CN104533719A - 一种双用风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构合理，造价低廉，能充分捕获与利用风能，并在不同时间段为用户提供所需能源的双用风力发电机，该双用风力发电机包括有风轮机构、主轴、机箱以及安装在机箱内的发电机，其特征在于：所述机箱安装于储气塔上，所述储气塔上设有气源出口，所述机箱内安装有空压机，所述空压机通过管道与储气塔连通，所述管道上安装有单向阀，所述空压机与发电机之间安装有传动切换机构，所述传动切换机构可切换风轮机构与空压机传动连接或与发电机传动连接，所述传动切换机构的切换由PLC控制器控制。该风力发电机造价低廉，能充分捕获与利用风能，并在不同时间段为用户提供风能与气能。

Description

一种双用风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，具体涉及一种能充分接受与利用风能，并在不同时间段为用户提供所需能源的双用风力发电机。

背景技术

风力发电机是将风能转换为电能的动力机械，由于风能是一种可再生的，无污染的自然能源，因此在各个国家得到大力推广。在现有技术中，风轮部分的风轮一般采用螺旋桨式，这种风轮的设计与制造工艺复杂，对制作材料要求高，而且风能接受率（Dp）低，存在叶片失速问题；而储能式发电部分的工作方式普遍是风轮接受风能后，通过变速箱直接拖动发电机，然后经整流，逆变，升压后馈入电网，这种风力发电机还需要安装复杂的逆变系统，使得整个发电系统造价昂贵。另外一些企业还需用到大量的气源，而这种风力发电机只能用于输出电能，其功能较为单一，无法满足用气大户的用气需求。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明创新提供了一种结构合理，造价低廉，能充分捕获与利用风能，并在不同时间段为用户提供所需能源的双用风力发电机，该双用风力发电机包括有风轮机构、主轴、机箱以及安装在机箱内的发电机，其特征在于：所述机箱安装于储气塔上，所述储气塔上设有气源出口，所述机箱内安装有空压机，所述空压机通过管道与储气塔连通，所述管道上安装有单向阀，所述空压机与发电机之间安装有传动切换机构，所述传动切换机构可切换风轮机构与空压机传动连接或与发电机传动连接，所述传动切换机构的切换由PLC控制器控制。

    所述主轴穿过机箱垂直固定安装于储气塔上，所述发电机与空压机上下对应安装于机箱内主轴的一侧，所述发电机与空压机对应的输入轴上分别设有齿轮，所述传动切换机构包括有位于发电机与空压机之间的大齿轮以及控制大齿轮上下动作的气缸，所述气缸安装于机箱内主轴的另一侧，所述气缸的伸缩杆与拨叉固定连接，所述大齿轮处在拨叉的夹口内，所述气缸由PLC控制器控制，所述大齿轮套设于旋转套外，所述旋转套活动套于主轴外，所述大齿轮通过花键与旋转套传动连接，所述旋转套由风轮机构带动转动。

   所述风轮机构包括有两个或者四个沿圆周均匀排列的轮叶单元，所述轮叶单元包括有若干个挡板以及左右竖杆，所述挡板横向安装于左右竖杆之间，所述左右竖杆安装于上下横杆之间的外段，所述上横杆的里端固定于轴承座上，所述轴承座设于主轴上，所述下横杆的里端与旋转套固定连接。

上下相邻两挡板之间的间距相等，相邻两挡板之间安装有捕风板，所述捕风板的上侧铰接于左右竖杆之间，交接点位于邻近的挡板背风的一侧，所述捕风板的下侧可靠在邻近的挡板上，或者靠在同样安装于左右竖杆之间的限位挡板上并使捕风板保持竖直。

所述左右竖杆可滑动地安装于上下横杆上，所述主轴上安装有轮叶推动机构，所述轮叶推动机构包括有推动电机、螺杆与螺母，所述螺母固定安装在竖杆上，所述螺母与螺杆螺纹连接，所述螺杆里端连接有从动伞齿轮，所述主轴上固定安装有安装支架，所述推动电机与螺杆安装于安装支架上，所述主轴上套设有皮带轮，所述推动电机通过皮带与皮带轮传动连接，所述皮带轮下方一体连接有主动伞齿轮，所述主动伞齿轮与从动伞齿轮传动连接。

