CN103133244A - 发电塔涡轮涡扇运转结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电塔涡轮涡扇运转结构。所述结构包括运行轨道、涡轮涡扇、运转齿圈、轴组件、固定架、电机组件。运行轨道置于混凝土基台上，运行轨道底部均匀分布螺栓组将运行轨道固定在混凝土基台上；涡轮涡扇置于运行轨道上，运行轨道上均匀分布五个顶柱；运转齿圈置于涡轮涡扇的顶面；轴组件连接在固定架上；驱动组件与制动组件固定在固定架上；整个组件置于安装有静止叶片的圆筒内部。本发明技术方案产生的有益效果是涡轮涡扇运转结构简单，拆装方便，且在同样的风速下比已有叶轮能够产生更大电量的发电机组涡轮涡扇。

Description

发电塔涡轮涡扇运转结构

技术领域

本发明涉及风力发电结构，特别是涉及一种发电塔涡轮涡扇运转结构。 

背景技术

我国近些年来出现了大面积“拉闸限电”现象。造成电力供应紧张的原因既有经济快速增长，高耗能产业急速发展的因素，也有能源结构不合理，新能源、可再生能源开发不足方面的因素。中国目前的电力供应主要以水力发电和火力发电为主，一旦干旱严重或煤炭供应紧张，电力供应就会受到很大的影响。而风能作为一种重要的可再生能源，取之不尽、用之不竭，因而风力发电技术在国内外受到了极大的重视。 

由于自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不稳定的特性，因此风力发电存在功率调节、变速运行、对风调节和变浆距等问题。由于在地面上利用太阳能要受到大气层衰减的影响，还要受阴晴天、日出日落、地理位置等影响，因此太阳能的利用率较低，而且能量不平衡。 

目前，我国使用的风力发电机组多是由风轮、齿轮箱式增速器和发电机装配构成的机械驱动式风力发电机组，并三片叶浆整体配装在整个塔架顶端上，结构复杂，重量大，成本高，而在没有风的情况下还不能发电。 

为此，本申请的发明人针对上述传统技术的缺陷，通过本申请特提出有效的解决方案。 

发明内容

本发明目的在于，提供一种风力发电装置，以克服上述传统技术方案所存在的能源利用率不高，发电装置结构不合理的缺陷。 

本发明目的还在于，提供一种综合能源风道井发电站，以克服上述传统技 术方案所存在的太阳能预加热效率不高，电能输出不够稳定的的缺陷。 

本发明目的还在于，提供一种风塔结构，针对公知技术方案的缺陷加以改进，从而为综合能源风道井发电站提供高强度、高稳定性的结构，为充分利用综合能源产生高强、高平顺性的做功气流提供了基本的保障。 

本发明目的还在于，将一种大型的风塔发电涡轮叶轮运转结构奉献于世，并依法获得专利权。按照本发明的风塔发电涡轮叶轮运转结构能够克服上述现有技术中的不足，简化现场施工工艺，降低安装难度和装配工时。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：涡轮叶轮运转结构包括运行轨道、涡轮涡扇、运转齿圈、轴组件、固定架、电机组件。运行轨道置于混凝土基台上，运行轨道底部均匀分布螺栓组将运行轨道固定在混凝土基台上；涡轮涡扇置于运行轨道上，运行轨道上均匀分布五个顶柱；运转齿圈置于涡轮涡扇的顶面；轴组件连接在固定架上；发电机组件于固定在固定架上；整个结构置于安装有静止叶片的圆筒内部。 

本发明的风塔发电机组涡轮涡扇运转结构结构简单，拆装方便，同样的风速下能够使大齿圈带动小齿轮转动，使小齿轮高速运转产生较大的电量。 

优选的是，所述涡轮涡扇为风力发电叶轮。本发明的涡轮涡扇不仅适于风向不同环境，也适于风力比较小的环境中，将更多的风能转换为机械能。 

优选的是，所述涡轮涡扇的轮毂内外都装有叶片，叶片与水平面呈75°-80°夹角，且内外叶片的倾斜方向相同，从而将自然环境中的任意方向的风通过圆筒静止叶片及风道井底层加热系统转变成像龙卷风一样一致的旋转上升的热气流，急速提升到上空。 

