CN102996354B - 低成本带传动风电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本带传动风电机组，其包括有带传动涡扇式多叶片轻型风轮、风帆尾翼式偏航装置、永磁发电机、圆盘式支撑平台、中心定位轴、旋转式桁架、传动带、张紧轮和减振弹簧；优点是：涡扇式多叶片轻型风轮用于风能采集，具有风能采集效率高的优势；轻型风轮采集的风能功率，从风轮外边缘通过柔软的传动带输送给发电机。由于风轮为涡扇式多叶片结构，在风大空载时风轮也不会出现高转速飞车现象，因此无需设置限制转速的刹车装置，加之风电机组的合理桁架结构和风帆尾翼偏航组合，这样简化了风电机组，降低了风电机组的造价。由于风帆结构简单，由它组成的风电机组的偏航系统，极大的降低了风电机组偏航系统的造价。
Description
技术领域：
本发明涉及一种风力发电设备，尤其涉及一种采用多叶片风轮通过传动带传动的增速低成本带传动风电机组。
背景技术：
目前，流行的风力发电机组都是三叶采风，一种是借助于齿轮箱增速的风力发电机组，另一种是无齿轮箱直驱多极永磁大直径电机的风力发电机组。这两种风力发电机组都有相应的缺点：三叶风轮风能采集效率低，同时目前的三叶风力发电机组适应风速动态范围小，风大时不能充分利用风能发电。由于三叶风轮在风速高的情况下必须通过带载、变桨距和完善的刹车装置限速运行，否则会形成高转速的飞车，造成风电机组的损毁。而且变桨距和刹车装置增加了风力发电机组的成本。由于发电机转子和定子之间需要一定的线切割速度才能产生电流，因此风轮和发电机之间通过齿轮箱增速或者是增大发电机的直径来求得线切割速度，无论是齿轮箱增速还是增大发电机的直径都会极大的增加风力发电机组的成本。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种多叶片风轮采集风能、效率高、适应风速的动态范围大，能充分利用风能，风大时发电量大，风小时发电量小的一种低成本带传动风电机组。
本发明的目的由如下技术方案：一种低成本带传动风电机组包括有带传动涡扇式多叶片轻型风轮、风帆尾翼式偏航装置、永磁发电机、圆盘式支撑平台、中心定位轴、旋转式桁架、传动带和张紧轮；
其中所述旋转式桁架置于所述圆盘式支撑平台上部，所述风轮通过风轮轴与所述旋转式桁架连接，即所述风轮轴为连接其中两根桁架竖向支撑管的一根桁架横向支撑管；
所述风帆尾翼式偏航装置的风帆尾翼置于所述风轮的正后方，所述风帆尾翼的平面与所述风轮的平面垂直；所述风帆尾翼是由微小型电动机、滑轮和牵引线完成升降；
所述中心定位轴是由定轴和旋转动轴组成，所述定轴与所述旋转动轴是通过轴承连接，其中所述中心定位轴穿过所述圆盘式支撑平台的中心，与所述旋转桁架连接。
所述张紧轮的张紧轮轴一端与所述旋转式桁架的一根竖向支撑管连接，另一端与所述外部旋转轴连接；
所述传动带绕过所述风轮的外轮圈和所述永磁发电机连接。
一种低成本带传动风电机组，所述旋转式桁架包括有四根桁架竖向支撑管，在所述竖向支撑管底部的脚轮，四根呈十字交叉的桁架横向支撑管，且所述四根呈十字交叉的桁架横向支撑管的端头分别与所述四根桁架竖向支撑管顶端连接为一体结构，其中所述永磁发电机的电机轴和所述风轮轴均为两根桁架横向支撑管，且所述电机轴与所述风轮轴平行。
一种低成本带传动风电机组，所述风帆尾翼式偏航装置包括有风帆尾翼、牵引线、滑轮和微小型电动机，其中风帆尾翼的风帆通过风帆上的加强杆与所述旋转式桁架连接，所述牵引线一端与所述微小型电动机的绕线轴连接，且通过滑轮，与风帆连接。
一种低成本带传动风电机组，所述带传动涡扇式多叶片轻型风轮包括有若干轮圈、若干支撑杆、若干叶片、风轮轴和轴部套筒组成，所述轮圈与轮圈之间由若干排列均匀的支撑杆连接，所述叶片挂接在所述支撑杆上，最内层轮圈通过支撑杆与轴部套筒连接，最外层轮圈设有传动带带槽。
