CN104454356B - 一种风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电机，通过在机舱内对应设置所述定子的位置，朝向所述机舱轴心周向延伸设置有凸起环，在所述凸起环的内缘上设置有奇数个支撑件，在每个所述支撑件上设置有适于所述凸起环的内缘插入并卡定的卡槽；在所述支撑件上，卡槽上方设置有楔形支撑头；在所述定子外缘上设置有与所述的凹处相适配的延伸凸起，以及与所述楔形支撑头相适配的卡头。本发明通过上述设置使得转子的叶片在转动时由于巨大的风速扰动而导致定子的振动通过上述结构设置而分散开，提高了定子的稳定嵌套。此外，本发明所述的风力发电机通过设置夹层以及内壁的冷却液循环管形成了足以使得转子、齿轮箱和发电机散热良好的环境，提高了设备的工作稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，属于风力发电技术领域。
背景技术
随着经济和人口的增长，电力资源问题成为越来越受关注的社会问题。随着煤炭资源开采的逐渐加深，煤炭资源日趋匮乏，与此同时燃煤发电所带来的雾霾问题，启发了整个社会去考虑能源合理利用来解决电力资源问题。
风力逐渐走入人们的视野，风力所蕴藏的能量之大，如果可以合理、有效利用，那么将有效地解决燃煤发电目前所存在的资源匮乏、环境污染的问题。根据数据计算，如果可以有效利用风力，那么全世界每年燃烧煤所获得的电能，只有风力在一年内所提供电能的三分之一。
目前，风力发电已经成为一种无需燃料、清洁、有效的发电方式，其充分利用了风能潜能大、可再生、无污染的特性，通过将风的动能转变成机械动能、再把机械能转化为电力动能从而发电。在发电时，所需装置称为风力发电机组，一般由风轮(小型装置还包括尾舵)、风力发电机和铁塔三部分组成。其中，风轮是将风的动能转变为机械能的重要结构件，由强度大、重量轻的螺旋桨叶轮组成。风力发电机则将由风轮得到的恒定转速通过升速传递把机械能转变为电能。铁塔是支承风轮(和尾舵)和发电机的结构件，为了获得较大、较均匀、具有足够强度的风力，铁塔的建造高度需要根据地面障碍物对风速的影响来确定。工作时，当风吹向叶轮时，叶轮上产生气动力驱动风轮转动，由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向处于不断变化的状态，这就导致叶轮转速不稳定，无法满足风力发电机的额定转速要求，所以在利用风轮带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。
作为风力发电机组中的重要部件，风力发电机的品质决定着风力发电的成败。从结构上来讲，风力发电机包括机舱、转子、定子、转子叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、发电机等。安装时，都是将定子紧密嵌套于机舱内部来设置，但是由于定子和机舱紧密嵌套，而定子和转子是相互配合设置的，转子转动时会由于巨大的风速扰动而导致定子在一定程度上产生振动，从而不利于定子在机舱内部的紧密嵌套设置。此外，风力发电机在设置时，由于内部转子的转动等会产生较大的热量，为了实现机舱内部温度保持在一定的水平，一般都需要设置风扇进行降温，而风扇的设置位置一般选择在机舱的端盖处，位于端盖处的风扇仅能在一定程度上对于转子处的散热具有一定的温度，但是对于距离端盖处较远的齿轮箱以及发电机的散热则无法有效控制。
此外，现有的风力发电机外壳主要考虑其刚度等性能，但是对于其散热的功能没有太多的考虑，即便设置了散热部件诸如风扇等，对于风力发电机本身工作散热作用并不大。
发明内容
本发明提供了一种有效解决因转子转动而引起的定子振动导致定子嵌套不稳定问题的风力发电机，同时该风力发电机还可以有效解决转子转动的散热以及发电机工作的散热。
本发明所解决的另一个技术问题是提供一种可有效实现自身散热的风力发电机。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种风力发电机，其包括外壳；