优选的是，所述涡轮涡扇置于带有五个顶柱。五个顶柱均匀分布着的运行轨道上。此运行轨道用于保证了叶轮沿着运行轨道的外圈作圆周转动，避免了涡轮涡扇在风力较大时出现倾斜。 

优选的是，所述运行轨道是由均匀的三段阶梯式圆弧轨道组成。便于拆装方便，且有利于装入、拉出安装有静止叶片的筒内的方便。 

优选的是，所述运行轨道顶销下的保护外壳里装有万向轮，保证了顶销上支撑的叶轮沿轨道圈平稳的进行圆周转动。 

优选的是，所述运行轨道置于基台上。该基台为两半圆环形的混凝土基台。 

优选的是，所述运转齿圈为外圈带有轮齿，齿圈通过螺栓连接与叶轮进行 连接保证了当涡轮涡扇在风力作用下转动时而转动。 

优选的是，所述运转齿圈内圈中装有钢框架，便于轴组件的固定安装。 

优选的是，所述固定架为工字钢框架，便于发电机组件的安装，可更加牢固安全。

优选的是，上述组件置于安装有静止叶片的圆筒内。该叶片为直立式叶片，每片静止叶片与水平面方向成75°-80°夹角扭曲安装，保证了底层输入的风沿筒壁螺旋汇集上升，同时带动涡轮涡扇旋转而上升的风力也不会因高度而大幅度的减弱。 

优选的是，所述发电机组件根据风力的大小至少装一个或多个，各个发电机组件包括一转子轴，该转子轴连接于该传动机构，该传动机构随着该运行齿圈的转动与小齿轮啮合而转动并带动该转子轴转动进而使该发电机发电。 

经由本发明所采用的技术手段，涡轮涡扇只需经由传动机构即可带动发电机，而传动机构设置于涡轮涡扇的顶面，在制造和组装上均相当方便，可节省许多制造成本和人力工时。 

本发明的工作原理及有益效果如下： 

风道井基部的进气道位于环绕其四周的太阳能预热室中，阳光通过棱镜、凸透镜构成的聚光装置加热充填有集热介质的管道，根据设计温度要求，该管道可多重环绕或盘结于该太阳能预热室中以获得足够的温度，同时，更可连接于另外设置的具有更高加热效能的太阳能集热器、空气压缩机的液冷散热系统、地下热水供热系统等以充分利用周围环境的热能，进而使管道达到比直接照射空气高得多的温度，在管道以一定密集度排列的情况下，管道周边的空气就会比仅仅接受阳光照射时具有更高的温度。加热的空气进入风道井基部的进气道，根据烟囱的原理使在风道井中的风产生更高的流速和压力。当风力、阴晴、日照等自然条件的改变等而导致气流波动时，例如，自然条件良好使发电量过剩时，调峰装置即可通过配电控制系统的调配向蓄电池存储多余的电能或带动空气压缩机向储气罐中存储压缩空气；反之，当发电量不足时，调峰装置即可释放上述存储的电能向送风机供电提供有效的补充气流流量，而储气罐则可驱动风道井中的气动马达辅助发电机的运转。根据当地的自然条件选择适当的调峰容量，便可实现日夜、四季的均衡发电。 

