CN104295449A - 一种叶片后置式风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片后置式风力发电装置,包括有立柱,风力发电主机,叶片,主机铰接于立柱顶部,叶片后置安装于主机的尾部;在立柱上部与主机后部之间还铰接有可伸缩动作的液压活塞缸;由液压活塞缸的活塞伸缩运动调节主机在立柱上的俯仰倾角变化;至少三根钢索均布固连在立柱上部,各钢索另一端斜拉与地桩固连,这样的设计,立柱钢索斜拉与叶片互不干涉,风阻力影响很小,叶片直径空间获得扩大,加大了风力扫掠面积,功率增加,还可以控调节旋转倾斜角谐调风力大小的负荷,自动跟踪风力,高坡度山地设置,叶片倾斜旋转正面对风,使风力得到充分利用。有斜拉钢索辅助,可降低结构成本,解决传统抗风力差的缺点,适合在强风海岸设置。
Description
技术领域
本发明涉及风能利用装置,特别是一种叶片置于立柱后方旋转且叶片可收叠的风力发电机。
背景技术
目前常见的传统风力发电机,用于发电的主机呈水平状安装在立柱顶部,叶片设置于立柱前方。这种称为前置式水平轴风力发电机的布局特点是,叶片正面迎风绕水平轴旋转,不受立柱絮流干扰,但其缺点是,当风力强度增加时,垂直立柱会承受很大的水平推力;叶片与主机设备配置在立柱顶端,重量大,重心高,立柱在设计中都采用钢材制作,安装要求很高,导致造价居高;更为突出的是,前置式风力发电机在山地设立时存有更大的缺陷,当自然风爬越山坡时,受地形影响会形成上升气流,运动方向与主机水平轴呈抑角姿态,推动叶片时就会有风力损失。再就是传统风力发电机对应强大风力时,常因风力过大无法控制造成机组损坏,风力超大时还会毁坏叶片和立柱,在多台风的海域,强台风过后,常有风机受损的报导。
另一方面,在前置式水平轴风力发电机中,也出现有斜拉钢索立柱的设计,但缺点是斜拉钢索的设置限制了叶片旋转直径的范围,由于要避面刮碰斜拉钢索,一般就要缩小叶片的长度,这导致叶片的风力扫掠面积范围缩小,直接影响到发电功率,这一矛盾至今仍未解决,因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种叶片后置式风力发电装置,以解决现有技术中单独立柱成本高、加斜拉钢索又对叶片造成影响的问题。特别是山地环境适应性差,不能充分利用爬坡上升气流等的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种叶片后置式风力发电装置,以解决规避强风能力弱,易被强风损坏,叶片折叠复杂、麻烦等的技术问题。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种叶片后置式风力发电装置,主要包括有立柱,风力发电主机,风力旋转叶片,其特征在于:所述主机铰接于立柱顶部,所述叶片后置安装于主机的尾部;在立柱上部与主机后部之间还铰接有可伸缩动作的液压活塞缸;由液压活塞缸的活塞伸缩运动调节主机在立柱上的俯仰倾角变化;至少三根钢索均布固连在立柱上部,各钢索另一端斜拉与地桩固连。
为方便调节叶片迎风发电,自动跟踪风向风力,提高风能的利用效率,所述立柱的上部设有可作360°旋转的套管,套管的顶部与主机下部铰接,套管的侧壁设有铰链与液压活塞缸一端铰接。
具体地,发电工作状态时,所述的液压活塞缸的活塞推动主机后部翘起,叶片迎角朝向立柱,主机的中心轴线与立柱形成大于90°的仰倾角,改变叶片的迎风面,同时增大叶片端部与斜拉钢索之间的间距。
