CN101514686B - 风力发电机集风与保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电技术领域的风力发电机集风与保护系统，包括集风板驱动系统、传动牵引系统、集风板系统、框架部分，集风板驱动系统包括下驱动支架、上驱动支架、集风板下连接支座与上连接支座、驱动支架轴、减速器、电动机；传动牵引系统包括驱动链轮、牵引链条、传动轮；集风板系统包括：集风板、集风板下滑轮、集风板上滑轮、下滑道、上滑道；框架部分包括下框架、上框架、立框架。集风板与风力发电机框架成0～45度角，该角度由电动机与变速器驱动调整控制，并驱动与牵引集风板在滑道上滑动，从而调整改变进风口的大小与集风板的集风量的大小，当风速过高与暴风时集风板闭合与进风口关闭，起到系统保护作用。

Description

风力发电机集风与保护系统

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术领域的系统，具体地说，涉及的是一种风力发电机集风与保护系统。

背景技术

随着世界能源危机的发展，利用风力动能发电作为现代社会发展新能源，成为社会发展的热点。传统的风力发电机没有集风与保护系统，所以风力利用率低，风力发电机体积大，易受暴风损坏。增加集风与保护系统以后，增大了风力发电机的风力利用效率与集风量，在同容量的情况下，减小了风动力机的体积，便于风力发电机的大容量化。风力发电机增加集风与保护系统以后，在风小时集风与保护系统张开，增大风力发电机的受风量，增大风力发电机驱动力矩的作用；改变集风与保护系统的张开角度，可以改变风力发电机的受风量，控制与调节风力发电机的转速，可以调节和控制风力发电机的输出功率。当风力与风速过大时，可以减小集风板系统张开角度，减小风力动力机的受风量与进风量。当在暴风与台风时，可以关闭集风系统，减少风力发电机的进风量或关闭风动力机进风口，使风力发电机停机，起到保护风力发电机的作用。

目前为止，传统的风力发电机，包括螺旋桨式风力发电机与各类大容量的风力发电机，均无集风系统。仅在几种小型风力发电机专利中介绍到几种集风或聚风装置，但都存在一定的缺陷，并无实用。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为CN200520039030的专利，公开了一种带自动阻风移门的框架结构风能聚集增强风力发电装置，该技术的二道钢筋混凝土的集风墙与一个钢结构的风道出风口框架连接，按一定集风墙长度和风道夹角组成喇叭口型的集风风道，风道进风口朝向风电场主导风向，风力发电机组安装在风道出风口框架上。每台风轮前方，安装有与风道出风口框架连接的多层阻风移门水平导轨，各风轮前面两侧对称安装多层自动折叠式阻风移门，减小过大风速使保持在有效风速范围内，充分利用风能，并实现大功率风力发电机的风轮小型化。此机型结构方式采用钢筋混凝土的集风墙体积大，灵活性低，无法适应风向变化。

检索中还发现，中国专利公开号CN201144765供了一种聚风式风力发电机，该技术有多个活动集风风罩，每个集风风罩内装有方向舵并将多个风罩通过柔性导管连接到一个集风筒中，此种方式仅能用于很小容量发电机，对于多个活动集风风罩的结构与方向舵驱动能力所限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种风力发电机集风与保护系统，风小时集风板张开，增大风力受风面积，增大集风量与风力发电机的驱动力矩，提高风力发电机的发电功率。当风速过高或风力过大时，减少集风板的张开角度，减小入风口，减小进风量；在风速过高或暴风时，关集风系统进风口，起到保护风力发电系统的作用。另外，控制调节集风板张开的角度，就可以调节风力发电机的进风量，进而达到控制调节风力发电机转速与输出功率的作用。

