CN101929440A - 具有多个风力发电机的组合发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多个风力发动机的组合发电装置，包括有塔杆、水平轴风力发电机(1)，其特征在于：塔杆包括上塔杆(2)和下塔杆(3)，上塔杆同轴安装在下塔杆的顶端，且上塔杆能相对下塔杆绕自身轴线旋转，水平轴风力发电机有多个且沿高度方向间隔设置在上塔杆的同一侧，上塔杆上相对于水平轴风力发电机的另一侧设置有尾翼(4)。当风吹动尾翼，尾翼带动整个上塔杆旋转起来，保证各水平轴风力发电机的叶轮与风向垂直，有效提高各水平轴风力发电机的工作效率，同时，由于采用多个水平轴风力发电机，因此即使各水平轴风力发电机均为小功率的水平轴风力发电机，多个并联组合也能进行大功率发电，而小功率的水平轴风力发电机在较小风速的条件下即可启动。

Description

具有多个风力发电机的组合发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，尤其涉及具有多个风力发电机的组合发电装置。

背景技术

风力发电装置是目前较为常见的发电设备，大功率的水平轴风力发电设备也已广泛应用，水平轴风力发电设备一般包括有固定在地面上的塔杆，塔杆的顶端设有能相对塔杆水平旋转的回转体，回转体上固定有水平轴风力发动机，水平轴风力发电机上的轮轴大致呈水平状，轮轴的端部连接有风轮，轮轴上的风轮朝向气流，风吹动风轮转动，轮轴也随之转动，进而带动水平轴风力发电机的发电单元产生电流，水平轴风力发电机的尾部还固定有尾翼，尾翼会根据风向驱动发电机随回转体水平旋转，调整风轮的方向使风轮处于迎风面。

如一专利号为ZL89202704.5(公告号为CN2044650Y)的中国实用新型专利《风力发电机》，如一专利号为ZL200520001412.3(公告号为CN2828366Y)的中国实用新型专利《圆柱转子型水平轴风力发电机》，如一专利号为ZL200520067289.5(公告号为CN2833159Y)的中国实用新型专利《一种被动对风的水平轴风力发电机》，以上专利公开了类似的水平轴风力发电机。

大功率的水平轴风力发电设备主要应用在内蒙、新疆、沿海等风资源较强地区，由于内陆大部分地区，风资源常年的低风速时间较多。大功率的水平轴风力发电设备启动风速高，根本无法启动。因此要想在低风速下实现大功率发电就显得较为困难，并且大功率风机结构复杂，叶片较大，制造成本高，维护和养护不便的缺陷。而低功率水平轴发电设备则存在发电效率低的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种即使在低风速的情况下也能大功率发电的具有多个风力发动机的组合发电装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有风力发动机的组合发电装置，包括有塔杆、水平轴风力发电机，其特征在于：所述塔杆包括上塔杆和下塔杆，上塔杆同轴安装在下塔杆的顶端，且上塔杆能相对下塔杆绕自身轴线旋转，所述水平轴风力发电机有多个且沿高度方向间隔设置在上塔杆的同一侧，上塔杆上相对于水平轴风力发电机的另一侧设置有尾翼。

上述尾翼有多个，且尾翼的个数比水平轴风力发电机少一个，相邻两水平轴风力发电机之间具有一个所述尾翼。尾翼这样布局最为合理，即保证上塔杆受力均匀，又使上塔杆整体布局美观。

上述上塔杆的一侧沿高度方向间隔固定有多个支架，所述各水平轴风力发电机分别固定在相应的支架上，所述上塔杆的另一侧沿高度方向间隔固定有多个与所述支架一一对应的支座，有一转轴自上而下依次穿过各支座并通过轴承支承在相应支座上，所述尾翼固定在所述转轴上并能随转轴一起旋转，所述上塔杆下部设有将转轴与上塔杆相对锁定的锁止结构。以上结构便于安装水平轴风力发电机和尾翼，将尾翼固定在转轴上具有安装方便的优点，转轴还起到作为尾翼的骨架使用，进一步保证尾翼的强度，使尾翼不易损坏。

