CN101586532A - 软风启动型风力发电机 - Google Patents
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Abstract
软风启动型风力发电机，在现有风力发电机的基础上新增了惯性轮和软风启动装置，惯性轮安装在叶轮轴上，软风启动装置在风速1.5～3.3m/s的软风条件下工作，使原本不能运转的风力发电机克服系统静磨擦力，由静止进入转动状态，依靠软风就能使风力发电机运行发电。经过实试验，只要有1.5m/s以上的软风就能进行风力发电，极大地提高了风力发电机的运行时间和效率，提高了风能利用率。
Description
技术领域：
本发明涉及风力发电机，尤其涉及一种在软风环境条件下能够正常启动，并能运行发电的风力发电机。
背景技术：
目前普遍使用的风力发电机都包括叶轮、叶轮轴、变速机构、发电机、风向校正装置、蓄电池等，叶轮安装在叶轮轴上，叶轮轴通过一组变速机构带动发电机旋转，风向校正装置确保叶轮对准风向，由于风力发电机内各运动件之间均存在磨擦，当风力小于3级(风速小于3.3m/s)时，风力对叶轮作用所产生的扭矩小于各运动件之间静磨擦力矩，因而现有的风力发电机在软风条件下(风速在0.3～3.3m/s)是无法启动运行发电的，这是限制风力发电机推广应用的主要技术障碍。大家知道，风能存在于自然界，它是由太阳辐射热所引起的，太阳能照射到地球表面，引起地球表面各处受热不均，产生温差，引起大气的对流而形成风。风是流动的空气，它有速度，有密度，所以含有能量，风是取之不尽的清洁能源，但风能分布的随机性很强，没有特定规律，在不同地区，不同季节，不同时段的风力都不相同，并不是每天都有3级以上的风，风力小于3级的天气时常存在。目前，风力发电机只能为一些无电源的固定场所不定时地提供电能，或作为农村、山区家庭用电的补充电源。如何使风力发电机在软风条件下能正常运转发电，这是人们共同关注并渴望解决的技术难题。为此人们开展了一系列的创新设计，吉林大学的方显忠教授在专利200720094027.7公开了一种《叶片式风力发电机》，它是利用两只互为倒置的套装锥筒，使进入导风筒内的风流增速后再吹动发电机叶轮，从而提高流经叶片风的速度和密度，增大流经叶片风的体积流量，迫使风力发电机正常运转发电，实现利用软风就能发电的目的，扩大风能的利用率。其核心技术是通过一种导风装置提高流经叶轮的风速，达到软风启动运行发电的目的，这是软风启动发电的一种理论性技术方案，还没有得到实践验证，到目前为止，该方案尚未得到应用实施，实施和应用困难。
大家知道，对于同一运动副来讲，其动磨擦系数要小于静磨擦系数，即要将风力发电机的叶轮从静止状态进入运转状态所需要的能量要比维护转动状态的叶轮继续运转所需要的能量要大，也就是说，在现有技术条件下，风力小于3级的风虽然不足以使风力发电机正常运转发电，但若给风力发电机提供一定启动能量，使风力发电机从静止状态进入运转状态，那么3级以下风力就有可能维持风力发电机正常运转发电，基于这一理论申请人经过研究和试验，找到了一种利用软风就能使风力发电机正常运转发电的新方案。
发明内容：
本发明的目的是提供一种软风启动型风力发电机，它在软风条件下就能运行发电，提高了风力发电机的运行时间和发电效率，提高了风能利用率。
所述软风启动型风力发电机，包括叶轮1、叶轮轴2、变速机构3、发电机4、支架5、立柱法兰6、蓄电池7和电控装置11，叶轮1安装在叶轮轴2的前端，发电机4安装在支架5上，装有叶轮1的叶轮轴2经变速机构3驱动发电机4，支架5固定在立柱法兰6上，其特征是：还包括软风启动装置8，在叶轮轴2上还装有惯性轮9，所述软风启动装置8包括启动电机80、蜗轮蜗杆机构81、电磁离合器82、启动轴83、输入齿轮84、接收齿轮85，输入齿轮84安装在启动轴83上，接收齿轮85安装在叶轮轴2上，启动电机80通过蜗轮蜗杆机构81和电磁离合器82驱动设置在启动轴83和叶轮轴2之间的启动齿轮组，使装有叶轮1和惯性轮9的叶轮轴2转动，电磁离合器82控制启动齿轮组中的输入齿轮84与接收齿轮85啮合或脱离；所述启动电机80由蓄电池7供电，启动电机80和电磁离合器82均由电控装置11控制。
