CN102477938A - 风动能接收转换装置 - Google Patents

Abstract

一种风动能接收转换装置，属于新能源技术领域。它是一种可安装在固定架上的风轮，包括有：轮毂(2)、轮圈(4)、接风叶片(5)和使轮毂(2)和轮圈(4)固定为一体的拉线(3)。叶片(5)可以分别安装在轮圈(4)和拉线(3)上。由于它是安装了叶片的“拉线轮”，所以可称之为“拉线风轮”。其对风动能的单位重量承载力和接收转换率均较近于可能理想值。经对大型风电机粗糙调研和估算，拉线风轮比较传统的三叶片风轮，相同额定功率时，起动风速低，重量轻，直径可小三倍以上，风能资源利用率可增大十倍以上。

Description

风动能接收转换装置

技术领域

本发明创造涉及一种将风动能接收转换为机械转动能的装置，属于清洁新能源技术领域。

背景技术

目前，最普遍用于风力发电的将风动能接收转换为机械转动能的装置，是安装在一条动力输出轴上的三叶片装置。这三叶片装置可以说是外观最简单的一种风轮，但是其将风动能接收转换为机械转动能的效率，即“风轮转动能与通过风轮内的风动能之比”，简称“风能转化率”，对于大中型三叶片风轮，一般仅有3％左右。由于三叶片风电成本目前高于水电或煤电，所以当今各国政府对风电生产有较大力度补贴，以促进风电清洁能源的发展。

发明内容

本发明创造提供了一种风动能接收转换装置，它是可安装在固定架上的风轮，包括有：轮毂、轮圈、接风叶片和使轮毂和轮圈固定为一体的拉线。叶片可以分别安装在轮圈和拉线上。这样，接风叶片数量实际上可多达80以上，可以全方位地基本布满整个风轮的前后内外表面，从而达到风动能接收转换为风轮转动能的最优效果。由于是安装了叶片的“拉线轮”，所以可称之为“拉线风轮”。经本文作者对大型风电机粗糙调研和估算，拉线风轮比较三叶片装置，相同额定功率时，起动风速低，重量轻，直径可小三倍以上，风能资源利用率可增大十倍以上。开发推广“拉线风轮”发电，有希望使可利用风能资源标准大幅降低而增量多倍，全球风电产量可能很快超过水电产量。

附图说明

图1是拉线风轮的前面(迎风面)简图。该图只画了风轮周边上的接风叶片5、轮圈4、拉线3、轮毂2和传动轴1；对其它多种零部件，例如安装在拉线上的叶片等则省略不画，以避免图面线条过密而让人看不清。

图2是图1的局部视图。

图3是该拉线风轮侧面剖视简图。

图4是图3的S局部剖视图。

图5是图4的B-B剖面图。

图6是二个相邻叶片的横断面图。

图7是该拉线风轮发电机的局部剖视图。

图8是图7的K局部剖视图。

图9是图3的W局部旋转视图。

图10是图2的X局部剖视图。

图11是小型拉线风轮轮圈断面局部剖视图。

具体实施方式

从图1、图2和图3可见，这是可安装在固定架上的一种风轮，包括有轮毂2、轮圈4、接风叶片5和使轮毂2和轮圈4固定为一体的拉线3。结构力学分析可知，对材料、外径尺寸、轴向尺寸、径向承载力和轴向承载力均相同的各种不同结构轮子进行比较，拉线轮的重量可以合理设计得最小。这就是自行车轮主要是拉线轮的原因。能够证明，拉线风轮对于风动能的单位重量承载力和接收转换率均较近于可能理想值。

从图1、图2和图3可见，叶片5分别安装在轮圈4和拉线3上。即是说，叶片5可装在轮圈4和拉线3上或两者之一上。该风轮中，拉线3分布在风轮正面和背面各20条，安装在拉线3上的拉线叶片5共有40张；另有40张轮圈叶片5是朝外安装在轮圈4上。另外，对拉线风轮当然有防腐蚀处理。

从图2、图6和图8可见，拉线风轮的叶片5边沿铰接有可驱使叶片5转动的拉索8，该拉索8由安装在轮毂2上的拉索控制器6控制。图2所示轮圈4内的拉索8，是位于拉线风轮前面。图6所示的拉索8，是位于拉线风轮背面。拉索8在铰接处由螺栓14夹紧。拉索8及拉索控制器6的存在，使得在风速过大或需制动风轮时，叶片5接收的风能可达到相应极小值，以确保相关安全。