术语解释：所述风轮的迎风面为风轮前方，背风面为风轮的后方。
本发明的优点在于：(1)涡扇式多叶片轻型风轮用于风能采集，它与传统的三叶片螺旋桨式风能采集装置相比，具有风能采集效率高的优势。(2)轻型风轮采集的风能功率，从风轮外边缘通过柔软的传动带输送给发电机。它与传统的从风轮中心输出功率相比具有以下优点：a：特大直径风轮，通过传动带直接驱动特小直径发电机，这样可极大的提高发电机的转速，极大的降低了发电机的重量，降低了发电机的成本，也省去了增速齿轮箱。b：风能功率主要集中在风轮的边缘，从边缘直接输出功率可极大的降低风轮的结构强度，减轻风轮的重量，降低风轮成本。(3)由于风轮为涡扇式多叶片结构极限转速不高，加之风电机组的合理桁架结构和风帆尾翼偏航组合，因此这样简化了风电机组，降低了风电机组的造价。(4)风帆式尾翼与风轮组成了风电机组的偏航系统。当风帆升满时，风轮正对风向；当风帆降低时，风帆和风轮所受到风的合力就会使风轮偏离风向一个角度，从而降低了风轮的采集功率；当风帆完全收缩降到底部，风轮便会顺风，使得风轮的采集功率降到零。这样风帆就成为风电机组调节功率的有效装置。由于风帆结构简单，由它组成的风电机组的偏航系统，极大的降低了风电机组偏航系统的造价。(6)由于风电机组采用了高频高转速电机，因此发电机重量轻造价低，100kw发电机最大重量只有70kg。(4.1)风大风轮转速高发电机转速高电压高，风小风轮转速低发电机转速低电压低。
附图说明：
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的侧视图。
图3为风轮的侧视图。
图4为旋转式桁架的主视图。
图5为旋转式桁架的侧视图。
图6为旋转式桁架的俯视图。
图7为风帆尾翼式偏航装置的结构示意图。
附图标记：风轮1、支撑杆1.1、叶片1.2、轴部套筒1.3、轮圈1.4，风轮轴1.5和传动带带槽1.6。
风帆尾翼式偏航装置2、加强杆2.1、风帆2.2、滑轮2.3、牵引线2.4、微小型电动机2.5、风帆尾翼2.6、小孔2.7。
旋转式桁架3、竖向支撑管(3.1)、横向支撑管(3.2)、脚轮(3.3)。
中心定位轴4、定轴4.2、旋转动轴4.1。
永磁发电机5、张紧轮6、张紧轮轴6.1、传动带7、电机轴8、圆盘式支撑平台9。
具体实施方式：
如图1、图2所示：一种低成本带传动风电机组包括有带传动涡扇式多叶片轻型风轮1、风帆尾翼式偏航装置2、永磁发电机5、圆盘式支撑平台9、中心定位轴4、旋转式桁架3、传动带7和张紧轮6；其中旋转式桁架3置于圆盘式支撑平台9上部，风轮1通过风轮轴1.5与旋转式桁架3连接，即风轮轴1.5为连接其中两根桁架竖向支撑管3.1的一根桁架横向支撑管3.2；风帆尾翼式偏航装置2的风帆尾翼2.6置于风轮1的正后方，风帆尾翼2.6的平面与风轮1的平面垂直；风帆尾翼2.6是由微小型电动机2.5、滑轮2.3和牵引线2.4完成升降；即牵引线2.4一端固定在微小型电动机2.5的转动轴上，另一端绕过滑轮2.3穿过风帆尾翼2.6上的平行排列的加强杆2.1一端的小孔2.7，固定在风帆尾翼2.6上最下面一根固定杆2.1上。
中心定位轴是由定轴4.2和旋转动轴4.1组成，定轴4.2与旋转动轴4.1是通过轴承连接，其中中心定位轴4穿过圆盘式支撑平台9的中心，与旋转式桁架3连接。
张紧轮6的张紧轮轴6.1一端与旋转式桁架3的一根竖向支撑管3.1连接，另一端与外部旋转动轴4.1连接；
传动带7绕过风轮1的最外层轮圈1.6和永磁发电机5连接。