叶片分为一片固定叶片和一至三片的活动叶片,在非工作状态时,所述的液压活塞缸的活塞带动主机后部下沉,主机的中心轴线与立柱形成小于90°的俯倾角,便于活动叶片与固定叶片收叠一起、束缚固定。
这种叶片后置倾斜旋转的技术方案能达到如下良好效果:1.叶片处于立柱后迎风工作,主机轴线与地平线形成一个夹角,叶片是朝向地面作倾斜旋转,在倾斜的山坡地形上安装,上升气流与叶片形成正面扫掠,这样就会减少风能损失,而传统风能机因受立柱垂直安装影响,前置叶片是无法对地倾斜安装的,就达不到这个效果。2.叶片倾斜后置,叶尖前部远离立柱,不受钢索阻挡,减少絮流干扰,同时让出空间便于安装斜拉钢索。设计上加大叶片扫掠直径,可明显提高风机功率,有钢索的辅助拉力,整体的抗折弯的性能提高,能承载因提高功率所增加的水平方向负荷。3.叶片后置有利于装置对风向的稳定性,可简化对风向机构设计,增强适用性。4.能利用叶片倾斜角度的变化平衡调整捕获风力大小的变化。操纵活塞的伸缩调节主机在立柱上的俯仰,如正常风速时,可调节倾角较小,使叶片仍保持有足够的受风面积,风力损失极少。在风速过大时,按需要变化倾角减少迎风面积,实现不停机可降低功率的操作方式,降低动能负荷平整发电波形,达到动力平衡目的。5.立柱有斜拉钢索辅助,规避强风破坏性能大为提高,可降低材料要求,减少制造成本,方使安装,保养,维修,对扩大使用区域。
进一步地,所述叶片分为固定叶片、右活动叶片、左活动叶片,均通过叶片座以抱合式安装在动力轴的轴套上,叶片座呈瓦背弧形,其上开有连接销孔,以抱合方式配装在动力轴中,每个叶片座的弧长就是动力轴圆周的三分之一,在叶片座的瓦背弧形中央处设有法兰,通过螺栓与叶片法兰固连。
主机的动力轴通过滚动轴承安装在主轴上,动力轴的一端设有圆挡板,圆挡板上加工有至少六个与叶片座上连接销孔对应连接的销孔,动力轴另一端设有齿轮和齿轮阶,齿轮阶上设有与圆挡板的销孔对应的同心销孔,齿轮向负责发电的主机传输动力,动作电机啮合齿轮,其中,固定叶片的叶片座由两长圆柱销通过连接销孔、销孔以穿插方式固连在圆挡板与齿轮台阶之间;而对于右活动叶片和左活动叶片的叶片座,其配装是:处于最邻近固定叶片的销孔,用长圆柱销穿插固连,而远离固定叶片的销孔则用短圆柱销配装,且对应装配短圆柱销的圆挡板一端的销孔内,还安装有活塞销,活塞销再连接配套的油压缸、油泵电机,而短圆柱销另一端对应的齿轮台阶的销孔内配装有顶出活塞,顶出活塞也配高压油管与油泵电机相通,油泵电机提供压力油注入油压缸推动内有活塞销,也提供压力油推动顶出活塞,间接推动短圆柱销,驱动活动叶片展开或收叠。所述立柱上设有可将各叶片的尖部固定在一起的Z字形抱合锁紧器,Z字形抱合锁紧器主视呈Z字形,其设置有可旋转的安装轴,转动安装轴,用两外端勾住固定叶片、右活动叶片、左活动叶片锁紧。
这样的叶片展开、收叠技术方案,其优点是:叶片收叠机构简单可靠,收叠方法程序简便快捷,可实施人工遥控,也适于设计自动控制,特别是叶片经收叠后,叶尖实现在立柱上紧固,有斜拉钢索辅助,可从根本上克服了超强风力长期带来的破坏性,将传统被动的抗风转变为有主动意义的抗风,解决风力发电领域内防强台风的难题。
具体地,本发明动力轴是负责叶片展开和收叠的主要零部件,通过滚动轴承安装在主轴上,动力轴一端有圆挡板,另一端有齿轮、齿轮台阶,作用是将叶片展开紧固在轴上受风力驱动而旋转,把产生的动力传输到发电主机,再就是可将叶片聚拢收叠,然后悬挂在其上。圆挡板和齿轮台阶有对应的九个同心销孔,通过圆柱销将叶片与动力轴相连接,配合液压动作,可经遥控展开和收叠聚拢叶片。
叶片分固定叶片和活动叶片,固定叶片是永久固连在动力轴上的,而活动叶片则能在动力轴上收叠和展开。叶片配合叶片座安装在动力轴上,叶片座上有连接销孔和法兰,其连接销孔对应配合圆柱销与圆挡板和齿轮台阶上的九个销孔装配。叶片座法兰用于与叶片固连。
