。

具体而言，当在直接型风轮机上安装转子时，其中在直接型风轮机中在电力系统中直接采用交流风轮机，其难点在于所述系统很可能会直接受到风速变化的影响。因此，为了能够在任何风速下都以基本恒定速度旋转转子，必须安装单独的控制设备，以用于改变转子倾斜，因此增大安装成本并且产生噪音。

为了解决这些问题，在韩国未审查的专利公开物No.1998-74542中公开的风轮机包括：沿垂直方向延伸定位的至少一个涡轮机；设置在所述涡轮机上以规律间隔相互隔开的轮缘或者圆盘；以及沿绕轮缘或涡轮机的螺旋形方向延伸的多个翼片。

在上述专利文献中公开的风轮机中，虽然优选多个翼片将风流导向涡轮机，但是如果风从涡轮机的上部和下部倾斜的方向以高速流过并且频繁且无规律地改变方向，则由于风接触到以规律间隔隔开的轮缘或圆盘的上表面和下表面，所以大负载施加到旋转轴，并且安装在旋转轴上的涡轮机很可能瞬时停止或者减小旋转力，从而减弱有效发电。

特别是，在传统风轮机中，每对翼片对用作在外端收集风力的集风器的漏斗进行定界，并且向涡轮机集中风力，以使得当风向涡轮机运动时，压力可以首先施加给风。然而，由于风很可能通过旋转轴和翼片之间限定的开口释放，所以难以连续施加旋转力用于每次旋转旋转轴，因此不能可靠地旋转旋转轴。

而且，在韩国实用新型注册号No.263185中公开的风轮机包括圆柱形风扇，即使在微风下不论风向如何它都可以发电。在所述圆柱形风扇中，在上圆盘和下圆盘之间以规律间隔安装多个叶轮，以使得即使在微风下也可以发电，并且不受风向影响。

然而，即使在所述风轮机中，当风被直接导入接触到上圆盘和下圆盘的表面时，大负载施加到旋转轴，并且叶轮会变形。因此，旋转轴的圆柱体很可能瞬时停止或者减小旋转力，从而减弱有效发电。

而且，为了解决上述问题，虽然本领域已经公开了用于防止转子断裂并且加速旋转轴而不会施加大负载的多种转子和相关设备，但是，由于这些转子尺寸增大并且附加部件具有较差的结构整体性，所以在低区域或者城市区域中发电效率降低，其中上述低区域或者城市区域具有相对低的风速或窄小空间，并且集风性大大降低，从而风力丧失并且发电效率降低。

此外，在传统转子中，在风速大的情况下，在台风或者台风频发的季节期间，由于大负载连续施加到转子和旋转轴，因此转子和旋转轴很可能断裂。考虑到上述情况，如果转子尺寸减小以便防止转子在高风速下例如台风中断裂从而保护风轮机，则不可能在微风下发电。以及，如果安装单独的传感器以检测风速，从而可以自动停止风轮机，则风轮机的安装成本增加。而且，因为大量的复杂连接部件，产生的噪音增大，并且风轮机断裂的可能性增大，从而发电效率降低。

发明内容

因此，本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，并且本发明的目的在于提供一种用于风轮机的转子，其中通过单个圆盘限定多个导风孔，并且在导风孔的区域中在所述圆盘的上表面和下表面上安装多个风袋，从而即使在强风倾斜冲击所述圆盘的上表面和下表面并且频繁地、无规律地改变方向，转子也能够得到保护，因此可以可靠地引导从所述圆盘的上表面和下表面流过的风，以便平缓加速转子和旋转轴。

