CN102619696B - 船型叶片立轴式风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电设备技术领域，具体的说是一种船型叶片立轴式风力发电机。现有技术中大功率的风力发电机大多为水平轴式风力发电机，随着发电机输出功率的提高，叶片面积和风机增加，导致风机的晃动度增大，吊装难度、危险性、维护成本也随之增加。本发明包括主轴、稳定轴及水平安装在主轴上的多组叶片组，叶片在水平面内投影的夹角均等；主轴内部为中空结构，垂直装配在风机机架上，主轴的下部装配有发电机转子，与发电机定子相对应。本发明具有风向全方向性、高风速不受限制的优点，提高了风能的利用率和发电效率，降低了风机的高度，稳定性较好，易于检修维护保养，克服了现有技术中的不足，使风机的输出功率进一步增大。

Description

船型叶片立轴式风力发电机
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域，具体的说是一种船型叶片立轴式风力发电机。
背景技术
随着常规能源的日益消耗及环境问题，风力发电获得广泛关注。现有技术中，功率大于3MW以上的风力发电机大都是水平轴式风力发电机，由于水平轴式风力发电机的额定输出功率与扫风面积成正比，因此为了提高发电机的输出功率，需要通过增大叶片扫风面积来提高水平轴式风力发电机的发电功率，即增加叶片面积和风机高度。现有的水平轴式风力发电机的高度甚至高达100米。由于受到材料强度和自身重量的限制，水平轴式风力发电机大型化发展存在如下问题：
（1）风机的高度增加后，风机的晃动度随之增大，导致可利用的风速范围缩小，当风速超过25m/s时就必须要停机，造成风资源的大量浪费，风机的可利用率降低；
（2）风机的高度越高，吊装难度、吊装危险性等越，吊装成本显著增加； 
（3）风机的高度越高，日常维护就越困难，维护成本也越高；
（4）随着风力发电机功率增大、高度的增加，获得单位千瓦电能的成本显著上升，不具有竞争性，无法向更大功率发展。
立轴式风机具有全方向性，不需要偏航装置，风机轴及发电机等全部放置安装在地面，易于检修维护保养，制造成本低廉，稳定性较好。但现有的立轴式风机受到叶片形式的限制，存在风机的功率都偏小，单机功率不超过2MW；风机功率增大，所承受风的横向推力随之增大，现有技术难以使风机功率进一步增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种船型叶片立轴式风力发电机，克服了现有技术中的不足，降低了风机的高度，提高了风能的利用率，提高了发电效率。
本发明的技术方案是：包括风机机架、发电机定子、发电机转子、主轴、稳定轴；发电机定子安装在风机机架内，主轴垂直装配在风机机架上，主轴与风机机架之间装有推力轴承及导向轴承；主轴的下部装配有发电机转子，与发电机定子相对应；稳定轴装配在主轴上部，稳定轴通过多条钢索与地面连接固定；多组叶片组水平安装在主轴上；
每组叶片组由二或三个叶片及轴臂组成，叶片呈船型，内部中空，截面呈三角形，末端呈刀钩形，内凹面一侧为受风面，楔型一侧为阻力面；叶片装配在轴臂的一端；轴臂的另一端插入主轴，装配在主轴上；叶片在水平面内投影的夹角均等；
主轴内部为中空结构；主轴内部安装有调节轴臂及叶片角度的蜗杆或带多个锥型齿轮的调节杆，蜗杆或调节杆的一端连接控制电机。
进一步，所述的每组叶片组由二套叶片及轴臂组成，二轴臂的另一端由主轴两侧伸入主轴，并通过轴臂另一端的法兰连接，且叶片受风面方向相反；各组叶片组的轴臂上设有蜗轮，蜗轮与调节叶片角度的蜗杆啮合。
进一步，所述的每组叶片组由三个叶片及轴臂构成，主轴内壁上通过支臂固定有固定套，轴臂的另一端插入主轴，通过固定套定位，并通过装配在轴臂上的卡盘限位；轴臂的末端设有锥型齿轮，与调节杆上的锥型齿轮啮合，调节杆与主轴同轴装配。
本发明具有以下有益效果：船型叶片立轴式风力发电机大幅降低了风机的高度，吊装操作容易而安全，安装及日常维护成本均明显降低；通过增加叶片组的数量或增大叶片的长度及宽度即可显著增加单机功率，目标单机功率将可达50MW以上；通过调节叶片角度可以适应任何风速（即不用高风速下停机），提高了风能利用效率，而且获得单位电能的成本明显降低。
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1主轴及叶片组装配俯视图；
图3为本发明实施例1轴臂与主轴装配示意图；
图4为本发明实施例1叶片及轴臂的示意图；
图5为本发明实施例1叶片的截面图；
图6为本发明实施例2的结构示意图；
图7为本发明实施例2叶片的截面图；
图8为本发明实施例3轴臂与主轴装配示意图；
图9为本发明实施例3叶片及轴臂的示意图。
具体实施方式
图中：1、主轴，2、稳定轴，3、叶片，4、风机机架，5、发电机定子，6、轴臂，7、卡盘，8、调节杆，9、固定套。
实施例1