圆柱销分为长圆柱销和短圆柱销两种,长圆柱销用于固定叶片与动力轴的永久固连,而活动叶片则分别使用一长圆柱销和两短圆柱销,其长圆柱销用作安装定位和悬挂收叠后的活动叶片;其短圆柱销安装在活动叶片的叶片座销孔内,与一个顶出活塞和一个活塞销配合安装,用于活动叶片在动力轴上的固接和收叠。
油泵电机,液压缸,活塞销是组合部件,连同安装在动力轴圆挡板的外端,活塞销安装在与短圆柱销对应的销孔内,顶出活塞安装齿轮台阶的销孔内、且与活塞销对应,油泵电机通过油压控制两端活塞的伸缩,推动短圆柱销在销孔内连接与脱离,每个活动叶片的短圆柱销孔都配装有对应的活塞销和顶出活塞。
用圆柱销将叶片配装在动力轴上,是叶片展开和收叠技术关键。活动叶片展开时,液压缸推动活塞销将部分进入叶片座的连接销孔,与此同时,跟活塞销对接的短圆柱销也有一部分被推入齿轮台阶的销孔内,将活动叶片固定在动力轴上。叶片需要收叠时,液压缸的液压油由控制阀经油管引向齿轮台阶销孔内的顶出活塞,将短圆柱销回位于叶片座内,同时也将活塞销顶回,使活动叶片失去展开支撑的作用,此时的长销只作为转轴使用,将活动叶片悬挂动力轴上,在重力作用下垂直于地面。
附图说明
图1是本发明叶片展开侧视示意图。
图2是本发明叶片展开正面示意图。
图3是本发明叶片收叠侧视示意图。
图4是本发明安装在坡地上工作示意图。
图5是本发明主要机构局部装配示意图。
图6是图5的B-B剖面示意图。
图7是图6的叶片收叠示意图。
图8是本发明Z字形抱合锁紧器示意图。
图9是本发明叶片锁紧的示意图。
附图标记说明:液压活塞缸1,钢索2,立柱3,套管4,主机5,固定叶片6,右活动叶片7,左活动叶片8,轴销9,油泵电机10,油压缸11,活塞销12,圆挡板13,连接销孔14,短圆柱销15,动力轴16,顶出活塞17,齿轮18,齿轮阶19,Z字形抱合锁紧器20,动作电机21,主轴22,滚动轴承23,长圆柱销24,轴套25,销孔26、26A,叶片座27。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
实施例一:参见图1—图4,本实施例的风力发电装置主体包括有液压活塞缸1,钢索2,立柱3,套管4,主机5,固定叶片6,活动叶片7、8及地桩。四根钢索2从立柱3上部斜拉至地面,紧固在地桩上,主机5的底部中央及后部分别设有铰链,立柱3的上部设有可360°旋转的套管4,套管4的顶部与主机5底部中央通过轴销9铰接,套管4的侧壁设有铰链与液压活塞缸1一端铰接,液压活塞缸1的另一端与主机5的后部铰接。液压活塞缸1由一个可遥控的小型油压站提供和回收压力油,操纵液压活塞缸1的活塞伸缩运动,就可调节主机5在立柱3上的俯仰倾角变化。当液压活塞缸1的活塞推动主机5后部翘起,主机5的中心轴线与立柱3形成大于90°的仰倾角;当液压活塞缸1的活塞带动主机5后部下沉,主机5的中心轴线与立柱3形成小于90°的俯倾角。
本实施例中,固定叶片6、活动叶片后置安装于主机5的尾部,它们的迎角朝立柱3方向安装,水平轴线向下以倾斜姿态对风旋转(如图1所示),而在坡地安装,是正面呈90°角对风旋转的(如图4所示,图中箭头示意上升气流的风向)。