本发明是通过以下技术方案实现的。本发明的风力发电机集风与保护系统包括：集风板驱动系统、传动牵引系统、集风板系统、框架部分。其中：

集风板驱动系统包括：下驱动支架、上驱动支架、集风板下连接支座与上连接支座、驱动支架轴、减速器、电动机；

传动牵引系统包括：驱动链轮、牵引链条、传动轮；

集风板系统包括：集风板、集风板下滑轮、集风板上滑轮、下滑道、上滑道；

框架部分包括：下框架、上框架、立框架；

其中：下框架、上框架与立框架固定构成风力发电机一个立体框架，集风板驱动系统的减速器与电动机固定在风力发电机的下框架的下面。集风板的下驱动支架与上驱动支架安装在驱动支架轴上；集风板驱动系统通过集风板下连接支座与上支座与集风板系统连接固定在一起，用以支持集风板并可自由转动。集风板下滑轮与上滑轮安装固定在集风板下部与上部，起到支持固定集风板位置，减少集风板移动摩擦力的作用；集风板系统的下滑道固定在风力发电机的下框架，上滑道固定在上框架上，起到支持集风板移动和固定集风板移动轨迹的作用。传动牵引系统的驱动链轮安装在减速器的输出轴上，驱动链轮与牵引链条咬合连接，牵引链条与集风板利用螺栓连接，同时驱动支架轴与减速器的输出轴连接在一起。传动轮连接牵引链条。

当电动机驱动减速器转动，减速器驱动连轮与驱动支架轴转动，驱动支架轴驱动下驱动支架与上驱动支架转动，驱动支架与上驱动支架经集风板连接支座与驱动集风板转动，改变集风板的集风角度；同时驱动链轮与牵引链条，驱动牵引集风板沿滑道移动，改变进风口的大小，控制风力发电机的进风量，从而达到控制调节风力发电机转速和系统保护作用。

所述下驱动支架、上驱动支架是集风系统重要的部件，由长扁钢制成，一端通过集风板下连接支座与上连接支座安装固定在集风板上，一端安装固定在驱动支架轴上，电动机与减速器固定在风力发电机的下框架上。集风板的上下驱动支架主要作用支持固定集风板，驱动集风板转动和沿滑道滑动。

所述集风板由集风板框架与集风板内网架焊接在一起，外部表面附有聚酯树脂(玻璃钢)或碳纤维材料构成整体集风板。

所述集风板有四个，四个集风板各相差90度角分别设置在四面风力发电机框架上，两个集风板构成一个集风口。

所述集风板下滑轮与上滑轮，其中间有半圆形槽，滑轮半圆形槽配合在半圆形滑道上转动滑行，从而支持集风板的在滑道上滑行与移动。

所述下滑道与上滑道，上部呈半圆形，固定在风力发电机框架上，支持集风板在滑道上平稳滑行。

本发明系统共有四个集风板，分别装在风力发电机的四个方向下框架上，由台驱动电动机与减速器控制驱动四个利用牵引链条连接的联动集风板，无论风从哪个方向射来，都可以由两个集风板互补，构成一个集风口，无论风在任何方向射入，集风板都能把风折射聚集到风力动力机的风叶上，产生最大的集风量与最大的驱动力矩。另外，两个集风板互补，所受到的风的力矩对称，对驱动系统产生的力矩相等，力矩方向相反，产生的和力矩为零。同样原理，四个集风板的和力矩为零。即使在台风时，四个集风板所承受的和力矩也是为零。本发明四个集风板通过链条相连，利用一个电机驱动，集风板驱动系统只须要很小的驱动力矩，就能驱动整个风力发电机集风与保护系统。本发明系统结构所承受产生风力矩得到最佳的动平衡特性，旋转平稳，驱动稳定，即使在台风状态下，也能有效运行工作。

本发明是一种用于大功率风力发电机的集风与保护系统，可以调节控制风力发电机转速，并可以在暴风情况自动进行系统保护，具有风力发电机的集风、转速控制与系统保护于一体的特点。

附图说明

图1为本发明立体结构图；

图2本发明集风系统整体工作原理图；

图3为本发明集风板的驱动支架结构原理图；

图中：下驱动支架1、上驱动支架2、集风板下连接支座3，集风板上连接支座4、驱动支架轴5、减速器6、电动机7、驱动链轮8、牵引链条9、传动轮10、集风板11、集风板下滑轮12、集风板上滑轮13、下滑道14、上滑道15、下框架16、上框架17、立框架18。

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～图3所示，本实施例包括下驱动支架1、上驱动支架2、集风板下连接支座3，集风板上连接支座4、驱动支架轴5、减速器6、电动机7、驱动链轮8、牵引链条9、传动轮10、集风板11、集风板下滑轮12、集风板上滑轮13、下滑道14、上滑道15、下框架16、上框架17、立框架18。其中：