本发明的另一个目的是，提供一种用于风轮机的转子，其中单个传动轴经具有第二法兰的第一万向轴节连接到具有第一法兰的旋转轴，从而利用第二万向轴节将旋转轴间接连接到加速器或发电机，因此可以方便地进行维护和修理作业，并且可以根据具体需要容易地安装和操作具有不同发电容量的多种发电机。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于风轮机的转子，包括：旋转轴，所述旋转轴一端具有第一法兰，并且所述旋转轴由安装在支撑架上的至少一个轴承可旋转地支撑；安装在所述旋转轴上的单个圆盘；限定通过所述圆盘的多个导风部分，用于引导吹到所述圆盘的上表面和下表面的风；多个第一集风部分，其形成在所述圆盘的上表面和下表面上的所述导风部分的区域中，用于收集吹到所述圆盘的上表面和下表面的风，从而旋转所述旋转轴；多个第二集风部分，其固定到所述旋转轴和所述圆盘上，用于集风，从而旋转所述旋转轴；第一万向轴节，其一端具有设置在其上用于连接到第一法兰的第二法兰，另一端形成有内花键；以及传动轴，其一端形成有接合到第一万向轴节的内花键的外花键，另一端具有第三法兰和第二万向轴节。

根据本发明的另一个方面，所述导风部分包括多个孔，这些孔限定成通过所述圆盘且靠近所述圆盘的周边，以规律的角度隔开。

根据本发明的另一个方面，所述第一集风部分包括风袋，所述风袋相对形成在所述圆盘的上表面和下表面上包围所述导风部分，以便集风。

根据本发明的另一个方面，所述第二集风部分包括翼片，所述翼片相对形成在所述圆盘的上表面和下表面上，并且具有固定到旋转轴的第一垂直缘和固定到所述圆盘的上表面和下表面的第二水平缘，以延伸靠近所述风袋的第一侧，每个翼片具有弯曲成预定深度的轮廓。

根据本发明的另一个方面，所述翼片的第三缘固定到倾斜框架，其两端固定到旋转轴和所述圆盘的上表面和下表面。

根据本发明的另一个方面，每个孔的一端延伸超过每个风袋的一个开口端，从而将预定长度暴露到外部。

根据本发明的另一个方面，每个风袋的宽度和高度逐渐减小，从一端到另一端逐渐变细，并且具有半圆形横截面形状。

从上述描述可以清楚看到，根据本发明的用于风轮机的转子具有以下优点：即使风吹到转子的上表面和下表面同时频繁地、无规律地改变方向和速度，但是转子的阻力减小，并且通过优化即使在微风下也能够可靠地旋转转子。因此，即使在不可预期的风力下，也可以旋转转子并且最大化发电效率，其中上述不可预期的风力是通过地形特征或者季节因素、或者在具有许多山脉、湖泊、流水的非常无规律表面轮廓的地区中产生的。

而且，由于所述转子具有相对简单的结构并且它的尺寸可以根据面积特征而变，所以不仅安装转子的经济负担减小，而且产生的噪音也得以最小化。此外，因为没有对周围设施造成环境污染和破坏，所以所述转子可以形成吸引旅游者注意的一部分，并且本地居民对于安装转子的争议会大大减小。以及，归功于具有第二法兰的第一万向轴节和传动轴接续安装到旋转轴的一端，从而将旋转轴连接到发电机，所以可以方便地、稳定地进行维护和修理作业，产生的噪音大大减少，并且可以根据具体需要容易地安装和操作具有不同发电容量的多个发电机。

附图说明

通过结合附图以及下面的详细描述，将可以更加容易地理解本发明的上述目的和其他特征和优点，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的用于风轮机的转子的外观的透视图，其中支撑架被部分截除；

图2是示出根据本发明的实施例的用于风轮机的转子的上表面的平面图，其中支撑架被部分截除；

图3是示出根据本发明的实施例的用于风轮机的转子的前表面的前视图，其中支撑架被部分截除；以及

图4是示出根据本发明的实施例的解释用于风轮机的转子的导风部分和第一、第二集风部分的操作的放大横截面图。

具体实施方式

现在更加详细地描述本发明的优选实施例，其中在附图中示出一个示例。只要可以的话，在所有附图以及整个说明书中采用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

图1是示出根据本发明的实施例的用于风轮机的转子的外观的透视图，其中支撑架被部分截除。图2是示出根据本发明的实施例的用于风轮机的转子的上表面的平面图，其中支撑架被部分截除，以及图3是示出根据本发明的实施例的用于风轮机的转子的前表面的前视图，其中支撑架被部分截除。

