CN101363416B - 帆船式水上风力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种风力发电技术领域的帆船式水上风力发电机，包括：一个主壳体、若干浮帆、动力臂及发电装置，其中：主壳体位于中心，通过动力臂连接若干浮帆，发电装置位于主壳体内，发电装置的输入端连接至动力臂，发电装置的输出端连接至电网。本发明通过分体式活动浮帆结构，将浮帆及动力臂重量移至船体；具有结构简单，造价低，适合除强台风外的高中低风速水上发电的大规模实施。

Description

帆船式水上风力发电机
技术领域
本发明涉及的是一种风力发电技术领域的装置，具体是一种帆船式水上风力发电机。
背景技术
现有技术通常所使用的风力发电的设备对风速要求较高，严重影响了发电量，现在已经成形的水平轴及垂直轴发电系统造价都非常昂贵。进口产品每千瓦单价8000元至10000元人民币，国产的也要5000元左右。同时，按现在的吊装设备的局限，也无法将发电机达到真正的大型化，现在商业运行的单台风力发电机都在1000千瓦左右，因此综合发电成本均高于火电成本。这就影响了风力发电行业大规模市场化运作。现阶段急需一种将风力发电领域的造价高、大型化、启动风速高、稳定性差及维护成本高等难题一并解决的低成本风力发电技术，能一并满足上述条件，将海上风能这一自然资源加以利用。
经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200610021220.8，公开号CN101092164A的发明专利申请，记载了一种“帆船与水下风车相结合的水上风能利用方法”，该技术把用于洋流发电的水轮机安装于帆船上，用风力驱动帆船，产生相对于帆船的水流驱动水轮机做功，然而该技术并未对具体实施有任何记载，从而无法应用于实际产业中。
又经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200410075086.0，公开号CN1587685A的发明专利申请，记载了一种“风力发电装置”，该技术由机房、风力驱动机构、变速箱和发电机组成，其中：风力驱动机构由转轴固定在转轴上三对帆杆和安装在帆杆上的帆及转动齿轮组成；每对帆中，左右两侧的帆安装方向相反，一侧为迎风正面时，另一侧正好为迎风反面，转轴随着力大的方向旋转，旋转的转轴通过转动齿轮。但该技术只能专用于陆地固定地点的风力发电，无法在水上实施；另外由于该技术的浮帆及帆杆的质量均靠转轴支撑，使得转动摩擦力产生额外损耗并导致转轴老化；最终上述技术的结构特征限制了其实际应用时规格的设计上限，使得风机在低风速环境下无法启动。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种帆船式水上风力发电机，通过分体式活动浮帆结构，将浮帆及动力臂重量移至船体；具有结构简单，造价低，适合除强台风外的高中低风速水上发电的大规模实施。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明具体包括：一个主壳体、若干浮帆、动力臂及发电装置，其中：主壳体位于中心，通过动力臂连接若干浮帆，发电装置位于主壳体内，发电装置的输入端连接至动力臂，发电装置的输出端连接至电网。
所述的主壳体为防水型发电机舱体，主壳体用防水结构支架固定于最高水位以上，或用防水结构支架定位后漂浮于水面。
动力臂包括：一个中心转盘和若干个连接杆，其中：中心转盘固定连接于发电装置的输入端，若干连接杆的一端转动设置于中心转盘上，连接杆的另一端转动设置于对应的浮帆上，中心转盘的转动平面平行于水平面。
所述的连接杆长度为5米至150米，连接杆与水平面的夹角小于等于35°。
所述的浮帆数量为3至10个，分别平均环绕于主壳体圆周。
所述的浮帆包括：帆体、帆座、帆杆和活动接头，其中：帆杆的一端固定设置于帆座上，帆体固定于帆杆的另一端，活动接头连接设置于帆杆下部。
所述的风帆面积为15平方米至180平方米。
发电装置包括变速箱和发电机，其中：变速箱的输入轴连接动力臂，变速箱的输出轴连接发电机的输入轴，发电机的输出端连接电网。
本发明工作时主壳体固定于水上平台或浮于水面，若干浮帆漂浮于水面并通过风力驱动浮帆的帆体后进行转动发电，其中浮帆产生的浮力等于浮帆自身重力以及动力臂的重力分量，使得最终发电机的主轴仅承受的动力臂余下的重力分量，大大减少了摩擦阻力。本发明在海上或内陆水面上实施时，在周边风速为5米/秒至10米/秒的环境下采用平面多轴型齿轮箱时可达到1000～1500转/分的转速，将水上风能采集转化为电能。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为浮帆示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例包括：主壳体1、若干浮帆2、动力臂3及发电装置4，其中：主壳体1位于中心通过动力臂3连接若干浮帆2，发电装置4位于主壳体1内，发电装置4的输入端连接动力臂3，发电装置4的输出端连接至电网，所述的主壳体1为防水型发电机舱体结构。
动力臂3包括：一个中心转盘9和4个对称分布的连接杆10，其中：中心转盘9固定连接于发电装置4的输入端，连接杆10的一端铰接于中心转盘9上，连接杆10的另一端转动设置于对应的浮帆2上。中心转盘9的转动平面平行于水平面，连接杆10的长度为20米，连接杆10与中心转盘9所处的平面或水平面的夹角为20°。
发电装置4包括变速箱14和发电机15，其中：变速箱14的输入轴连接动力臂3，变速箱14的输出轴连接发电机15的输入轴，发电机15的输出端连接电网；所述的变速箱14为齿轮变速箱，所述的发电机15为异步发电机。
如图3所示，所述的浮帆2包括：帆体5、帆座6、帆杆7和活动接头8，其中：帆杆7的一端固定设置于帆座6上，帆体5固定于帆杆7的另一端，活动接头8连接设置于帆杆7下部，浮帆2的个数为4个，所述的4个浮帆环绕均布于主壳体1的四周。
所述的帆体5包括：帆网11、帆框12和风帆13，其中：帆网11四周固定于帆框12的正面，风帆13的上沿吊置于帆框12的反面可上下升降，帆座6为船体状封闭结构，该帆座6采用木质制成，也可用玻璃钢制成，帆框12的正面与帆座6的船头同向。
本实施例在具体工作时，主壳体1固定于设置于水上平台，4个互成90°的浮帆2漂浮于水面由风力驱动浮帆2的帆体5进行转动发电，当浮帆2的正面迎风时，通过帆网11透风不产生阻力，帆座6由于船头迎风同样将阻力减小至最低；当浮帆2的背面迎风时，通过风帆13阻风产生阻力，帆座6由于受风阻朝船头方向运动，由此4个浮帆2轮番转动驱动发电机发电。
本实施例中浮帆2产生的浮力等于浮帆2自身重力以及动力臂3的重力分量，使得最终发电机15的主轴仅承受的动力臂3余下的重力分量，大大减少了摩擦阻力，使得本实施例在水面上实施时，在周边风速大于5米/秒时可达到1200转/分的转速进行发电。