上述锁止结构包括截面呈U形的连接头，固定在转轴的底端；操作手柄，其中部通过轴销转动连接在连接头内而能相对连接头上下转动；具有开口朝上的第一卡口的第一定位支架，固定在上塔杆的底部，所述操作手柄能卡扣在第一卡口内而定位；具有开口朝上的第二卡口的第二定位支架，固定在上塔杆的底部，第二定位支架与所述第一定位支架在同一平面内并互成90度，所述操作手柄能卡扣在第二卡口内而定位。该结构通过扳动操作手柄，带动尾翼随转轴转动90度，尾翼的宽度方向与水平轴风力发电机的轴向垂直，尾翼与风向平行相切，使尾翼不能起到寻风作用，防止在外界风力过大状况下，水平轴风力发电机因转速过快而受损，保证使用安全。

为便于安装和维修，上述下塔杆由第一主杆和第二主杆组成，第一主杆和第二主杆均呈圆柱筒状，第二主杆同轴安装在第一主杆的顶端，第一主杆的顶部以及第二主杆的底部均具有盘式法兰，第一主杆的顶部和第二主杆的底部的盘式法兰通过多个螺栓紧固在一起，且第一主杆和第二主杆的一侧铰接连接在一起而使第二主杆能相对第一主杆翻转，所述第一主杆和第二主杆的之间还设有液压千斤顶，该液压千斤顶与第一主杆和第二主杆的铰接处位于同一侧。

安装时，先将第一主杆用地脚螺栓固定在水平地面上，然后将上塔杆安装到第二主杆的顶端，再将第一主杆和第二主杆的一侧铰接连接在一起，最后用液压千斤顶将第二主杆撑起，并固紧第一主杆和第二主杆上盘式法兰的螺栓，整个安装过程无需大型起重吊机，安装方便；维修时，先将固紧第一主杆和第二主杆的盘式法兰的螺栓卸去，再用液压千斤顶将第二主杆慢慢放下，直至放平进行维修。不用时可以将液压千斤顶拆除保管或别用。

上述第二主杆的上部固定有操作平台，第二主杆的外壁上固定有供人爬至所述操作平台的爬梯。可人为地通过爬梯爬上操作平台，为便于转动尾翼，并对上塔杆和下塔杆连接处进行维修或其它调试操作。

上述上塔杆呈锥管状。上塔杆采用锥管结构，减少重量，减小风阻，增大了抗弯力。

上述下塔杆顶端的周侧固定有环状的轴承轨道盘，所述上塔杆底端的周侧固定有环状的轴承固定盘；轴承固定盘的下端面沿圆周间隔固定有多个上轴承支架，每个上轴承支架内安装有上轴承，上轴承支撑在所述轴承轨道盘的上端面上；轴承固定盘的下端面外周侧间隔固定多个外轴承支架，每个外轴承支架内安装有一个外轴承，外轴承支撑在所述轴承轨道盘的外周面上；每个外轴承支架的下端面上固定有一块安装板，各安装板的上端面均固定有一个下轴承支架，每个下轴承支架内安装有一个下轴承，下轴承支撑在所述轴承轨道盘的下端面上；所述上轴承、外轴承和下轴承的滚动方向与所述上塔杆的旋转方向一致。

由于上塔杆和下塔杆的连接处设有多个轴承，因此上塔杆能灵活相对下塔杆绕自身轴线旋转，而上轴承和下轴承对上塔杆有轴向限位的作用，而外轴承则对上塔杆有径向限位作用，保证上塔杆和下塔杆连接的强度，防止上塔杆相对下塔杆晃动，确保该发电装置的使用稳定性和安全性。

以上为上塔杆和下塔杆安装在一起的一种具体结构方式，当然也可采用其它方式安装在一起，如采用套接，并在接合面处设置滚珠的方式。

上述下塔杆上部的侧壁上固定有定位支架，定位支架的上端面上可拆卸的固定有定位板，定位板向内延伸至轴承固定盘的上端面上，所述轴承固定盘沿圆周间隔设置有多个定位孔，有定位销穿过所述定位板后插入定位孔内。