设置在所述外壳内部的机舱；
设置在所述机舱内的定子和转子；
在所述机舱的横向轴心线设置有低速轴，所述转子嵌套设置在所述低速轴上，在所述转子上设置有转子叶片；
所述风力发电机还设置有齿轮箱和发电机；
在所述机舱内部对应设置所述定子的位置，朝向所述机舱轴心周向延伸设置有凸起环，在所述凸起环的内缘上设置有奇数个支撑件，在每个所述支撑件上设置有适于所述凸起环的内缘插入并卡定的卡槽；在所述支撑件上，卡槽上方设置有楔形支撑头，所述楔形支撑头朝向所述机舱内壁倾斜且倾斜角a为30-50°；在所述凸起环的内缘上还设置有多个凹处；
在所述定子外缘上设置有与所述的凹处相适配的延伸凸起，以及与所述楔形支撑头相适配的卡头；
所述外壳为夹层结构，在夹层内从对应所述外壳的一端到另一端螺旋设置有冷却液循环管，所述冷却液循环管的一端为冷却液加入口，所述冷却液加入口设置在所述外壳外壁上，所述冷却液循环管的另一端延伸到所述机舱内壁；
在所述机舱内，避开所述定子设置的位置套设有散热套管，所述散热套管与所述机舱内壁之间具有间隙，所述间隙适于容纳冷却液循环管，所述散热套管上设置有多个均匀分布的通孔；在所述散热套管与所述机舱内壁之间的间隙内对应所述散热套管从一端到另一端周向设置有冷却液循环管，所述间隙内的冷却液循环管与夹层内的冷却液循环管连接；
所述低速轴与所述齿轮箱连接，齿轮箱通过高速轴与发电机连接；
所述风力发电机的外壳由如下重量份的原料熔铸而成：
铁35-50，铜3-4，锰10-15，铬0.5-0.8，镍1.0-3.0，钛1.5-2.3，铝900-930，改性石墨7-9；
所述改性石墨是由石墨经改性剂浸渍至少1.5h后、于300-500℃焙烧后粉碎得到，所述改性剂由如下组分组成：
十二烷基苯磺酸钠重量份为50-100，聚乙二醇600的重量份为30-60，水的重量份为200-300；石墨和改性剂的质量比为1∶2-1∶3。
在所述凸起环上开设有环形缓冲槽，所述环形缓冲槽以所述凸起环的中心为中心周向设置一周。
所述奇数个支撑件沿周向均匀分布。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的风力发电机，通过在所述机舱内部对应设置所述定子的位置，朝向所述机舱轴心周向延伸设置有凸起环，在所述凸起环的内缘上设置有奇数个支撑件，在每个所述支撑件上设置有适于所述凸起环的内缘插入并卡定的卡槽；在所述支撑件上，卡槽上方设置有楔形支撑头，所述支撑头朝向所述机舱内壁倾斜且倾斜角a为30-50°；在所述凸起环的内缘上还设置有多个凹处；在所述定子外缘上设置有与所述的凹处相适配的延伸凸起，以及与所述楔形支撑头相适配的卡头。
通过设置凸起环并在凸起环的内缘上设置支撑件，支撑件采用非固定焊接方式通过凸起环和机舱内壁连接，并通过楔形支撑头和定子的接触支撑，使得转子的叶片在转动时由于巨大的风速扰动而导致定子的振动通过上述结构设置而分散开，提高了定子的稳定嵌套。此外，本发明所述的风力发电机通过设置所述外壳为夹层结构，在所述夹层内从对应所述外壳的一端到另一端螺旋设置有冷却液循环管，所述冷却液循环管的一端为冷却液加入口，所述冷却液加入口设置在所述外壳外壁上，所述冷却液循环管的另一端延伸到所述机舱内壁，并且从所述机舱的一端到另一端避开所述定子设置的位置周向设置有冷却液循环管，机舱内的冷却液循环管与所述夹层内的冷却液循环管连接，使得机舱内部通过夹层以及内壁的冷却液循环管形成了足以使得转子、齿轮箱和发电机散热良好的环境，提高了设备的工作稳定性。
本发明所述的风力发电机，通过在所述凸起环上开设有环形缓冲槽，所述环形缓冲槽以所述凸起环的中心为中心周向设置一周，从而更好地实现了对转子风速扰动的进一步缓冲释放，更加提高了定子的稳定嵌套以及设备整体的稳定性。
此外，本发明所述的风力发电机，通过设置特殊的发电机外壳材料，有效地利用各材料组分铁、铜、锰、铬、镍、钛、铝、改性石墨之间的配合关系，同时利用改性剂对石墨改性，提高了石墨的导热、散热性能。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述风力发电机沿低速轴的纵剖图；