参照这些附图，根据本发明的实施例的用于风轮机的转子10包括：旋转轴20，它由支撑架11上的轴承12和13支撑；单个圆盘30，它安装在旋转轴20上；多个导风部分40，它们被限定通过圆盘30；多个第一集风部分50，它们形成在圆盘30的上表面和下表面上的导风部分40的区域中；多个第二集风部分60，它们固定到旋转轴20和圆盘30；第一万向轴节70，它具有第二法兰71；以及传动轴80，它具有第三法兰81和第二万向轴节82，并且可以沿垂直方向运动。

第一法兰21固定到旋转轴20的另一端。第一法兰21通过螺栓连接到第二法兰71。万向轴节70的另一端利用组装孔72来限定，并且内花键73形成在组装孔72的内表面上且沿垂直方向延伸。传动轴80的一端利用外花键83形成，所述外花键接合到万向轴节70的内花键73，并且传动轴80的另一端利用第三法兰81和第二万向轴节82形成。传动轴80用于将旋转力从旋转轴20传递给加速器90或发电机100，它是单独设置的。

在旋转力从旋转轴20经第一万向轴节70传递给具有第二万向轴节82的传动轴80之后，旋转力则传递给加速器90或发电机100。因此，可以方便地进行维护和修理作业，并且可以根据具体需要容易地安装和操作具有不同发电容量的多种发电机。

在本发明中，单个圆盘30包括单个圆板，从而减小对强风的阻力。旋转轴20通过圆盘30，以便圆盘30可以牢固地固定到其上，并且可以由支撑架11上的轴承12和13可旋转支撑。

参照图4，导风部分40包括多个孔41，这些孔被限定通过圆盘30、靠近圆盘30的周边、并且以规律的角度相互隔开。从图2可以清楚看到，每个孔41的一端延伸超过每个风袋51的一个开口端，从而暴露到外部预定长度。这样设置的原因在于，当具有高风速的强风冲击圆盘30的上表面和下表面，从而施加大力到圆盘30上时，风可以被导向从而通过孔41立即向上或向下释放，其中孔41构成导风部分40，因此防止因频繁变化方向的强风在圆盘30中产生过大应力。

第一集风部分50包括多个风袋51，这些风袋相对形成在圆盘30的上表面和下表面上由孔41构成的导风部分40的区域中，以便集风。因为大多数强风快速通过孔41，所以仅在风袋51中收集强风的余下部分，然后利用所述强风的余下部分来旋转旋转轴20，从而即使在强风条件下也可以防止转子10断裂和稳定旋转。

此时，每个风袋51的宽度和高度逐渐减小，从而从一端到另一端逐渐变细，并且具有半圆形横截面形状。当强风快速通过孔41时，掠过气袋51的表面的风可以快速通过风袋51而不引起风袋51中的阻力。以及，因为每个风袋51的内表面限定出半圆形形状，其宽度和高度逐渐减小，从而从一端到另一端逐渐变细，所以在强风快速通过孔41之后轻微吹过的强风的余下部分可以集中到风袋51内部深处，然后用于旋转圆盘30。

根据本发明的第二集风部分60包括形成在倾斜框架61上的多个翼片62，所述倾斜框架的两端紧固到旋转轴20，并且接近圆盘30的上表面和下表面上的风袋51的第一侧。每个翼片62具有弯曲到预定深度的轮廓，因此，收集风力以助于旋转所述旋转轴20。紧固到旋转轴20和圆盘30的上表面和下表面且具有45度倾斜角的所述倾斜框架61用于相对于旋转轴20牢固支撑圆盘30，并且相对于旋转轴20和圆盘30固定保持翼片62。因此，所述倾斜框架61防止圆盘30和翼片62在强风中并且无规律改变风向的条件下断裂，协同风袋51减小风流阻力和产生的噪音，其中所述风袋具有半圆形形状并且逐渐变细。

如上构造的根据本发明用于风轮机的转子10安装在旋转轴20上，所述旋转轴由支撑架11上的轴承12和13来支撑，所述支撑架11通过锁入螺栓孔11a中的螺栓200安装到塔架300等部件。当受到风向、风速和风流速率的影响时，转子10旋转旋转轴20。旋转轴20的旋转力经第一万向轴节70传递给具有第二万向轴节82的传动轴80，然后传递给加速器90或发电机100，从而用于发电产生电能。