如遇到台风等风力较大的情况，随意转动上塔杆，使水平轴风力发电机的风轮旋转面与风向正对，再通过定位销将定位板与轴承固定盘固定，这样风轮不会快速旋转，水平轴风力发电机不会因转速过快而受损，保证使用安全。

上述定位支架的上端面上位于定位板的两侧固定有辅助定位块，辅助定位块与定位板的侧面贴合。辅助定位块对定位板有左右限位作用，更好将上塔杆和下塔杆相对固定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：上塔杆的同侧沿高度方向间隔设置有多个水平轴风力发电机，而且上塔杆同轴安装在下塔杆的顶端，且上塔杆能相对下塔杆绕自身轴线旋转，上塔杆上与相对水平轴风力发电机的另一侧设置有多片尾翼，当风吹动尾翼，尾翼带动整个上塔杆旋转起来，保证各水平轴风力发电机的叶轮与风向垂直，有效提高各水平轴风力发电机的工作效率，同时，由于采用多个水平轴风力发电机，因此即使各水平轴风力发电机均为小功率的水平轴风力发电机，多个并联组合也能进行大功率发电，而小功率的水平轴风力发电机在较小风速的条件下即可启动，综上所述本组合发电装置即使在低风速的情况下也能大功率发电。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为图1的A处放大图；

图3为本发明实施例的正面结构示意图；

图4为图2的B处放大图；

图5为图2的C处放大图；

图6为本发明实施例中上塔杆与第二主杆之间的连接示意图(俯视状态)；

图7为本发明实施例中上塔杆的立体结构示意图；

图8为图7的D处放大图；

图9为本发明实施例中第一主杆的立体结构示意图；

图10为本发明实施例中第二主杆的立体结构示意图；

图11为本发明实施例在维修状态下的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～11所示，为本发明的一个优选实施例。

一种具有多个风力发动机的组合发电装置，包括塔杆、五个水平轴风力发电机1，塔杆包括上塔杆2和下塔杆3，上塔杆2呈锥管状。上塔杆2的一侧沿高度方向间隔固定有五个支架21，各水平轴风力发电机1分别固定在相应支架21上，上塔杆2的另一侧沿高度方向间隔固定有五个与支架21一一对应的支座22，即各支架21和支座22位于同一水平面内，有一转轴24自上而下依次穿过各支座22并通过轴承支承在相应支座22上，转轴23上固定有四片尾翼4，各尾翼4能随转轴23一起旋转，上塔杆2下部设有将转轴23与上塔杆2相对锁定的锁止结构。

锁止结构包括截面呈U形的连接头24，固定在转轴23的底端，因此连接头24的水平偏转能带动转轴23旋转；操作手柄25，其中部通过轴销26转动连接在连接头24内而能相对连接头24上下转动；具有开口朝上的第一卡口271的第一定位支架27，固定在上塔杆2的底部，操作手柄25能卡扣在第一卡口271内而定位；具有开口朝上的第二卡口281的第二定位支架28，固定在上塔杆2的底部，第二定位支架28与第一定位支架27在同一平面内并互成90度，操作手柄25能卡扣在第二卡口281内而定位；当操作手柄25被定位，则转轴23就不能旋转。

下塔杆3由第一主杆31和第二主杆32组成，第一主杆31和第二主杆32均呈圆柱筒状，第二主杆32同轴安装在第一主杆31的顶端，第一主杆31的顶部以及第二主杆32的底部均具有盘式法兰，第一主杆31的顶部和第二主杆32的底部的盘式法兰通过多个螺栓紧固在一起，且第一主杆31和第二主杆32的一侧铰接连接在一起而使第二主杆32能相对第一主杆31翻转，第一主杆31和第二主杆32的之间还设有液压千斤顶33，该液压千斤顶33与第一主杆31和第二主杆32的铰接处位于同一侧，液压千斤顶33的活塞杆的上端与第二主杆32外侧壁铰接，液压千斤顶33的缸体的下端则与第一主杆31铰接。第二主杆32的上部固定有操作平台34，第二主杆32的外壁上固定有供人爬至操作平台34的爬梯35。