如图4、图6、图5所示，旋转式桁架3包括有四根桁架竖向支撑管3.1，在竖向支撑管3.1底部的脚轮3.3，四根呈十字交叉的桁架横向支撑管3.2，且四根呈十字交叉的桁架横向支撑管3.2的端头分别与四根桁架竖向支撑管3.1顶端连接为一体结构，其中风轮轴1.5和永磁发电机5的其中一根电机轴8的均为两根桁架横向支撑管，且电机轴8与风轮轴1.5平行。
如图7所示，风帆尾翼式偏航装置2包括有风帆尾翼2.6、牵引线2.4、滑轮2.3和微小型电动机2.5，其中风帆尾翼2.6的风帆2.2通过风帆2.2上的加强杆2.1与旋转式桁架3连接，牵引线2.4一端与微小型电动机2.5的绕线轴连接，且通过滑轮2.3，与风帆2.2连接。
如图3所示，一种低成本带传动风电机组，带传动涡扇式多叶片轻型风轮1包括有若干轮圈1.4、若干支撑杆1.1、若干叶片1.2、风轮轴1.5和轴部套筒1.3组成，轮圈1.4与轮圈1.4之间由若干排列均匀的支撑杆1.1连接，叶片1.2挂接在支撑杆1.1上，最内层轮圈1.4通过支撑杆1.1与轴部套筒1.3连接，最外层轮圈1.4设有传动带带槽1.6。
Claims (4)
1.一种带传动风电机组，特征在于，其包括有带传动涡扇式多叶片风轮(1)、风帆尾翼式偏航装置(2)、永磁发电机(5)、圆盘式支撑平台(9)、中心定位轴(4)、旋转式桁架(3)、传动带(7)、和张紧轮(6)；
其中所述旋转式桁架(3)置于所述圆盘式支撑平台(9)上部，所述风轮(1)通过风轮轴(1.5)与所述旋转式桁架(3)连接，
所述风帆尾翼式偏航装置(2)的风帆尾翼(2.6)置于所述风轮(1)的正后方，所述风帆尾翼(2.6)的平面与所述风轮(1)的平面垂直；所述风帆尾翼(2.6)是由电动机(2.5)、滑轮(2.3)和牵引线(2.4)完成升降；
所述中心定位轴(4)是由定轴(4.2)和旋转动轴(4.1)组成，所述定轴(4.2)与所述旋转动轴(4.1)是通过轴承连接，其中所述中心定位轴(4)穿过所述圆盘式支撑平台(9)的中心，与所述旋转式桁架(3)连接；
所述张紧轮(6)的张紧轮轴(6.1)一端与所述旋转式桁架(3)的一根竖向支撑管(3.1)连接，另一端与旋转动轴(4.1)连接；
所述传动带(7)绕过所述风轮(1)的最外层轮圈(1.4)和所述永磁发电机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种带传动风电机组，特征在于，所述旋转式桁架(3)包括有四根桁架竖向支撑管(3.1)，在所述竖向支撑管(3.1)底部的脚轮(3.3)，四根呈十字交叉的桁架横向支撑管(3.2)，且所述四根呈十字交叉的桁架横向支撑管的端头分别与所述四根桁架竖向支撑管(3.1)顶端连接为一体结构，其中所述风轮轴(1.5)和所述永磁发电机(5)其中的一根电机轴(8)均为两根桁架横向支撑管，且所述电机轴(8)与所述风轮轴(1.5)平行。
3.根据权利要求1所述的一种带传动风电机组，特征在于，所述风帆尾翼式偏航装置(2)包括有风帆尾翼(2.6)、牵引线(2.4)、滑轮(2.3)和电动机(2.5)，其中风帆尾翼的风帆(2.2)通过风帆上的加强杆(2.1)与所述旋转式桁架(3)连接，所述牵引线(2.4)一端与所述电动机(2.5)的绕线轴连接，且通过滑轮(2.3)，与风帆连接。
4.根据权利要求1所述的一种带传动风电机组，特征在于，所述带传动涡扇式多叶片风轮(1)包括有若干轮圈(1.4)、若干支撑杆(1.1)、若干叶片(1.2)、风轮轴(1.5)和轴部套筒(1.3)组成，所述轮圈(1.4)与轮圈(1.4)之间由若干排列均匀的支撑杆(1.1)连接，所述叶片(1.2)挂接在所述支撑杆(1.1)上，最内层轮圈通过支撑杆与轴部套筒(1.3)连接，最外层轮圈(1.4)设有传动带带槽(1.6)。
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