下驱动支架1、上驱动支架2、集风板下连接支座3与上连接支座4、驱动支架轴5、减速器6、电动机7构成集风板驱动系统；

驱动链轮8、牵引链条9、传动轮10构成传动牵引系统；

集风板11、集风板下滑轮12、集风板上滑轮13、下滑道14、上滑道15构成集风板系统；

下框架16、上框架17、立框架18构成框架部分；

上述部件之间的连接关系：集风板驱动系统的减速器6与电动机7固定在风力发电机的下框架16的下面。集风板的下驱动支架1与上驱动支架2安装在驱动支架轴5上；集风板驱动系统通过集风板下连接支座3与上支座4与集风板11连接固定在一起，用以支持集风板11并可自由转动。集风板下滑轮12与上滑轮13安装固定在集风板下部与上部，起到支持固定集风板11位置，减少集风板11移动摩擦力的作用；下框架16、上框架17与立框架18固定，下滑道14固定在风力发电机的下框架16，上滑道15固定在上框架17上，起到支持集风板移动和固定集风板移动轨迹的作用。传动牵引系统的驱动链轮8安装在减速器6的输出轴上，驱动链轮8与牵引链条9咬合连接，牵引链条9与集风板利用螺栓连接，同时驱动支架轴5与减速器6的输出轴连接在一起。传动轮10连接牵引链条9。

本实施例整个系统由1台电动机7与减速器6驱动，通过驱动链轮8和牵引链条9同时牵引驱动四个集风板的开闭与调整集风板工作角度。各集风板与风动力机框架呈现0～45度角，集风板工作在最大集风状态时呈现45度角张开，风射向集风板，全部折射到风叶上，产生最大的集风效果。当风力过大，电动机7驱动集风板，减小集风板的角度，从而减小了集风量；当台风时，集风板角度减小为零，集风板完全闭合，起到保护风力发电机的作用。

如图3所示，所述集风板驱动系统的驱动下支架1与驱动下支架2是集风系统重要的部件，由长扁钢制成，一端通过集风板下连接支座3与上连接支座4安装固定在集风板11上，一端安装固定在驱动支架轴5上，电动机7与减速器6固定在风力发电机的下框架16上。集风板11的上下驱动支架2主要作用支持固定集风板11，驱动集风板11转动和沿滑道滑动。

所述减速器6，作用降低电动机的转速，增大传输驱动力矩。减速器采用蜗轮蜗杆结构，具有最好制动与自锁功能。

所述驱动电动机7，采用交流电动机。工作运行时，由电动机7驱动减速器6，由减速器驱动链轮8与链条9牵引控制集风板的闭合与张开角度，控制风力发电机进风量，调整风力发电机转速，在风速过大时或暴风台风时，关闭集风板，起到保护风力发电机组的作用。

所述驱动链轮8安装固定在减速器6轴上，减速器6轴同时连接驱动支架轴5，同时驱动集风板11的转动与滑动，由牵引链条9牵引集风板11在滑道上滑行移动，控制集风板11张开一定的角度与集风板11闭合打开。

所述牵引链条9，作用是连接四个集风板11，同时牵引驱动四个集风板11在滑道上稳定移动。

所述集风板11有四个，如图2所示，四个集风板11分别安装在风力发电机的四面的框架上，通过牵引链条把四个集风板连接在一起。

所述集风板11由集风板框与集风板体构成。集风板框由角钢做成长方体，材料采用S45C钢材结构件，以增加集风板强度。集风板体内由钢带制成钢带网状骨架，集风板框与集风板体内部钢带网状骨架焊接在一起构成整体集风板，表面附有聚酯树脂(玻璃钢)或碳纤维材料，表面光滑，风阻小，重量轻。

所述集风板下滑轮12与上滑轮13，其中间有半圆形槽，滑轮半圆形槽配合在半圆形滑道上转动滑行，从而支持集风板的在滑道上滑行与移动。

所述下滑道14与上滑道15，采用CS45号钢材，做成上部呈半圆形的滑道，固定在风力发电机框架上，支持集风板在滑道上平稳滑行。

所述驱动下支架1与驱动下支架2安装在驱动支架轴5上，驱动支架轴5与减速器6输出轴连接，驱动下支架1与驱动下支架2由连接支座3和4与集风板11固定连接在一起。当电动机7与驱动减速器6，由减速器6驱动驱动支架轴5转动，由此转动支架驱动集风板11进行开闭与调整集风板工作角度。