上塔杆2同轴安装在第二主杆32的顶端，且上塔杆2能相对第二主杆32绕自身轴线旋转，上塔杆2采用以下结构安装在第二主杆32顶端：

第二主杆32顶端的周侧固定有环状的轴承轨道盘5，上塔杆2底端的周侧固定有环状的轴承固定盘6；轴承固定盘6的下端面沿圆周间隔固定有多个上轴承支架61，每个上轴承支架61内安装有上轴承7，上轴承7支撑在轴承轨道盘5的上端面上；轴承固定盘6的下端面外周侧间隔固定多个外轴承支架62，每个外轴承支架62内安装有一个外轴承8，外轴承8支撑在轴承轨道盘5的外周面上；每个外轴承支架62的下端面上固定有一块安装板63，各安装板63的上端面均固定有一个下轴承支架64，每个下轴承支架64内安装有一个下轴承9，下轴承9支撑在所述轴承轨道盘5的下端面上；上轴承7、外轴承8和下轴承9的滚动方向与上塔杆2的旋转方向一致。下塔杆3上部的侧壁上固定有定位支架36，定位支架36的上端面上通过螺栓螺母连接方式可拆卸的固定有定位板37，定位板37向内延伸至轴承固定盘6的上端面上，轴承固定盘6沿圆周间隔设置有多个定位孔65，有定位销38穿过定位板37后插入定位孔65内。定位支架36的上端面上位于定位板38的两侧固定有辅助定位块39，辅助定位块39与定位板38的侧面贴合。

第二主杆32还可以设有蓄电池10，各水平轴风力发电机1可对蓄电池10进行充电。

本发电装置的工作原理及过程如下：

正常发电时：通过自然风吹动各水平轴风力发电机1的风轮11旋转，使各水平轴风力发电机1发电，将外界的风能转化成可利用的电能，该电能可以通过控制器直接给用电设备供电，多余的电能可以给蓄电池充电。

如果风向没有与风轮11的旋转面正对，自然风吹动尾翼4，带动上塔杆2相对第二主杆32旋转，各上轴承7、外轴承8和下轴承9沿轴承轨道盘5滚动，直至风向正对风轮11的旋转面，这时风向与尾翼4平行，尾翼4不在受力，上塔杆2停止旋转。

如遇上大风天气，则让人爬上操作平台34，转动上塔杆2，使风向与风轮11的旋转面一致，再将定位板37转向，并让定位销38穿过定位板37后插入轴承固定盘6的定位孔65内，同时，扳动操作手柄25，连接头24带动尾翼4随转轴23转动90度，尾翼4与风向平行相切，使尾翼4不能起到寻风作用，因此能有效防止在外界风力过大状况下，水平轴风力发电机因转速过快而受损，保证使用安全。

安装时，先将第一主杆31用地脚螺栓固定在水平地面上，然后将上塔杆2安装到第二主杆32的顶端，再将第一主杆31和第二主杆32的一侧铰接连接在一起，最后用液压千斤顶33将第二主杆32撑起，并固紧第一主杆31和第二主杆32上盘式法兰的螺栓，整个安装过程无需大型起重吊机，安装方便

如图11所示，维修时，先将固紧第一主杆31和第二主杆32的盘式法兰的螺栓卸去，再用液压千斤顶33将第二主杆32慢慢放下，直至放平进行维修。不用时可以将液压千斤顶拆除保管或别用。

Claims (10)

1.一种具有多个风力发动机的组合发电装置，包括有塔杆、水平轴风力发电机(1)，其特征在于：所述塔杆包括上塔杆(2)和下塔杆(3)，上塔杆(2)同轴安装在下塔杆(3)的顶端，且上塔杆(2)能相对下塔杆(3)绕自身轴线旋转，所述水平轴风力发电机(1)有多个且沿高度方向间隔设置在上塔杆(2)的同一侧，上塔杆(2)上相对于水平轴风力发电机(1)的另一侧设置有尾翼(4)。

2.根据权利要求1所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述尾翼(4)有多个，且尾翼(4)的个数比水平轴风力发电机(1)少一个，相邻两水平轴风力发电机(1)之间具有一个所述尾翼(4)。