图2是本发明所述风力发电机的定子结构图以及与所述定子对应设置的侧剖图以及与所述定子配套设置的凸起环、支撑件和楔形支撑头的结构示意图；
图3是本发明所述支撑件的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-外壳，2-机舱，3-定子，4-转子，6-齿轮箱，7-发电机，8-高速轴，9-低速轴，10-凸起环，11-支撑件，12-楔形支撑头，13-凹处，14-冷却液循环管，15-延伸凸起，16-卡头，17-卡槽。
具体实施方式
本发明所述的风力发电机，如图1所示，其包括外壳1；在所述外壳1内部设置机舱2；在所述机舱2内还设置有定子3、转子4、齿轮箱6和发电机7，在所述转子4上设置有转子4叶片。在所述机舱2的横向轴心线设置有低速轴9，所述转子4嵌套设置在所述低速轴9上。在所述机舱2内部对应设置所述定子3的位置，朝向所述机舱2轴心周向延伸设置有凸起环10，对于所述凸起环10的设置优选设置为连续的周向凸起环10。在本实施例中，所述机舱2呈圆柱形，所述凸起环10为圆环形。在所述凸起环10的内缘上设置有奇数个支撑件11，见图2中的上图所述支撑件11可以根据实际风力发电机7的功率设计确定支撑件11的个数以更好地释放风力扰动所带来的对定子3卡定状态的影响。对于所述支撑件11的结构，见图3所示，其要求在每个所述支撑件11上设置有适于所述凸起环10的内缘插入并卡定的卡槽17；在所述支撑件11上，卡槽17上方设置有楔形支撑头12，所述楔形支撑头朝向所述机舱2内壁倾斜且倾斜角a为30-50°；在所述凸起环10的内缘上还设置有多个凹处13。
对应的，在所述定子3外缘上设置有与所述的凹处13相适配的延伸凸起15，以及与所述楔形支撑头12相适配的卡头16，见图2中的下图所示；使用时，首先保证楔形支撑头12对定子3进行卡定，然后再通过定子3外缘上的凸起和凸起环10上的凹处13配合实现进一步的固定。
此外，本发明所述的风力发电机7的外壳1为夹层结构，在所述夹层内从对应所述外壳1的一端到另一端螺旋设置有冷却液循环管14，所述冷却液循环管14的一端为冷却液加入口，所述冷却液加入口设置在所述外壳1外壁上，所述冷却液循环管14的另一端延伸到所述机舱2内壁；
在所述机舱2内，避开所述定子3设置的位置套设有散热套管，所述散热套管与所述机舱2内壁之间具有间隙，所述间隙适于容纳冷却液循环管14，所述散热套管上设置有多个均匀分布的通孔；在所述散热套管与所述机舱2内壁之间的间隙内对应所述散热套管从一端到另一端周向设置有冷却液循环管14，所述散热套管内的冷却液循环管14与夹层内的冷却液循环管14连接；
所述低速轴9与所述齿轮箱6连接，齿轮箱6通过高速轴8与发电机7连接。
此外，在所述凸起环10上还开设有环形缓冲槽，所述环形缓冲槽以所述凸起环10的中心为中心周向设置一周。所述支撑件11沿周向均匀分布。
本发明所述的风力发电机，外壳采用新的材料，具体内容详细阐述如下：
实施例1
取十二烷基苯磺酸钠50kg，聚乙二醇600取60kg，混合后向其中加入水200kg，配制得到石墨改性剂溶液。
将石墨改性剂溶液质量1/2的石墨加入到该改性剂溶液中，浸渍1.5h，之后将石墨取出于300℃焙烧，对经焙烧后的石墨进行粉碎至粒径为纳米级，本实施例中选择粒径为10-15nm。
取上述粉碎后的改性石墨7kg，和35kg铁、4kg铜、15kg锰、0.5kg铬、1.6kg镍、2.0kg钛、900kg铝混合，熔铸制备得到本发明所述的发电机外壳材料。经测试，该材料的导热系数在常温下为435W/mK。
实施例2
取十二烷基苯磺酸钠100kg，聚乙二醇600取30kg，混合后向其中加入水250kg，配制得到石墨改性剂溶液。
将石墨改性剂溶液质量1/3的石墨加入到该改性剂溶液中，浸渍5h，之后将石墨取出于450℃焙烧，对经焙烧后的石墨进行粉碎至粒径为纳米级，本实施例中选择粒径为10-15nm。