风道井中的平顺上升气流在涵道装置处，其沿风道井壁较近的气流仍按原 行进方向和速度向上流动，风道井中心部分的气流进入涵道装置，在正常运转情况下，压气涡轮将进入涵道入口的气流加压、加速冲向上方的叶轮，气流进一步被涵道缩径部压缩，形成更快、压力更大的顺流，此时推动叶轮运转带动发电机发电，同时，叶轮输出的部分功率反馈施加于压气涡轮，带动涡轮运转继续对入射风道井的气流进行增压、加速。根据流体力学原理，具有对称双曲线截面的内轮廓是使流体流动最顺畅的截面形状，其“烟囱”效应最强，具有较大的开口形状，最大限度减小了入射、出射气流在涵道入口、出口处与周边气流的速度和压力差，不易产生湍流，即对气流整体流动性的扰动最小，同时也消除了主要的噪音源。因此，优选将涵道侧壁纵截面设计成对称的双曲线轮廓。根据所选用发电机的工作转速或频率，结合涵道设计，其叶轮和压气涡轮的合理转速很难相互协调，可通过加入适当的变速机构协调转速，使它们都达到最佳的运转效率。 

涵道装置尽可能同轴设置于风道井的中心部位，且其截面面积不大于风道井截面面积的50％，对周边气流的干扰相对较小，利于做功气流流速和压力的恢复，以保障下一级发电装置的有效运转。 

选用结构较简单的变频永磁发电机，可使维护工作简化，且易于适应相对不稳定的功率输入条件。 

通过上述结构，承重结构通过对称分布的支撑杆将风道井支撑于承重结构之中并牢固地构成一整体，承重结构采用钢桁架结构使组装更容易，对称分布的支撑杆提供了各向稳定均衡的支撑，而风道井由于无需承重，可采用分段预制的钢筋混凝土圆管拼接，极大地提高了施工效率并降低了施工难度，还可保证风道井内壁的光滑标准，十分有利于高气压、高流速的大功率风道井发电站建设。 

风道井中的平顺上升气流在出口处进入消音器，通过消音器中分散的多个排气孔发散排出，不再与外界的大气剧烈相撞，使排气更加顺畅，并不再产生排气噪音，也降低了对风塔顶端结构的直接冲击。 

本发明以传动机构连接发电机的设计其结构稳定，即使风力强大也不易损坏，在保养上相当轻省。 

附图说明

下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，其中： 

图1所示为按照本发明的涡轮涡扇运转结构的一优选实施例的结构示意图； 

图1A所示为图1中A处的局部放大图； 

图2所示为图1A一优选实施例的组装件立体图； 

图2-1所示为图1A一优选实施例的组装件主视图； 

图2-2所示为图1A一优选实施例的组装件俯视图； 

图2-3所示为图1A一优选实施例的组装件侧面剖视图； 

图3所示为运行轨道立体图； 

图4所示为涡轮涡扇平面图； 

图5所示为风塔内部圆筒图； 

图5-1所示为风塔内部圆筒剖视图。 

图中标注说明：黄油固定圈20，混凝土基台1，螺栓组2，运行轨道3，运行轨道A处局部放大图4，涡轮涡扇5，运转齿圈6，固定架7，长轴8，静止叶片圆筒9，小齿轮轴轴承10，小齿轮11，多柱体动力分配器12，变速器13，Nkw永磁发电机14，高压电磁助力器66，启动器15，制动器16，顶柱31，万向轮外壳32，万向轮轴33，万向轮34，轨道35，短轴41，轴承下端盖42，短轴轴承43，轴承上端盖44，润滑油箱45，外叶片51，内叶片52，轮毂53，轮毂外壁54，轮毂内壁55，圆筒内壁91，圆筒外壁92，静止叶片93。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 

参阅图1所示，本发明风力发电涡轮涡扇结构包括：运行轨道3、涡轮涡扇5、运转齿圈6、轴组件、固定架7、电机组件。参阅图4所示，将多个外叶片51与水平面呈75°夹角均匀的焊接在轮毂53的外圈54上；将多个外叶片52与水平面呈75°夹角均匀的焊接在轮毂53的内圈55上，且内外叶片的倾斜方向相同，可以使风一致螺旋上升。 