Claims (10)

1.一种帆船式水上风力发电机，其特征在于，具体包括：一个主壳体、若干浮帆、动力臂及发电装置，其中：主壳体位于中心，通过动力臂连接若干浮帆，发电装置位于主壳体内，发电装置的输入端连接至动力臂，发电装置的输出端连接至电网，若干浮帆漂浮于水面；
所述的动力臂包括：一个中心转盘和若干个连接杆，其中：中心转盘固定连接于发电装置的输入端，若干连接杆的一端转动设置于中心转盘上，连接杆的另一端转动设置于对应的浮帆上，中心转盘的转动平面平行于水平面；
所述的浮帆包括：帆体、帆座、帆杆和活动接头，其中：帆杆的一端固定设置于帆座上，帆体固定于帆杆的另一端，活动接头连接设置于帆杆下部。
2.根据权利要求1所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的主壳体为发电机舱体，主壳体支架固定于最高水位以上，或支架定位后漂浮于水面。
3.根据权利要求1所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的连接杆与水平面的夹角为小于等于35°。
4.根据权利要求1所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的浮帆数量为3至10个，分别平均环绕于主壳体圆周。
5.根据权利要求1所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的风帆面积为15平方米至180平方米。
6.根据权利要求1所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的发电装置包括变速箱和发电机，其中：变速箱的输入轴连接动力臂，变速箱的输出轴连接发电机的输入轴，发电机的输出端连接电网。
7.根据权利要求1所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的帆体包括：帆网、帆框和风帆，其中：帆网四周固定于帆框的正面，风帆的上沿吊置于帆框的反面可上下移动，帆座为船体状封闭结构，帆框的正面与帆座的船头同向。
8.根据权利要求7所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，发电装置包括变速箱和发电机，其中：变速箱的输入轴连接动力臂，变速箱的输出轴连接发电机的输入轴，发电机的输出端连接电网。
9.根据权利要求8所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的变速箱为齿轮变速箱。
10.根据权利要求8所述的帆船式水上风力发电机，其特征是，所述的发电机为异步发电机。
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