CN103016271B - 一种可扩展工作风速范围的风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于风力发电技术领域的一种可扩展工作风速范围的风力发电机组。包括风轮叶片、机舱、机舱罩、轮毂、塔筒和发电机，发电机位于机舱内，轮毂内设有发条室，轮毂和发电机通过发条室内的发条连接，轮毂的前端设置支撑杆，第一弹簧套在支撑杆外面，第一弹簧两端分别连接连动套筒和套筒位移限制装置，连动套筒套在支撑杆上，套筒位移限制装置固定在支撑杆上，风轮叶片根部由连动杆连接在连动套筒上，连动套筒和套筒位移限制装置之间的支撑杆中镶嵌额定风速阈值装置。本发明提供的风力发电机组可工作风速范围增大，在风速变化时能够保持正常的转速和功率输出，从而延长发电时间，提高风能利用率和设备利用率，增加发电量。

Description

一种可扩展工作风速范围的风力发电机组

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种可扩展工作风速范围的新型风力发电机组。

背景技术

风能作为一种价格低廉、绿色环保的新能源，在发电领域得到巨大的关注和发展。目前安装的风力发电系统多是上风式MW级与电网互联的大型风力发电系统，该行业的技术经过不断完善已日渐成熟，但是小型风力发电机还需要解决技术上的很多难点和不足。一方面风力发电机正常运行时的风速需要大于启动风速同时小于切出风速，全年8760个小时理想情况下只有约2000个小时可用来发电，可发电风速范围较小以至于发电时长较短，发电地区受限制，使风能利用率较低。另一方面风力发电输出电压随风速波动较大，使电能质量较低。而且上风式风力发电机需要偏航装置，以至于发电成本较高。

发明内容

为了克服传统风力发电机发电时长短、输出电压波动大、需要偏航装置的不足，本发明提供一种可扩展工作风速范围的新型风力发电机，不仅能够降低切入风速，提高切出风速，还可以省去偏航装置，同时平稳输出电压。

可扩展工作风速范围的新型风力发电机组，包括风轮叶片、机舱、机舱罩、轮毂、塔筒和发电机，发电机位于机舱内，轮毂内设有发条室，轮毂和发电机通过发条室内的发条连接，轮毂的前端设置支撑杆，第一弹簧套在支撑杆外面，第一弹簧两端分别连接连动套筒和套筒位移限制装置，连动套筒套在支撑杆上，套筒位移限制装置固定在支撑杆上，每个风轮叶片的根部均由与其相连的连动杆连接在连动套筒上，连动套筒和套筒位移限制装置之间的支撑杆中镶嵌额定风速阈值装置；

所述额定风速阈值装置由第二弹簧和阀值带构成；第二弹簧位于支撑杆内部，阀值带半镶嵌到支撑杆中并与支撑杆中的第二弹簧连接。

支撑杆可以与轮毂接触连接或者固定连接。

叶片根部由连动杆连接在连动套筒上，使3个叶片在受力不同的情况也可以调节相同的锥角，保持风轮受力平衡和正常工作。

风轮叶片与轮毂通过轴承连接，塔筒与机舱刚性连接。

可扩展工作风速范围的新型风力发电机组采用下风式结构，辅以水滴形导流机舱罩。下风式风机可自动调向对风，省去偏航装置和尾翼，进而减少成本。对于水滴形机舱罩，水滴形是流体阻力最小的形状，导流机舱罩可将叶片根部的风聚焦到叶片端部，提高空气密度，提高风能利用效率。风经过导流机舱罩汇集到叶片端部，吹动叶片旋转，带动发条，从而带动发电机旋转，开始发电。

可扩展工作风速范围的新型风力发电机组风轮叶片与轮毂由轴承连接，风轮锥角随风速大小可调，当风速大于额定风速，叶片受力增大，风轮锥角自动变大，扫风面积减小，叶片转速降低，在风速大时依然可保持正常转速和输出功率，提高切出风速。

可扩展工作风速范围的新型风力发电机组轮毂和发电机通过发条连接，一方面当风速小于切入风速时，发条处于松弛状态，风轮叶片未连接发电机可自行空转，积累能量。另一方面，当风力发电机运行时，外界风速变化，由于发条中积累能量，缓冲风速波动对发电机的影响，能够平稳输出电压，保护发电机，提高输出电能质量。

本发明的有益效果是本发明提供的风力发电机组可工作风速范围增大，在风速变化时能够保持正常的转速和功率输出，从而延长发电时间，提高风能利用率和设备利用率，增加发电量。

附图说明

图1是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的风机整体结构正视图；

图2是是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的风机整体结构侧视图。

图3是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的轮毂结构正视图；

图4是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的轮毂结构剖视图。

图5是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的风轮锥角可调装置侧视图。

图6是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的额定风速限制装置剖视图；

图7是本发明可扩展工作风速范围的新型风力发电机组的额定风速限制装置俯视图。

图中标号：1.塔筒；2.机舱罩；3.轮毂；4. 风轮叶片；5.轴承；6.发条室；8.连动杆；9.连动套筒；10.额定风速阈值装置；11.套筒位移限制装置；12.支撑杆；13.第一弹簧； 14.阈值带；15.第二弹簧。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