从图2和图6可见，拉线风轮的叶片5上连接有可使叶片5受到转动扭力的弹簧9。显然，由于弹簧9的存在，风速大于设定值时，叶片5能克服弹簧9的约束而转动，既可降低最小起动风速，又可提高整个风轮的安全性。显然，一个叶片至少要与一个弹簧9连接，即弹簧9数至少为叶片数的一半。

从图6可见，叶片5转轴(拉线3或叶片轴13)穿过叶片5的重心；叶片5前沿到叶片5转轴(拉线3或叶片轴13)之间的部分迎风面17面积，小于叶片5后沿到叶片5转轴(拉线3或叶片轴13)之间的部分迎风面17面积。这样，在风压下，叶片5对拉线3或叶片轴13产生压力的同时，还受到相应合理小(对弹簧9和拉索8的拉力强度要求小)的扭矩。在风力、叶片5重力、弹簧9拉力、磨擦力和拉索8拉力的共同作用下，叶片5的迎风角度可随时合理变化。图6具体表示了一种叶片5的结构：迎风面17和叶背面15之间夹有若干块间隔分布的加强板16，以增加叶片5的强度重量比；叶背面15安装叶片5转轴处有开口以及开口夹板18。装配时，将拉线3从该开口置入后，放进垫块并用开口夹板18封口夹紧即可。该结构特别方便于大中型叶片的安装。

显然，与传统三叶片风轮一样，拉线风轮叶片5的迎风面17是螺旋面。

由图2和图10可见，叶片5端头装有可减少叶片5转动磨擦阻力的滚动轴承12，拉线3上套有支撑管23。这样，减少了叶片5频繁摆动产生的磨损。

从图2可见，拉线3上有拉线收紧器7，以用于拉线风轮(特别是大中型风轮)的装配。显然，拉线3可以是拉绳或拉杆。在市场上常有拉绳收紧器或拉杆收紧器出售。

从图7和图8可见，传动轴1上和轮毂2孔壁上均有钢球槽20，钢球槽20内装有许多钢球21。这样，在发电机19高塔处，在传动轴1装卸拉线风轮时，风轮是通过钢球21在传动轴1上滚动的。这对于大型风轮来说，大大降低了该装卸的难度。钢球槽20还可以充当键槽，以安装传递扭矩的圆钢键条22。

从图1、图2和图9可见，轮圈4是至少二个环圈10和连接件11组成的环状桁架。一般来说，环圈10是用钢管制造较好。对于大中型拉线风轮上与其轴线垂直的连接件11，其最好具有叶片的作用而有合理的迎风面和迎风角，即其断面形状如图5所示，以提高“风能转化率”。

另外，从图11可见，连接套28就是轮圈4中的连接件11，二个环圈10和连接套28是通过特制螺栓26与螺母27旋紧固定为一体的，叶片5通过套夹25与特制螺栓26铰接并被螺母24限位。这是特别适合小型拉线风轮的结构。

Claims (10)

1.一种风动能接收转换装置，它是可安装在固定架上的风轮，其特征在于：包括有轮毂(2)、轮圈(4)、接风叶片(5)和使轮毂(2)和轮圈(4)固定为一体的拉线(3)。

2.根据权利要求1所述的风动能接收转换装置，其特征在于：叶片(5)分别安装在轮圈(4)和拉线(3)上。

3.根据权利要求2所述的风动能接收转换装置，其特征在于：叶片(5)边沿铰接有可驱使叶片(5)转动的拉索(8)，该拉索(8)由安装在轮毂(2)上的拉索控制器(6)控制。

4.根据权利要求2所述的风动能接收转换装置，其特征在于：叶片(5)上连接有可使叶片(5)受到转动扭力的弹簧(9)。

5.根据权利要求2所述的风动能接收转换装置，其特征在于：叶片(5)转轴穿过叶片(5)的重心；叶片(5)前沿到叶片(5)转轴之间的部分迎风面(17)面积，小于叶片(5)后沿到叶片(5)转轴之间的部分迎风面(17)面积。

6.根据权利要求2所述的风动能接收转换装置，其特征在于：叶片(5)的迎风面(17)是螺旋面。

7.根据权利要求2所述的风动能接收转换装置，其特征在于：叶片(5)端头装有滚动轴承(12)，拉线3上套有支撑管(23)。

8.根据权利要求1所述的风动能接收转换装置，其特征在于：拉线(3)上有拉线收紧器(7)。

9.根据权利要求1所述的风动能接收转换装置，其特征在于：传动轴(1)上和轮毂(2)孔壁上均有钢球槽(20)，钢球槽(20)内装有钢球(21)。

10.根据权利要求1所述的风动能接收转换装置，其特征在于：轮圈(4)是至少二个环圈(10)和连接件(11)组成的环状桁架。

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