根据本发明，由于第一万向轴节70和安装在传动轴80上的第二万向轴节82吸收由旋转轴20和传动轴80产生的微小振动，所以噪音产生得以抑制，并且可以防止因振动导致的故障，从而可以保护包括转子10在内的风轮机。以及，因为传动轴80可以从第一万向轴节70拆卸，所以可以方便地进行维护和修理作业。

工业实用性

从上述描述可以清楚看到，根据本发明的用于风轮机的转子提供以下优点：即使风吹到转子的上表面和下表面同时频繁地、无规律地改变方向和速度，但是转子的阻力减小，并且通过优化即使在微风下也能够可靠地旋转转子。因此，即使在不可预期的风力下，也可以旋转转子并且最大化发电效率，其中上述不可预期的风力是通过地形特征或者季节因素、或者在具有许多山脉、湖泊、流水的非常无规律表面轮廓的地区中产生的。

而且，由于所述转子具有相对简单的结构并且它的尺寸可以根据面积特征而变，所以不仅安装转子的财政负担减小，而且产生的噪音也得以最小化。此外，因为没有对周围设施造成环境污染和破坏，所以所述转子可以形成吸引旅游者注意的一部分，并且本地居民对于安装转子的争议会大大减小。以及，归因于具有第二法兰的第一万向轴节和传动轴接续安装到旋转轴的一端，从而将旋转轴连接到发电机，所以可以方便地、稳定地进行维护和修理作业，产生的噪音大大减少，并且可以根据具体需要容易地安装和操作具有不同发电容量的多个发电机。

在附图和说明书中，已经公开本发明的典型优选实施例，虽然采用具体术语，但是它们仅是以一般性和描述性意义来采用，而不用于限制本发明，本发明的范围在权利要求中限定。

Claims (7)

1.一种用于风轮机的转子，包括：

旋转轴，所述旋转轴一端具有第一法兰，并且所述旋转轴由安装在支撑架上的至少一个轴承可旋转地支撑；

单个圆盘，其被安装在所述旋转轴上；

多个导风部分，其被限定通过所述圆盘，用于引导吹到所述圆盘的上表面和下表面的风；

多个第一集风部分，其形成在所述圆盘的上表面和下表面上的所述导风部分的区域中，用于收集吹到所述圆盘的上表面和下表面的风，从而旋转所述旋转轴；

多个第二集风部分，其被固定到所述旋转轴和所述圆盘上，用于集风，从而旋转所述旋转轴；

第一万向轴节，其一端具有设置在其上用于连接到第一法兰的第二法兰，另一端形成有内花键；以及

传动轴，其一端形成有接合到第一万向轴节的内花键的外花键，另一端具有第三法兰和第二万向轴节。

2.根据权利要求1限定的转子，其中所述导风部分包括多个孔，这些孔被限定成通过所述圆盘且靠近所述圆盘的周边，以规律的角度隔开。

3.根据权利要求1限定的转子，其中所述第一集风部分包括风袋，所述风袋基于所述圆盘的上表面和下表面上的所述导风部分彼此相对形成，以便集风。

4.根据权利要求1限定的转子，其中所述第二集风部分包括翼片，所述翼片相对地形成在所述圆盘的上表面和下表面上，并且具有固定到旋转轴的第一垂直缘和固定到所述圆盘的上表面和下表面的第二水平缘，以延伸靠近所述风袋的第一侧，每个翼片具有弯曲成预定深度的轮廓。

5.根据权利要求4限定的转子，其中所述翼片的第三边缘固定到倾斜框架，其两端固定到旋转轴和所述圆盘的上表面和下表面。

6.根据权利要求2限定的转子，其中每个孔的一端延伸超过每个风袋的一个开口端，从而以预定长度暴露在外部。

7.根据权利要求3限定的转子，其中每个风袋的宽度和高度逐渐减小，从一端到另一端逐渐变细，并且具有半圆形横截面形状。

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