所述挡板可以为“V”型、圆弧型或者直板型，所述限位挡板也可以为“V”型、圆弧型或者直板型。

相邻两轮叶单元的上横杆或者下横杆之间固定安装有加强连杆，所述轮叶单元上下横杆之间的最外端安装有加强竖杆。

    所述主轴外还固定套设有吸风竖管，所述吸风竖管上下开口，所述吸风竖管上部罩有旋转罩，所述旋转罩顶部与上横杆固定连接，所述旋转罩罩壁上安装有吸风管道，所述吸风管道的端部弯曲，端部处的出风口朝向风轮机构转动的反方向。

    所述机箱上还安装有制动机构，所述制动机构包括有上夹臂与下夹臂，所述上夹臂与下夹臂通过铰接部交叉，一侧用于夹住固定安装于旋转套上的制动盘，另一侧的具有一把手。

所述储气塔内设有压力传感器，所述压力传感器与PLC控制器电联接

本发明的风轮机构采用垂直轴式，其具有如下优点：1、设计及制作工艺都大为简化，降低了生产成本；2、重量是同功率螺旋桨叶片的1/4,由于重量较轻，风力能更好地带动风轮转动；3、由于风轮一侧受力，因此风轮可以获得较大的扭矩；4、对制作材料要求低，大功率机可选用玻纤、碳纤复合材料，1MW以下机型可用玻璃钢或金属材料。另外，按照本发明提供的双用风力发电机，除了能充分接受风能外，还能充分利用风能，并在不同的时间段给用户带去所需的能源。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为机箱内部的结构示意图；

图3为图1中A处的放大图；

图4为风轮机构的俯视图；

图5为轮叶推动机构的结构示意图；

图6为PLC控制器的控制线路图。

具体实施方式

通过风力的作用，风轮机构3驱使旋转套5转动，旋转套5又带动空压机22或者发电机20工作，从而在不同的时间段产生不同形式的能源,为企业用户提供所需。如图1与图2所示，该双用风力发电机除了风轮机构3外，还包括主轴4、机箱2以及具有气源出口10的储气塔1，机箱2安装于储气塔1上，主轴4穿过机箱2垂直固定安装于储气塔1上；机箱2内安装有空压机22与发电机20，两者上下对应安装于机箱2内主轴4的一侧，空压机22通过管道23与储气塔1连通，在管道23上安装有单向阀24。空压机22工作，压缩气体，气体被压缩后通过管道23存入储气塔1内，用户需要用气时，只需通过管道给用气单位供气即可；而发电机20工作，产生电能，可以直接为企业用户供电，或者直接供给电网。

发电机20与空压机22切换工作是通过传动切换机构的来回切换实现的。发电机20与空压机22相对应的输入轴上分别安装有齿轮21，在上下齿轮21之间安装有可与齿轮21啮合的大齿轮27，该大齿轮27是传动切换机构的一部件，为了让大齿轮27上下移动，传动切换机构还包括有气缸25，通过气缸25的推动，大齿轮27就能切换与发电机20的输入轴或者空压机22的输入轴传动连接，由于发电机20与空压机22位于机箱2内的一侧，那么气缸25就安装于机箱2内的另一侧，该气缸25的动作也是由PLC控制；另外需要说明的是，由于大齿轮27是处于转动状态，气缸25是不能直接作用于大齿轮27上的，而是通过推动框住大齿轮27的拨叉26来推动大齿轮27上下移动。

大齿轮27的转动是靠旋转套5带动的（具体是在两者之间通过花键28实现传动连接），而旋转套5的转动是依靠风轮机构3的驱动而实现。风轮机构3包括有两个或者四个沿圆周均匀分布的轮叶单元30，每个轮叶单元30包括有若干个挡板302以及用于安置挡板302的上下横杆31、32，为了使条形挡板302水平安置于上下横杆31、32之间，本发明在上下横杆31、32之间的外段位置固定安装有左右竖杆301，若干个挡板302就上下排列、各个水平安装在左右竖杆301之间，然后将上横杆31的里端固定于轴承座33上（轴承座33设于主轴4上），再将下横杆32的里端与旋转套5固定连接，这样风吹向挡板，挡板以及上下横杆就能带着旋转套转动了。