3.根据权利要求2所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述上塔杆(2)的一侧沿高度方向间隔固定有多个支架(21)，所述各水平轴风力发电机(1)分别固定在相应的支架(21)上，所述上塔杆(2)的另一侧沿高度方向间隔固定有多个与所述支架(21)一一对应的支座(22)，有一转轴(23)自上而下依次穿过各支座(22)并通过轴承支承在相应支座(22)上，所述尾翼(4)固定在所述转轴(23)上并能随转轴(23)一起旋转，所述上塔杆(2)下部设有将转轴(23)与上塔杆(2)相对锁定的锁止结构。

4.根据权利要求3所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述锁止结构包括截面呈U形的连接头(24)，固定在转轴(23)的底端；操作手柄(25)，其中部通过轴销(26)转动连接在连接头(24)内而能相对连接头(24)上下转动；具有开口朝上的第一卡口(271)的第一定位支架(27)，固定在上塔杆(2)的底部，所述操作手柄(25)能卡扣在第一卡口(271)内而定位；具有开口朝上的第二卡口(281)的第二定位支架(28)，固定在上塔杆(2)的底部，第二定位支架(28)与所述第一定位支架(27)在同一平面内并互成90度，所述操作手柄(25)能卡扣在第二卡口(281)内而定位。

5.根据权利要求1所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述下塔杆(3)由第一主杆(31)和第二主杆(32)组成，第一主杆(31)和第二主杆(32)均呈圆柱筒状，第二主杆(32)同轴安装在第一主杆(31)的顶端，第一主杆(31)的顶部以及第二主杆(32)的底部均具有盘式法兰，第一主杆(31)的顶部和第二主杆(32)的底部的盘式法兰通过多个螺栓紧固在一起，且第一主杆(31)和第二主杆(32)的一侧铰接连接在一起而使第二主杆(32)能相对第一主杆(31)翻转，所述第一主杆(31)和第二主杆(32)的之间还设有液压千斤顶(33)，该液压千斤顶(33)与第一主杆(31)和第二主杆(32)的铰接处位于同一侧。

6.根据权利要求5所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述第二主杆(32)的上部固定有操作平台(34)，第二主杆(32)的外壁上固定有供人爬至所述操作平台(34)的爬梯(35)。

7.根据权利要求1所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述上塔杆(2)呈锥管状。

8.根据权利要求1～7中任一权利要求所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述下塔杆(3)顶端的周侧固定有环状的轴承轨道盘(5)，所述上塔杆(2)底端的周侧固定有环状的轴承固定盘(6)；轴承固定盘(6)的下端面沿圆周间隔固定有多个上轴承支架(61)，每个上轴承支架(61)内安装有上轴承(7)，上轴承(7)支撑在所述轴承轨道盘(5)的上端面上；轴承固定盘(6)的下端面外周侧间隔固定多个外轴承支架(62)，每个外轴承支架(62)内安装有一个外轴承(8)，外轴承(8)支撑在所述轴承轨道盘(5)的外周面上；每个外轴承支架(62)的下端面上固定有一块安装板(63)，各安装板(63)的上端面均固定有一个下轴承支架(64)，每个下轴承支架(64)内安装有一个下轴承(9)，下轴承(9)支撑在所述轴承轨道盘(5)的下端面上；所述上轴承(7)、外轴承(8)和下轴承(9)的滚动方向与所述上塔杆(2)的旋转方向一致。

9.根据权利要求8所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述下塔杆(3)上部的侧壁上固定有定位支架(36)，定位支架(36)的上端面上可拆卸的固定有定位板(37)，定位板(37)向内延伸至轴承固定盘(6)的上端面上，所述轴承固定盘(6)沿圆周间隔设置有多个定位孔(65)，有定位销(38)穿过所述定位板(37)后插入定位孔(65)内。

10.根据权利要求8所述的具有多个风力发动机的组合发电装置，其特征在于：所述定位支架(36)的上端面上位于定位板(37)的两侧固定有辅助定位块(39)，辅助定位块(39)与定位板(37)的侧面贴合。

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