CN104564518B - 一种风力发电装置 - Google Patents

Abstract

一种风力发电装置，包括浮体装置和设置在所述浮体装置上方的机架平台，所述机架平台上设有机架和机架支撑架，所述机架上设有导轨装置和风帆叶片组、工作轮，所述机架内设有发电机，所述风帆叶片组安装在所述导轨装置上，所述工作轮通过传动轴与所述发电机相连，其中所述风帆叶片组在风力驱动下带动抓臂，所述抓臂抓住钢绳上的等距栓带动工作轮转动，从而带动发电机发电。该风力发电装置可以根据需要增大风帆叶片的受风面积和增加风帆叶片的数量来提高了对风力的利用，机架正面和背面的长方形通风口上设有导风装置，用于引导风力方向和增大有效风力效果，突破垂直风机小、圆的模式，顺风做功，逆风做负功的难题，提高了风能的利用效率。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，尤其是涉及一种海上垂直轴风力发电装置。

背景技术

目前，公知的垂直轴风力发电装置由于叶片在一个小圆圈范围内转动，它产生的力矩小，所以对风能的利用率低，并顺风做正功，逆风做负功。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高效采集并利用风能做正功的装置，它既可以根据需要增大风帆叶片的受风面积和增加风帆叶片的数量来提高了对风力的利用，还在机架正面的长方形通风口上设有导风装置，用于引导风力方向和增大有效风力效果，也可以通过增大抓臂有效做功的距离矢量增大力矩，提高了风能的利用效率，风帆叶片与水平面的倾斜，由于“伯努利”原理产生的一种升力，将风帆片重量减轻，轻飘悬浮在导轨装置的运行区内，进一步增大了对风能的利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种风力发电装置，包括浮体装置和设置在所述浮体装置上方的机架平台，所述机架平台上设有机架和机架支撑架，所述机架内设有导轨装置、风帆叶片组、2或4个工作轮和与工作轮相匹配的传动轴和发电机，每个工作轮匹配一根传动轴和一个发电机，所述风帆叶片组安装在所述导轨装置内并且在所述导轨装置内转动从而带动所述工作轮转动，所述工作轮通过传动轴与所述发电机相连；所述浮体装置设置在所述机架平台下部使其浮在水面上；所述机架支撑架将所述机架设置在所述机架平台上方。

进一步，所述导轨装置包括变角导轨圈、上导轨圈和下导轨圈，所述变角导轨圈、上导轨圈和下导轨圈均由两根直线导轨和连接所述两根直线导轨的两根弧形导轨组成，所述上导轨圈和下导轨圈关于变角导轨圈所在平面呈镜像对称；所述风帆叶片组由多个风帆叶片组成，并且所述风帆叶片的重心落入所述上导轨圈和下导轨圈内，使得各风帆叶片接受风力和钢绳的牵引力在导轨装置上等间距地流畅运动。

所述风帆叶片的顶部和底部均设有万向十字轮，该万向十字轮行走于上导轨圈或下导轨圈内，行走于上导轨圈内的万向十字轮通过钢绳等距地串联，行走于下导轨圈内的万向十字轮通过钢绳等距地串联，所述风帆叶片内侧的中间部位设有抓臂，所述变角导轨圈内设有万向变角轮，所述抓臂的中间部位与万向十字轮相连；所述万向十字轮既能在导轨装置内行走以实现风帆叶片组在轨道装置内的循环运动，又能在导轨装置内水平转动以实现风帆叶片组在轨道装置内的角度改变。