实施例二:参见图5—图9,本实施例是叶片在动力轴16上展开和收叠过程,本实施例中,主机5的动力轴16通过滚动轴承23安装在主轴22上,动力轴16的一端设有圆挡板13,圆挡板13上加工有多个连接叶片座27的销孔26(26A),动力轴16另一端设有齿轮18和齿轮阶19,齿轮台阶19上设有与圆挡板13的销孔26有对应的同心销孔,齿轮18向负责发电的主机5传输动力,动作电机21啮合齿轮18,其中,固定叶片6的叶片座由长圆柱销24通过连接销孔14、销孔26以穿插方式固连在圆挡板13与齿轮台阶19之间;而对于右活动叶片7和左活动叶片8的叶片座,其配装是:处于最邻近固定叶片6的销孔26,用一长圆柱销24穿插固连,而远离固定叶片6的其余销孔26A则用两短圆柱销15配装,且对应装配短圆柱销15的销孔26A内还安装有活塞销12,活塞销12再连接配套的油压缸11、油泵电机10,而短圆柱销15另一端对应的齿轮台阶19的销孔内配装有顶出活塞17,顶出活塞17也配高压油管与油泵电机10相通,油泵电机10提供压力油注入油压缸11推动内有活塞销12,也提供压力油推动顶出活塞17。为简化结构,右活动叶片7、左活动叶片8各用一个油泵电机10。本实施例中,圆挡板13上的销孔26或26A一共有九个。
叶片的收叠过程:从正视方向看,用遥控操纵主机5中的动作电机21驱动动力轴16的齿轮18,将右活动叶片7的叶尖停在时针六点钟方位,再遥控启动右活动叶片7的油泵电机10,通过顶出活塞17将短圆柱销15回位于叶片座27的连接销孔14内,使右活动叶片7失去展开支撑,此时长圆柱销24只作悬挂右活动叶片7用,接下来继续操纵动作电机21,将固定叶片6顺时针移动,与悬挂在六点钟方位的右活动叶片7相合并,用叶片偏转角重叠的特点,依托右活动叶片7移动至十点钟方位停止,此时左活动叶片8被移动到六点钟方位,遥控启动左活动叶片8的油泵电机10、顶出活塞17等,使左活动叶片8也失去展开支撑悬挂在六点钟方位,回转动作电机21,将十点钟方位的固定叶片6、右活动叶片7移回六点钟方位停止动作电机21,把固定叶片6、右活动叶片7、左活动叶片8排列收叠在六点钟方位,启动液压活塞缸1将主机5调至俯倾角,使三叶片尖接触到立柱3上的Z字形抱合锁紧器20上,最后转动Z字形抱合锁紧器20将三叶片锁定立柱3上(如图3所示)。
叶片的展开过程:在巳收叠锁定的三叶片作示范展开操作,具体地,先回转Z字形抱合锁紧器20将叶片脱锁,遥控操纵液压活塞缸1将主机5调至仰倾角,再遥控启动主机5中的动作电机21驱动齿轮18,用固定叶片6将左活动叶片8托举到一点钟时针方位停止,使右活动叶片7处在五点钟方位,在长圆柱销24定位和叶片重力作用下,右活动叶片7叶片座27的连接销孔14与圆挡板13的销孔26A自行对齐,此时再遥控启动右活动叶片7的油泵电机10,将活塞销12、短圆柱销15推进销孔26A锁定位置,完成对右活动叶片7的固连,接下来,回转动作电机21顺时针转动固定叶片6、左活动叶片8,左活动叶片8运行在六点钟方位时脱离固定叶片6依托,凭自身重力垂直朝向地面,固定叶片6继续移动至十一点钟方位,使左活动叶片8运行在七点钟方位对齐销孔26A,最后遥控启动左活动叶片8的油泵电机10,将活塞销12、短圆柱销15推进齿轮阶19的销孔锁定位置,完成对左活动叶片8的固连。此时固定叶片6、右活动叶片7、左活动叶片8在动力轴16上全部展开可施行迎风发电工作。