参阅图2、图3和图1(A)所示，将装有叶片的涡轮涡扇5安装在运行轨道3上，涡轮涡扇5由运行轨道3上均匀分布的五个顶柱31托起。顶柱31焊接在万向轮外壳32的顶面，万向轮外壳32内部装有一带有万向轮轴32的万向滚动轮33，从而保证了涡轮涡扇5平稳的沿轨道32运转。 

涡轮涡扇5和运行轨道3的组合件通过螺栓组2固定在混凝土基台1上。将运转齿圈6通过黄油固定圈20牢固的固定在内部装有钢梁框架涡轮涡扇的上平面上，要说明的是运转齿圈6的中心与涡轮涡扇的5的中心对齐，这样才能保证运转的平稳性。 

参见图1和图2-2所示：装有启动器13和制动器14的长轴8的下端设置于运转齿圈6的框架的中央位置，长轴8的上端装有一轴承，轴承固定在固定架7上。 

与运转齿圈6相啮合的小齿轮9安装与一轴体上，该轴端的轴承固定在固定架7的一连接板上。将装有Nkw永磁发电机14、变速器13、多柱体动力分配器12的电机组件与该轴进行连接。 

参加图5和图5-1所示，上述所有组装件置于内部装有与垂直方向呈75°夹角的静止叶片93的静止叶片圆筒9内，当涡轮涡扇5抽送的螺旋风通过时，将沿着静止叶片圆筒9的圆筒内壁91螺旋上升。 

运转齿圈6通过黄油固定圈20与涡轮涡扇5固定在一起，当风力从进风口进入时推动涡轮涡扇5进行旋转，运转齿圈6与小齿轮11进行啮合从而带动发电机14来发电。 

本领域技术人员可以理解，本发明的涡轮涡扇运转结构的技术方案的范畴包括了上述各部分的任意组合。由于篇幅有限不能一一例举。 

由以上的实施例可知，本发明所提供的风力发电涡轮涡扇结构在产业上显然具有实用价值，故本发明已符合于专利的条件。 

Claims (10)

1.风塔发电涡轮涡扇运转结构，包括运行轨道、涡轮涡扇、运转齿圈、轴组件、固定架、电机组件，其特征在于：涡轮涡扇为内外都装有扭曲的叶片，该涡轮涡扇置于装有顶柱的运行轨道上，涡轮涡扇上平面装有一运行齿圈，并且内部装有钢梁框架，框架中央位置装有固定组件，另外在运行齿圈周边装有至少一个电机组件，再将整个组装件通过螺栓连接固定在混凝土基台上。

2.如权利要求1的风塔发电涡轮涡扇运转结构，其特征在于：涡轮涡扇置于运行轨道的顶柱上。

3.如权利要求1或2的风塔发电涡轮涡扇运转结构，其特征在于：运行轨道的顶柱置于万向轮外壳顶部。

4.如权利要求1-3中任一项的风塔发电涡轮涡扇运转结构，其特征在于：运行轨道的万向轮外壳内装有万向滚动轮。

5.如权利要求4的风塔发电涡轮涡扇运转结构，其特征在于：运行轨道的万向轮外壳内的万向滚动轮上装有一个万向轮轴。

6.如权利要求上述权利要求中任一项的风塔发电涡轮涡扇结构，其特征在于：万向轮外壳卡入运行轨道的轨道槽内，以防万向轮脱轨。

7.如权利要求上述权利要求中任一项的风塔发电涡轮涡扇结构，其特征在于：运行轨道均匀的分为阶梯式的三段。

8.如权利要求7风塔发电涡轮涡扇结构，其特征在于：运行轨道通过螺栓固定在混凝土基台上。

9.如权利要求8风塔发电涡轮涡扇结构，其特征在于：混凝土基台为两半圆环形。

10.如权利要求1风塔发电涡轮涡扇运转结构，其特征在于：涡轮涡扇的内外叶片与水平面呈75°的夹角。

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