进一步，所述变速机构3包括安装在叶轮轴2上的初级大齿轮31，安装在过渡轴32上的初级小齿轮33和二级大齿轮34，带动发电机旋转的二级小齿轮35，初级大齿轮31和初级小齿轮33相啮合，二级大齿轮34与二级小齿轮35相啮合。
进一步，所述惯性轮9与初级大齿轮31合并为一体。
进一步，所述惯性轮9、初级大齿轮31、接收齿轮85三者合并为一体。
由于在本发明中增设了软风启动装置，当环境风力只达到软风级(风速在0.3～3.3m/s)时，依靠风力自身作用力不能克服风力发电机的启动磨擦阻力，此时，风力发电机不能正常启动运转发电，此时，电控装置11控制启动电机80和电磁离合器82使它们工作，电磁离合器82处于闭合状态，启动电机80通过蜗轮蜗杆机构81带动启动齿轮组和叶轮轴2旋转，使安装在叶轮轴2上的惯性轮9转动，当整个发电机运转系统进入运转状态时，转动的惯性轮9内储存了能克服系统磨擦阻力的动能，使发电机进入动磨擦阶段，由于系统的动磨擦阻力要小于系统的静磨擦阻力，软风作用于叶轮所产生的能量大于系统的动磨擦阻力所消耗的能量，因此能够维护发电机运转发电，经过试验，只要有1.5m/s以上的软风就能进行风力发电，极大地提高了风力发电机的运行时间和效率，提高了风能利用率。
附图说明：
图1为本发明的工作原理框图；
图2为本发明中机械结构示意图；
图3是叶轮轴与发电机之间变速机构的传动示意图；
图4为软风启动装置的一种结构示意图；
图中：1-叶轮；2-叶轮轴；3-变速机构；31-初级大齿轮；32-过渡轴；33-初级小齿轮；34-二级大齿轮；35-二级小齿轮；4-发电机；5-支架；6-立柱法兰；7-蓄电池；8-软风启动装置；80-启动电机；81-蜗轮蜗杆机构；82-电磁离合器；83-启动轴；84-输入齿轮；85-接收齿轮；9-惯性轮；10-制动装置；11-电控装置；12-风向调节装置；13-充电器；14-逆变器；15-用电器；16-风向检测仪；17-风速检测仪。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：
实施例1：所述软风启动型风力发电机，如图1～4所示，它包括叶轮1、叶轮轴2、变速机构3、发电机4、支架5、立柱法兰6、蓄电池7、软风启动装置8、惯性轮9、制动装置10、电控装置11，在叶轮轴2上安装有叶轮1和惯性轮9，发电机4安装在支架5上，装有叶轮1和惯性轮9的叶轮轴2结合件经变速机构3驱动发电机4，支架5固定在立柱法兰6上，变速机构3设置在叶轮轴2和发电机4之间，软风启动装置8与叶轮轴2相连；所述变速机构3包括安装在叶轮轴2上的初级大齿轮31、安装在过渡轴32上的初级小齿轮33和二级大齿轮34、带动发电机旋转的二级小齿轮35，初级大齿轮31和初级小齿轮33相啮合，二级大齿轮34与二级小齿轮35相啮合；所述软风启动装置8包括启动电机80、蜗轮蜗杆机构81、电磁离合器82、启动轴83、输入齿轮84和接收齿轮85，输入齿轮84安装在启动轴83上，接收齿轮85安装在叶轮轴2上，启动电机80通过蜗轮蜗杆机构81和电磁离合器82驱动设置在启动轴83和叶轮轴2之间的启动齿轮组，使装有叶轮1和惯性轮9的叶轮轴2转动，电磁离合器82控制着启动齿轮组中输入齿轮84与接收齿轮85啮合或脱离；所述启动电机80由蓄电池7供电，启动电机80和电磁离合器82均由电控装置11控制，在本例中，所述惯性轮9与初级大齿轮31合并为一体。
这种风力发电机的具体工作过程如下：
当环境风速在1.5～3.3m/s的软风条件下，依靠风力自身作用力不能克服风力发电机的启动磨擦阻力，此时，风力发电机不能正常启动运转发电，风速检测仪17将检测到风速信息发送给电控装置11，经信息处理自动向启动电机80和电磁离合器82发出起动工作信号指令，此时，电磁离合器82处于闭合状态，启动电机80通过蜗轮蜗杆机构81带动启动齿轮组和叶轮轴2旋转，由于在叶轮轴2上装有惯性轮9，当整个发电机运转系统进入运转状态时，转动的惯性轮9内储存了能克服系统磨擦阻力的动能，使发电机进入动磨擦阶段，由于系统的动磨擦阻力要小于系统的静磨擦阻力，软风作用于风叶所产生的能量大于系统的动磨擦阻力所消耗的能量，因此能够维护发电机运转发电。当风速大于3级(风速大于3.4m/s)时，风速检测仪17将采集到的相关信号输入电控装置11，软风启动装置中的电磁离合器82处于断开状态，发电机依靠风力能够正常运转发电；当遇到强台风、飓风等超强风力时，制动装置10限制叶轮转动，风力发电机自动关闭，停止发电，设定发电机的安全风速为25m/s，如果风速超过这个速度就要自动关闭；当风向变化时，风向检测仪16将检测到的信息传给电控装置11，并使风向调节装置12能及时调整叶轮1的朝向，确保叶轮正面迎风。发电机运转发出的交流电经充电器13对蓄电池7进行充电储存，蓄电池7再经逆变器14输出供应给用电器15。经过试验，本发明只要有1.5m/s以上的软风就能进行风力发电，极大地提高了风力发电机的运行时间和效率，提高了风能利用率。