应当理解的是,本专利的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本专利所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种叶片后置式风力发电装置,主要包括有立柱,风力发电主机,风力旋转叶片,其特征在于:所述主机(5)铰接于立柱(3)顶部,所述叶片后置安装于主机(5)的尾部,在立柱(3)上部与主机(5)后部之间还铰接有可伸缩动作的液压活塞缸(1);由液压活塞缸(1)的活塞伸缩运动调节主机(5)在立柱(3)上的俯仰倾角变化;至少三根钢索(2)均布固连在立柱(3)上部,各钢索(2)另一端斜拉与地桩固连。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置,其特征在于,所述立柱(3)的上部设有可360°旋转的套管(4),套管(4)的顶部与主机(5)下部铰接,套管(4)的侧壁设有铰链与液压活塞缸(1)一端铰接。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置,其特征在于,发电工作状态时,所述的液压活塞缸(1)的活塞推动主机(5)后部翘起,叶片迎角朝立柱(3)方向安装,主机(5)的中心轴线与立柱(3)形成大于90°的仰倾角,改变叶片的迎风面,同时增大叶片端部与斜拉钢索(2)之间的间距。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电装置,其特征在于,叶片分为一片固定叶片和一至三片活动叶片,在非工作状态时,所述的液压活塞缸(1)的活塞带动主机(5)后部下沉,主机(5)的中心轴线与立柱(3)形成小于90°的俯倾角,便于活动叶片与固定叶片收叠一起、束缚固定。
5.根据权利要求4所述的风力发电装置,其特征在于,所述叶片分为固定叶片(6)、右活动叶片(7)、左活动叶片(8),均通过叶片座(27)以抱合式安装在动力轴(16)的轴套(25)上,叶片座(27)呈瓦背弧形,其上开有连接销孔(14),以抱合方式配装在动力轴中,每个叶片座(27)的弧长就是动力轴(16)圆周的三分之一,在叶片座(27)的瓦背弧形中央处设有法兰,通过螺栓与叶片法兰固连。
6.根据权利要求5所述的风力发电装置,其特征在于,主机(5)的动力轴(16)通过滚动轴承(23)安装在主轴(22)上,动力轴(16)的一端设有圆挡板(13),圆挡板(13)上加工有与叶片座(27)上连接销孔(14)对应连接的销孔(26),动力轴(16)另一端设有齿轮(18)和齿轮阶(19),齿轮台阶(19)上设有与圆挡板(13)的销孔(26)对应的同心销孔,齿轮(18)向负责发电的主机(5)传输动力,动作电机(21)啮合齿轮(18),其中,固定叶片(6)的叶片座由长圆柱销(24)通过销孔(26)以穿插方式固连在圆挡板(13)与齿轮台阶(19)之间;而对于右活动叶片(7)和左活动叶片(8)的叶片座,其配装是:处于最邻近固定叶片(6)的销孔(26),用长圆柱销(24)穿插固连,而远离固定叶片(6)的销孔(26A)则用短圆柱销(15)配装,且对应装配短圆柱销(15)的圆挡板(13)一端的销孔(26A)内,安装有活塞销(12),活塞销(12)再连接配套的油压缸(11)、油泵电机(10),而短圆柱销(15)另一端对应的齿轮台阶(19)的销孔内配装有顶出活塞(17),顶出活塞(17)也配高压油管与油泵电机(10)相通,油泵电机(10)提供压力油注入油压缸(11)推动内有活塞销(12),也提供压力油推动顶出活塞(17),间接推动短圆销(15),驱动活动叶片展开或收叠。
7.根据权利要求6所述的风力发电装置,其特征在于,所述立柱(3)上设有可将各叶片的尖部固定在一起的Z字形抱合锁紧器(20),Z字形抱合锁紧器(20)主视呈Z字形,其设置有可旋转的安装轴,转动安装轴,用两外端勾住固定叶片(6)、右活动叶片(7)、左活动叶片(8)锁紧。
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