按照上述的风轮结构，风轮机构3已能够借助风的力量转动，然而这种风轮机构3的轮叶单元30左右对称，形成一个面，当风一个方向吹来时，风力既作用于左侧的轮叶单元30上，又会作用于右侧的轮叶单元30上，由于左右两侧轮叶单元30受到同一个方向的风力，那么风轮机构3的转速将大打折扣，只有一侧轮叶单元30受力，另一侧的轮叶单元30受到反向的推力，风轮机构3才能获得最大的扭矩，然而这种现象是违背自然规律的，在符合自然规律的情况下，唯一的办法是让一侧的轮叶单元30受风的推力，另一侧则不受力，或者严格意义上说是最大限度的减少那一侧的风的推力，从而使风轮机构3获得最快的转速。

为此，本发明在上下相邻两挡板302之间留出一定的间距，在两上下相邻两挡板302之间安装有捕风板303，捕风板303的上侧铰接于左右竖杆301之间，其铰接点位于邻近的挡板302的背风侧，即位于捕风板303上方的挡板302的背风面，而捕风板303的下侧为自由端，它可以靠在下方的挡板302上（上下方的挡板302是指与单个捕风板邻近的上下挡板302），即下方的挡板302可以挡住捕风板303摆动。通过这种结构，当风从某个方向吹来时，其中一个迎着风的轮叶单元30其捕风板303的下侧就靠在下方的挡板302上，由于捕风板303被挡板302挡住，上下挡板302之间就形成了一个封闭的阻挡面，风作用于该阻挡面上时，这侧的轮叶单元30就获得推力；与此相反，与该轮叶单元30处于同一平面的另一侧轮叶单元30其捕风板则被吹起，由于铰接点306位于邻近的挡板302的背风侧，捕风板303就被卡住，形成一个开放的空间，就像一扇打开的门，风就从这扇门穿过，因此这一侧的轮叶单元30就能最大限度地减少风的阻力，从而使风轮机构3获得最大的扭矩；为了让上下横杆31、32固定，本发明将上横杆31的里端固定于轴承座33上，该轴承座33设于主轴4上，而下横杆32的里端就与旋转套5固定连接，上下横杆31、32以及捕风板303转动就能带动旋转套5转动，当然，旋转套5是套设在主轴4上的。

上述的风轮机构3已经能使风轮获得较大的扭矩，但是由于挡板302是上下垂直排列的，而捕风板303的上端又铰接于上挡板302的一侧，因此捕风板303靠在下挡板时，实际上是不垂直的，而是具有一定的斜角，由此造成的不足便是捕风板受到的风力将打折扣。因此，为了让捕风板303在关闭时保持垂直状态，在左右竖杆之间还安装有限位挡板305，如图3所示，该限位挡板305与挡板302不处于同一垂直线上，而是与下挡板302错开，既捕风板303下端不是靠在下挡板302上，而是靠在与下挡板302错开的限位挡板305上，这样捕风板303在关闭时将一直处于垂直状态，处于垂直状态的捕风板303便能正面面对风的推力，从而使轮叶单元30获得最大的推力；另外，值得说明的是，限位挡板305与挡板302可以为“V”型、圆弧型或者直板型，三者都能起到阻挡捕风板303的作用，其中“V”型的挡板302相对来说捕风的效果最好，因为“V”型挡板敞开的一端可以很好地捕风风力，而尖头的一端则能很好地避开风的阻力，相当于飞机的风机头，当然这三种形状的挡板可以混搭，也可以只使用其中一种。另外，为了加固上下横杆31、31，防止上下横杆31、32在转动过程中抖动，本发明在相邻两轮叶单元30的上横杆31或者下横杆32之间固定安装有加强连杆9，还在轮叶单元30上下横杆31、32之间的最外端安装有加强竖杆8，该加强连杆9与加强竖杆8都是很细的杆子，在风轮机构3转动过程中基本不会产生阻力。

为了让捕风板303获得更大的动力，本发明还在主轴4外固定套设有吸风竖管34（位于上下横杆31、32之间），该吸风竖管34上下开口，在其上部还罩有旋转罩35，旋转罩35顶部通过螺栓固定连接在上横杆31上，在旋转罩35罩壁上还安装有水平向往延伸的吸风管道36，该吸风管道36的端部37弯曲，如图4所示，位于端部37处的出风口38朝向捕风板30转动的反方向。由于下横杆32带动旋转套5旋转，在吸风竖管34下方就会产生一定的气流，气流从吸风竖管34的下开口处进入吸风竖管34，再从吸风竖管34上开口进入旋转套35，之后从旋转套35进入吸风管道36，最后从吸风管道36的出风口排出气体，由于吸风管道36的端部37弯曲，并且其出风口38朝向捕风板30转动的反方向，由此从吸风管道36出风口排出的气体就推动旋转罩35沿轮叶单元30转动的方向旋转，而旋转罩35又与上横杆31固定连接，这样下横杆32就能更加快速地带动旋转套5转动，从而为空压机22或者发电机20提供源源不断的动能。