由图1——图5可知，本发明包括风机机架4、发电机定子5、发电机转子，发电机定子5安装在风机机架4内；还包括主轴1、稳定轴2及水平安装在主轴1上的四组叶片组；稳定轴2装配在主轴1上部；由于风力发电机主轴1及叶片3越大，风力对发电机整体的横向推力就越大，稳定轴2通过多条钢索与地面连接固定，起到稳固主轴，抵抗侧向风对风机的影响；所述的稳定轴2顶端装有避雷装置及风速仪；
主轴1内部为中空结构，垂直装配在风机机架4上，主轴1与风机机架4之间设有推力轴承及导向轴承；导向轴承稳固主轴1与转子，推力轴承稳固主轴1，并承担风机主轴1、稳定轴2及叶片组等重量；主轴1的下部与发电机定子5相对应处装配有发电机转子；
每组叶片组由两个外观呈船型的叶片3及轴臂6组成，叶片3内部中空，截面呈正三角形，末端呈刀钩形，内凹面一侧为受风面，由另两面组成的楔型一侧为阻力面；叶片3与轴臂6的装配方式为，轴臂6插入中空的叶片3内，叶片3与轴臂6之间通过支杆支撑固定；叶片3的受风面上设有多个排水孔，并与叶片3内部的排水管连通，用于雨雪天气停机时排除叶片积水；叶片3装配在轴臂6的一端，轴臂6的另一端设有连接法兰，两轴臂6设有连接法兰的端部插入主轴1并通过螺栓连接在一起，使叶片3在同一水平面内分布在主轴1两侧且受风面方向相反；轴臂6与主轴1之间通过滚动轴承配合或轴瓦滑动配合，并通过固定在轴臂6上的卡盘7限位；主轴1内部安装有蜗杆，每组叶片组的轴臂6上均设有蜗轮，蜗杆分别与各组叶片组的蜗轮啮合，蜗杆的另一端连接控制电机，用来调整叶片组，使其达到最佳工作角度。控制电机固定在主轴1内部，随主轴1旋转；电缆由稳定轴2通过滑环进入主轴内部连接控制电机。
所述的第一组与第二组叶片组在水平面内的投影相互垂直，第三组与第四组叶片组在水平面内的投影相互垂直，第三组与第一组叶片组在水平面内的投影成45度夹角；即所有叶片3在水平面内投影的夹角均为45°。
实施例2
由图6——图7可知，本实施例与实施例1不同的是，根据输出功率的需要，本实施例主轴上固定有12组叶片组；所述的叶片3的截面呈等腰三角形；各组叶片组的装配为：第一组与第二组叶片组在水平面内的投影相互垂直；第三组与第四组叶片组在水平面内的投影相互垂直；第三组与第一组叶片组在水平面内的投影成45度夹角；第五——八组及第九——十二组叶片组重复第一——第四组的排列；所有叶片在水平面内的投影均为45°。
本实施例的其它结构与实施例1相同。
实施例3
由图7——图9可知，本实施例与实施例1不同的是，所述的叶片组的形式为每组叶片组由三个外观呈船型的叶片3及轴臂6构成，轴臂6的尾端设有锥型齿轮，轴臂6的尾端插入主轴1通过固定在轴臂6上的卡盘7限位，并通过固定在主轴内壁的固定套9定位；主轴1内部与主轴同轴装配有调节杆8，调节杆8上设有多个锥型齿轮，分别与各叶片组的轴臂6尾端的锥型齿轮啮合；调节杆8的另一端连接控制电机；所述叶片组的三个叶片3在同一水平面内互成120°；上下相邻的两组叶片组在水平面内的投影互成60°；各组叶片组的排列重复上述顺序。
本实施例的其它结构与实施例1相同。
应当指出，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种船型叶片立轴式风力发电机，包括风机机架（4）、发电机定子（5）、发电机转子、主轴（1）、稳定轴（2）；发电机定子（5）安装在风机机架（4）内，主轴（1）垂直装配在风机机架（4）上，主轴（1）与风机机架（4）之间装有推力轴承及导向轴承；主轴（1）的下部装配有发电机转子，与发电机定子（5）相对应；稳定轴（2）装配在主轴（1）上部，稳定轴（2）通过多条钢索与地面连接固定；多组叶片组水平安装在主轴（1）上；
其特征在于：每组叶片组由二或三个叶片（3）及轴臂（6）组成，叶片（3）呈船型，内部中空，截面呈三角形，末端呈刀钩形，内凹面一侧为受风面，楔型一侧为阻力面；叶片（3）装配在轴臂（6）的一端；轴臂（6）的另一端插入主轴，装配在主轴（1）上；叶片（3）在水平面内投影的夹角均等；
主轴（1）内部为中空结构；主轴（1）内部安装有调节轴臂（6）及叶片（3）角度的蜗杆或带多个锥型齿轮的调节杆（8），蜗杆或调节杆（8）的一端连接控制电机。
2.根据权利要求1所述的一种船型叶片立轴式风力发电机，其特征在于：所述的每组叶片组由二套叶片（3）及轴臂（6）组成，二轴臂（6）的另一端由主轴（1）两侧伸入主轴（1），并通过轴臂（6）另一端的法兰连接，且叶片（3）受风面方向相反；各组叶片组的轴臂（6）上设有蜗轮，蜗轮与调节叶片（3）角度的蜗杆啮合。
3.根据权利要求1所述的一种船型叶片立轴式风力发电机，其特征在于：所述的每组叶片组由三个叶片（3）及轴臂（6）构成，主轴内壁上通过支臂固定有固定套（9），轴臂（6）的另一端插入主轴（1），通过固定套（9）定位，并通过装配在轴臂（6）上的卡盘（7）限位；轴臂（6）的末端设有锥型齿轮，与调节杆（8）上的锥型齿轮啮合，调节杆（8）与主轴（1）同轴装配。
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