取上述粉碎后的改性石墨8kg，和50kg铁、3kg铜、10kg锰、0.8kg铬、1.0kg镍、1.5kg钛、930kg铝混合，熔铸制备得到本发明所述的发电机外壳材料。经测试，该材料的导热系数在常温下为430W/mK。
实施例3
取十二烷基苯磺酸钠68kg，聚乙二醇600取45kg，混合后向其中加入水300kg，配制得到石墨改性剂溶液。
将石墨改性剂溶液质量1/3的石墨加入到该改性剂溶液中，浸渍4h，之后将石墨取出于500℃焙烧，对经焙烧后的石墨进行粉碎至粒径为纳米级，本实施例中选择粒径为60-65nm。
取上述粉碎后的改性石墨9kg，和45kg铁、3kg铜、13kg锰、0.6kg铬、3.0kg镍、2.3kg钛、910kg铝混合，熔铸制备得到本发明所述的发电机外壳材料。经测试，该材料的导热系数在常温下为451W/mK。
对比例
取粉碎粒径为60-65nm的石墨9kg，和45kg铁、3kg铜、13kg锰、0.6kg铬、3.0kg镍、2.3kg钛、910kg铝混合，熔铸制备得到本发明所述的发电机外壳材料。经测试，该材料的导热系数在常温下为401W/mK。
采用实施例1-3中的材料制得的风力发电机外壳在正常使用状态下，连续使用一周，测试机舱内温度上升幅度在3℃范围内。而使用对比例正宗的材料制得的风力发电机外壳，在正常使用状态下，连续使用一周，测试机舱内温度上升幅度在15-20℃范围内。
虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。
Claims (3)
1.一种风力发电机，其包括外壳；
设置在所述外壳内部的机舱；
设置在所述机舱内的定子和转子；
在所述机舱的横向轴心线设置有低速轴，所述转子嵌套设置在所述低速轴上，在所述转子上设置有转子叶片；
所述风力发电机还设置有齿轮箱和发电机；
其特征在于：在所述机舱内部对应设置所述定子的位置，朝向所述机舱轴心周向延伸设置有凸起环，在所述凸起环的内缘上设置有奇数个支撑件，在每个所述支撑件上设置有适于所述凸起环的内缘插入并卡定的卡槽；在所述支撑件上，卡槽上方设置有楔形支撑头，所述楔形支撑头朝向所述机舱内壁倾斜且倾斜角a为30-50°；在所述凸起环的内缘上还设置有多个凹处；
在所述定子外缘上设置有与所述的凹处相适配的延伸凸起，以及与所述楔形支撑头相适配的卡头；
所述外壳为夹层结构，在夹层内从对应所述外壳的一端到另一端螺旋设置有冷却液循环管，所述冷却液循环管的一端为冷却液加入口，所述冷却液加入口设置在所述外壳外壁上，所述冷却液循环管的另一端延伸到所述机舱内壁；
在所述机舱内，避开所述定子设置的位置套设有散热套管，所述散热套管与所述机舱内壁之间具有间隙，所述间隙适于容纳冷却液循环管，所述散热套管上设置有多个均匀分布的通孔；在所述散热套管与所述机舱内壁之间的间隙内对应所述散热套管从一端到另一端周向设置有冷却液循环管，所述间隙内的冷却液循环管与夹层内的冷却液循环管连接；
所述低速轴与所述齿轮箱连接，齿轮箱通过高速轴与发电机连接；
所述风力发电机的外壳由如下重量份的原料熔铸而成：
铁35-50，铜3-4，锰10-15，铬0.5-0.8，镍1.0-3.0，钛1.5-2.3，铝900-930，改性石墨7-9；
所述改性石墨是由石墨经改性剂浸渍至少1.5h后、于300-500℃焙烧后粉碎得到，所述改性剂由如下组分组成：
十二烷基苯磺酸钠重量份为50-100，聚乙二醇600的重量份为30-60，水的重量份为200-300；
石墨和改性剂的质量比为1∶2-1∶3。
2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，在所述凸起环上开设有环形缓冲槽，所述环形缓冲槽以所述凸起环的中心为中心周向设置一周。
3.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述奇数个支撑件沿周向均匀分布。
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