本发明的实施方式很多，惯性轮9可以安装在叶轮轴2的任意位置上，惯性轮9可以与安装在叶轮轴2上的其它转动件可以一体化，例如，在上例中，可将惯性轮9与初级大齿轮31一体化；也可以将惯性轮9、初级大齿轮31、接收齿轮85三者合并为一体。只要在叶轮轴2上增设惯性轮9，在风速为1.5～3.3m/s的软风条件下，风力发电机的启动能量由软风启动装置来提供的一切方案均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1、一种软风启动型风力发电机，包括叶轮(1)、叶轮轴(2)、变速机构(3)、发电机(4)、支架(5)、立柱法兰(6)、蓄电池(7)和电控装置(11)，叶轮(1)安装在叶轮轴(2)的前端，发电机(4)安装在支架(5)上，装有叶轮(1)的叶轮轴(2)经变速机构(3)驱动发电机(4)，支架(5)固定在立柱法兰(6)上，其特征是：还包括软风启动装置(8)，在叶轮轴(2)上装有惯性轮(9)，所述软风启动装置(8)包括启动电机(80)、蜗轮蜗杆机构(81)、电磁离合器(82)、启动轴(83)、输入齿轮(84)、接收齿轮(85)，输入齿轮(84)安装在启动轴(83)上，接收齿轮(85)安装在叶轮轴(2)上，启动电机(80)通过蜗轮蜗杆机构(81)和电磁离合器(82)驱动设置在启动轴(83)和叶轮轴(2)之间的启动齿轮组，使装有叶轮(1)和惯性轮(9)的叶轮轴(2)转动，电磁离合器(82)控制输入齿轮(84)与接收齿轮(85)啮合或脱离；所述启动电机(80)由蓄电池(7)供电，启动电机(80)和电磁离合器(82)均由电控装置(11)控制。
2、根据权利要求1所述软风启动型风力发电机，其特征是：所述变速机构(3)包括安装在叶轮轴(2)上的初级大齿轮(31)、安装在过渡轴(32)上的初级小齿轮(33)和二级大齿轮(34)、带动发电机旋转的二级小齿轮(35)，初级大齿轮(31)和初级小齿轮(33)相相啮合，二级大齿轮(34)与二级小齿轮(35)相啮合。
3、根据权利要求1所述软风启动型风力发电机，其特征是：所述惯性轮(9)与初级大齿轮(31)合并为一体。
4、根据权利要求1所述软风启动型风力发电机，其特征是：所述惯性轮(9)、初级大齿轮(31)、接收齿轮(85)三者合并为一体。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103953688A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-30 | 中国重型机械研究院股份公司 | 一种采用双速比传动的小功率风力发电增速箱及其方法 |
| CN106194579A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-07 | 祝培钫 | 旋转惯性叶轮 |
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2009
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Cited By (3)
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| CN103953688B (zh) * | 2014-04-25 | 2016-08-03 | 中国重型机械研究院股份公司 | 一种采用双速比传动的小功率风力发电增速箱及其方法 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20091125 |