以下结合附图对本装置做进一步的描述。

可扩展工作风速范围的新型风力发电机组，包括风轮叶片4、机舱、机舱罩2、轮毂3、塔筒1和发电机，发电机位于机舱内，轮毂3内设有发条室，轮毂和发电机通过发条室内的发条连接，轮毂3的前端设置支撑杆12，支撑杆12与轮毂3接触连接或者固定连接,第一弹簧13套在支撑杆12外面，第一弹簧13两端分别连接连动套筒9和套筒位移限制装置11，连动套筒9套在支撑杆上，套筒位移限制装置11固定在支撑杆上，每个风轮叶片4的根部均由与其相连的连动杆8连接在连动套筒9上，连动套筒9和套筒位移限制装置11之间的支撑杆中镶嵌额定风速阈值装置10；

所述额定风速阈值装置10由第二弹簧15和阀值带14构成；第二弹簧15位于支撑杆12内部，阀值带14半镶嵌到支撑杆12中并与支撑杆12中的第二弹簧15连接。

图6和图7为额定风速阈值装置。

风轮叶片与轮毂通过轴承连接，塔筒与机舱刚性连接。

可扩展工作风速范围的新型风力发电机组采用下风式结构，辅以水滴形导流机舱罩。图2为水滴形导流机舱罩，其流体阻力小，位于迎风面。外部风经过水滴形导流机舱罩导流后，聚焦到风轮叶片端部，使叶片迎风面范围内的空气密度提高，叶片受力变大，从而提高叶片转速。此过程可使发电机的切入风速较传统风机降低，提高风能利用率。

阈值带14结构如图6所示，外界风速大于额定风速时，连动套筒9可将阈值带14挤压至槽中，使连动套筒9可越过额定风速阈值装置10，从而改变风轮锥角。当风速降低至额定风速以下时，由阈值带外部结构决定，弹簧13可将连动套筒9挤压回原位置，风轮锥角不变，从而不影响小于或等于额定风速情况下的发电量。

当外界风速小于切入风速时，发电机轴不转动，而此时叶片空转，发条收紧，可将风能转变为部分弹性势能，储存于发条内。在瞬间风速大于风机启动风速时，便可将此部分弹性能量利用，释放转化为电能。

当外界风速大于切入风速，小于额定风速时，连动套筒9挤压额定风速阈值装置10，由额定风速阈值装置10中阈值带14的外部形状决定，此时额定风速阈值装置10对连动套筒9的阻力大于叶片对连动套筒的作用力，使得连动套筒9不能越过额定风速阈值装置10，风轮锥角不变，此时新型风机与传统风机工作原理相同。外界风速变化时，发条储存能量，缓冲风速波动对发电机的影响。

当外界风速大于额定风速小于切出风速时，连动套筒9挤压额定风速阈值限制装置10，由于此时风速较高，叶片受力大，阈值带14向下挤压弹簧12，可使连动套筒9越过风速阈值限制装置10，而后连动套筒9向后挤压弹簧13。此时连接叶片与轮毂的轴承转动，风轮锥角随叶片受力增大而增大，扫风面积随之减小，叶片转速减小，稳定输出功率。因此当风速大于传统风机的切出风速时，此新型风机仍能正常工作，提高了风机的切出风速。

当外界风速大于切出风速时，连动套筒9挤压并越过额定风速阈值装置10，此过程同外界风速大于额定风速小于切出风速时的情况相同，由于风速较高，叶片受力大，连动套筒9将挤压弹簧13直到挤压至套筒位移限制装置11，叶片4被机舱罩2挡住，转速几乎为0，发电机停机，对设备保护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.可扩展工作风速范围的风力发电机组，包括风轮叶片(4)、机舱、机舱罩(2)、轮毂(3)、塔筒(1)和发电机，发电机位于机舱内，轮毂(3)内设有发条室，轮毂和发电机通过发条室内的发条连接，轮毂(3)的前端设置支撑杆(12)，第一弹簧(13)套在支撑杆(12)外面，第一弹簧(13)两端分别连接连动套筒(9)和套筒位移限制装置(11)，连动套筒(9)套在支撑杆上，套筒位移限制装置(11)固定在支撑杆上，每个风轮叶片(4)的根部均由与其相连的连动杆(8)连接在连动套筒(9)上，连动套筒(9)和套筒位移限制装置(11)之间的支撑杆中镶嵌额定风速阈值装置(10)；所述额定风速阈值装置(10)由第二弹簧(15)和阀值(14)带构成；第二弹簧(15)位于支撑杆(12)内部，阀值带(14)半镶嵌到支撑杆中并与支撑杆中的第二弹簧(15)连接，其特征在于，轮毂(3)内设有发条室，连动套筒(9)和套筒位移限制装置(11)之间的支撑杆中镶嵌额定风速阈值装置(10)，采用下风式结构，辅以水滴形导流机舱罩。