如图2所示，本实施例系统的集风控制原理，集风板11与框架夹角θ最大为45°度角时集风量为最大，θ为0°度角时集风板完全关闭，风动力机的进风量为最小，集风板11工作在风力发电机保护状态。图2中集风板11共有4个同样的集风板，对称安装在框架的四周边框，两个集风板11在任何方向与任一时刻都对称成对构成90度角，构成最佳的集风状态，风射到两个成对的集风板11上，产生的力矩大小相等，力矩方向相反，相互抵消。电动机7输出的驱动力矩，主要用于集风板的摩擦阻力，电动机7输出很小的驱动力矩就能满足集风系统的驱动要求。

由电动机7驱动减速器6，减速器6驱动支架轴5旋转，驱动支架轴5驱动支架1与2转动，由驱动支架1与2驱动集风板11转动，由此调解控制集风板角度θ，由此控制改变集风系统的集风量；与此同时，减速器6驱动链轮8旋转，驱动链轮8驱动牵引链条9，同时牵引4个集风板11分别沿各自的滑道移动，改变风力发电机进风口的大小，从而改变风力发电机的进风量与发电机的转速与输出功率。传动轮10主要起支持牵引链条9的作用。

本实施例中，风通过集风板的折射，把大面积的风聚集射到风力发电机的风叶面上，产生最大的驱动转矩，使风力直接推动风叶沿水平方向旋转，产生的推力为最大，产生最大的旋转推动力矩，推动风叶转动。

本实施例中，产生最大的集风面积(集风面积＝集风板的高度×两个集风板张开得宽度)，高度有效聚集利用了风力能量，大量提高了风力利用率，提高风力动力机械装机容量与增大风力发电机的容量，这是传统的螺旋浆式风叶风力发电机与目前其他机型的风力发电机所不能做到的。

本实施例系统采用的集风系统外形结构，受风面积大，不产生涡流，产生最大的集风效果与最大的风力利用率。经过大量的模拟实验与实验应用，本系统可以适用于1KW～10兆瓦以上大容量风力发电系统的需要。

Claims (8)

1.一种风力发电机集风与保护系统，其特征在于包括：集风板驱动系统、传动牵引系统、集风板系统、框架部分，其中：

集风板驱动系统包括：下驱动支架、上驱动支架、集风板下连接支座与上连接支座、驱动支架轴、减速器、电动机；

传动牵引系统包括：驱动链轮、牵引链条、传动轮；

集风板系统包括：集风板、集风板下滑轮、集风板上滑轮、下滑道、上滑道；

框架部分包括：下框架、上框架、立框架；

所述下框架、上框架与立框架固定构成风力发电机的一个立体框架，集风板驱动系统的减速器与电动机固定在风力发电机的下框架下面，集风板的下驱动支架与上驱动支架设置在驱动支架轴上，集风板驱动系统通过集风板下连接支座与上连接支座与集风板系统连接固定在一起，集风板下滑轮与上滑轮固定在集风板下部与上部，下滑道固定在风力发电机的下框架，上滑道固定在上框架上，传动牵引系统的驱动链轮设置在减速器的输出轴上，驱动链轮与牵引链条咬合连接，牵引链条与集风板利用螺栓连接，同时驱动支架轴与减速器的输出轴连接在一起，传动轮连接牵引链条；

所述集风板有四个，四个集风板各相差90度角分别设置在风力发电机的立框架的四面上，两个相邻的集风板构成一个集风口。

2.根据权利要求1所述的风力发电机集风与保护系统，其特征是，所述四个集风板与风力发电机的立框架呈0度～45度角。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机集风与保护系统，其特征是，所述集风板由集风板框架与集风板内网架焊接组成，集风板外部表面附有聚酯树脂或碳纤维材料构成整体。

4.根据权利要求1或2所述的集风与保护系统的集风板，其特征是，所述集风板呈平板形，集风板框为长方体。

5.根据权利要求1所述的风力发电机集风与保护系统，其特征是，所述集风板下滑轮与集风板上滑轮的中间均设有半圆形槽。

6.根据权利要求1所述的风力发电机集风与保护系统，其特征是，所述下滑道与上滑道的上部均呈半圆形。

7.根据权利要求1所述的风力发电机集风与保护系统，其特征是，所述下驱动支架、上驱动支架，其一端通过集风板下连接支座与上连接支座固定在集风板上，一端固定在驱动支架轴上。

8.根据权利要求1所述的风力发电机集风与保护系统，其特征是，所述减速器为蜗轮蜗杆结构。

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