当轮叶单元30处于最外端时，风轮机构3获得的扭矩是最大的，为了控制风轮机构3的转速在合理的范围内，本发明将轮叶单元30在上下横杆31、32之间设置成可移动式，即通过调解轮叶单元30与主轴4之间的距离，就能调整风轮机构3的扭矩，从而可以让风轮机构3在受到不同大小的风力的情况下保持一定的转速。如图5所示，为了实现这种功能，本发明将左右竖杆301可滑动地安装于上下横杆31、32之间（可以在上下横杆31、32上设置凹槽，让左右竖杆301活动设于凹槽内；或者在左右竖杆301上下两端设置凹槽，而在上下横杆31、32上设置凸起，让左右竖杆301可在凸起上滑动），在主轴4上安装有轮叶推动机构7，该轮叶推动机构7包括有推动电机71、螺杆76与螺母77，其中螺母77固定安装在竖杆301上，螺杆76与螺母77螺纹连接，螺杆76里端连接有从动伞齿轮75，在主轴4上还固定安装有安装支架78，推动电机71与螺杆76安装于安装支架78上，主轴7上套设有皮带轮73，推动电机71通过皮带72与皮带轮73传动连接，皮带轮73下方一体连接有主动伞齿轮74，主动伞齿轮74与从动伞齿轮75啮合，这样通过推动电机71就能带动螺杆76转动，螺杆76转动又带动螺母77在螺杆上移动，这样轮叶单元30就能左右移动了。

本发明总的工作原理如下：在晚上不用电的情况下，PLC控制器控制气缸25的伸缩杆向下动作，使大齿轮27与空压机22传动连接，空压机22压缩气体，单向阀24进气（该单向阀24只进气不出气），使压缩后的气体存储到储气塔1内，等到白天该储气塔1内的压缩气体就可以作为用气企业宝贵的气源；而在白天需要用电时，PLC控制器控制气缸25的伸缩杆向上动作，切换大齿轮27与发电机20传动连接，通过发电机20的发电，就可以为企业提供源源不断的电能。由于储气塔1具有储气空间，因此从能量角度来说，它就相当于一种储能设备，为用气企业储存压缩后的气体。在需要用气时，就通过储气塔1上的气源出口10为用气企业提供高贵的气源；如图6所示，当用户没有在使用气源，致使储气塔1内的气压达到一定压强时，通过设在储气塔1内的压力传感器11将信号传送给与之电联接的PLC控制器，PLC控制器再控制气缸25动作，迫使大齿轮27切换到与发电机20传动连接，从而使发电机20发电，为企业提供电能。

该双用风力发电机除了用于发电与产气外，还可以当作路灯，具体是在储气塔1上架设横档2，在横档2上安装灯泡13，发电机20产生的电可以作为灯泡13的电源；另外，在遇到台风或者强风等天气，为了保障设备安全，此时需要停止该风力发电机的工作，为此，本发明在机箱2上架设有安装板，在安装板上安装有制动机构6，如图2所示，该制动机构6包括有上夹臂61与下夹臂62，上下夹臂61、62通过铰接部62交叉，两夹臂的一侧用于夹住固定安装于旋转套5上的制动盘51，另一测的具有一把手64，用于手动施压将制动盘51夹持住。

Claims (10)

1.一种双用风力发电机，包括有风轮机构（3）、主轴（4）、机箱（2）以及安装在机箱（2）内的发电机（20），其特征在于：所述机箱（2）安装于储气塔（1）上，所述储气塔（1）上设有气源出口（10），所述机箱（2）内安装有空压机（22），所述空压机（22）通过管道（23）与储气塔（1）连通，所述管道（23）上安装有单向阀（24），所述空压机（22）与发电机（20）之间安装有传动切换机构，所述传动切换机构可切换风轮机构（3）与空压机（22）传动连接或与发电机（20）传动连接，所述传动切换机构的切换由PLC控制器控制。

2.根据权利要求1所述的双用风力发电机，其特征在于：所述主轴（4）穿过机箱（2）垂直固定安装于储气塔（1）上，所述发电机（20）与空压机（22）上下对应安装于机箱（2）内主轴（4）的一侧，所述发电机（20）与空压机（22）对应的输入轴上分别设有齿轮（21），所述传动切换机构包括有位于发电机（20）与空压机（22）之间的大齿轮（27）以及控制大齿轮（27）上下动作的气缸（25），所述气缸（25）安装于机箱（2）内主轴（4）的另一侧，所述气缸（25）的伸缩杆与拨叉（26）固定连接，所述大齿轮（27）处在拨叉（26）的夹口内，所述气缸（25）由PLC控制器控制，所述大齿轮（27）套设于旋转套（5）外，所述旋转套（5）活动套于主轴（4）外，所述大齿轮（27）通过花键（28）与旋转套（5）传动连接，所述旋转套（5）由风轮机构（3）带动转动。

3. 根据权利要求2所述的双用风力发电机，其特征在于：所述风轮机构（3）包括有两个或者四个沿圆周均匀排列的轮叶单元（30），所述轮叶单元（30）包括有若干个挡板（302）以及左右竖杆（301），所述挡板（302）横向安装于左右竖杆（301）之间，所述左右竖杆（301）安装于上下横杆（31、32）之间的外段，所述上横杆（31）的里端固定于轴承座（33）上，所述轴承座（33）设于主轴（4）上，所述下横杆（32）的里端与旋转套（5）固定连接。

4. 根据权利要求3所述的双用风力发电机，其特征在于：上下相邻两挡板（302）之间的间距相等，相邻两挡板（302）之间安装有捕风板（303），所述捕风板（303）的上侧铰接于左右竖杆（301）之间，交接点（306）位于邻近的挡板（303）背风的一侧，所述捕风板（303）的下侧可靠在邻近的挡板（302）上，或者靠在同样安装于左右竖杆（301）之间的限位挡板（305）上并使捕风板（303）保持竖直。

5. 根据权利要求2或3所述的双用风力发电机，其特征在于：所述左右竖杆（301）可滑动地安装于上下横杆（31、32）上，所述主轴（4）上安装有轮叶推动机构（7），所述轮叶推动机构（7）包括有推动电机（71）、螺杆（76）与螺母（77），所述螺母（77）固定安装在竖杆（301）上，所述螺母（77）与螺杆（76）螺纹连接，所述螺杆（76）里端连接有从动伞齿轮（75），所述主轴（4）上固定安装有安装支架（78），所述推动电机（71）与螺杆（76）安装于安装支架（78）上，所述主轴（4）上套设有皮带轮（73），所述推动电机（71）通过皮带（72）与皮带轮（73）传动连接，所述皮带轮（73）下方一体连接有主动伞齿轮（74），所述主动伞齿轮（74）与从动伞齿轮（75）传动连接。

6. 根据权利要求2或3所述的双用风力发电机，其特征在于：所述挡板（302）可以为“V”型、圆弧型或者直板型，所述限位挡板（305）也可以为“V”型、圆弧型或者直板型。

7. 根据权利要求2或3所述的双用风力发电机，其特征在于：相邻两轮叶单元（30）的上横杆（31）或者下横杆（32）之间固定安装有加强连杆（9），所述轮叶单元（30）上下横杆（31、32）之间的最外端安装有加强竖杆（8）。

8. 根据权利要求2或3所述的双用风力发电机，其特征在于：所述主轴（4）外还固定套设有吸风竖管（34），所述吸风竖管（34）上下开口，所述吸风竖管（34）上部罩有旋转罩（35），所述旋转罩（35）顶部与上横杆（31）固定连接，所述旋转罩（35）罩壁上安装有吸风管道（36），所述吸风管道（36）的端部（37）弯曲，端部（37）处的出风口（38）朝向风轮机构（3）转动的反方向。

9. 根据权利要求2或3所述的双用风力发电机，其特征在于：所述机箱（2）上还安装有制动机构（6），所述制动机构（6）包括有上夹臂（61）与下夹臂（63），所述上夹臂（61）与下夹臂（63）通过铰接部（62）交叉，一侧用于夹住固定安装于旋转套（5）上的制动盘（51），另一侧的具有一把手（64）。

10. 根据权利要求1、2或3所述的双用风力发电机，其特征在于：所述储气塔（1）内设有压力传感器（11），所述压力传感器（11）与PLC控制器电联接。