所述风帆叶片与水平面的倾斜角ａ为在80—82°，在风的作用下向前产生推力，同时根据“伯努利”原理还产生的一种升力，将风帆片重量减轻，轻飘悬浮在导轨装置的运行区内，所述风帆叶片与水平面的倾斜角ａ为在80—82°，所述风帆叶片与导轨装置的直线导轨呈β角，β为±（40°-50°）或±（130°-140°），吹入导轨装置直线导轨段的风能够使得风帆叶片在导轨装置上运动，从而使得所述风帆叶片组沿着所述变角导轨圈、上导轨圈和下导轨圈内运动。所述风帆叶片在所述导轨装置的弧形导轨内变换角度；所述变角导轨圈的弧形导轨顶点为风帆叶片角度变换的分界处，在此处的风帆叶片的底边平行于变角导轨圈中的直线段导轨。如果在此之前风帆叶片与所述变角导轨的直线导轨段呈β角，β为130°-140°，则经过分界处后风帆叶片与所述变角导轨的直线导轨段呈β角，β变为（-130）°-（-140）°；如果在此之前风帆叶片与所述变角导轨的直线导轨段呈β角，β为40°-50°，则经过分界处后风帆叶片与所述变角导轨的直线导轨段呈β角，β变为（-40）°-（-50）°。

所述2或4个工作轮均匀分布在变角导轨圈内，所述机架顶部、底部和导轨装置的弧形导轨所对应机架侧面具有气密性，所述机架正面和背面相对设有长方形通风口，且机架正面的长方形通风口上设有导风装置。

进一步，所述万向十字轮包括中间的较大垂直滚动轮一及两侧的较小垂直滚动轮二，所述垂直滚动轮一与与其对应的内轨道圈、上导轨圈的顶部或下导轨圈的底部相接触，垂直滚动轮一用于在上导轨圈的顶部或下导轨圈的底部行走。

所述变角导轨、上轨道圈和下轨道圈的轨道中设有轨道槽，并且其槽内设有两个凸起，所述凸起用于限定所述垂直滚动轮二向外脱离。

所述万向十字轮上还设有水平滚动轮三，所述水平滚动轮三位于所述轨道槽内，并且所述水平滚动轮三的轴心线与所述轨道槽的底平面垂直，所述水平滚动轮三与其中心轴可转动地设置在垂直滚动轮一下方，水平滚动轮三的中心轴与风帆叶片相连；所述万向变角轮由水平滚动轮四和所述水平滚动轮四的中心轴组成，所述水平滚动轮四的中心轴与所述抓臂的中间部位相连。

进一步，所述工作轮的圆周上等距地设有卡槽，并且所述2或4个工作轮之间还设有钢绳，所述钢绳把2或4个工作轮串联起来，所述钢绳上等距设有与所述卡槽相适应的等距栓，工作轮运动过程中，卡槽与等距栓自动离合，所述抓臂的一端固接于风帆叶片内侧的中间部位，另一端卡扣着等距栓，这样风帆叶片通过抓臂转动工作轮，由于引入了抓臂，增大了风帆叶片上所受风力到水平滚动轮四的中心轴的距离矢量, 力矩与距离矢量成正比，所以增大了力矩。

进一步，所述浮体装置由多个浮筒组成，多个浮筒相连既能增加浮力与又能提高稳固作用。

进一步，所述机架正面的长方形通风口上设有导风装置，用于引导风力方向和增大有效风力效果，导风装置可以是喇叭口形状，也可以是方形漏斗口形状。

进一步，还包括有与工作轮相对应的传动轴、离合器和变速器，所述工作轮通过传动轴带动变速器，所述变速器带动发电机工作，所述传动轴与变速器之间还设有离合器，正常工作时离合器合上，风能转换为机械能，机械能转化为电能；检修维护时，风力小时，离合器断开，发电机不运转，变速器用于满足发电机的转速，根据风力大小，通过离合器的离合决定连接发电机数量。

进一步，所述浮体装置下设有海底沉桩，所述机架正面所对应的浮体装置通过钢缆连接到海底沉桩，在风力的作用下，风力发电机能灵活地转动以实现导风装置始终对着来风的方向从而获得最大的风能，并进一步用于提高风力发电装置的稳固性。

进一步，所述风力发电装置还包括设置在机架上的避雷装置。

进一步，一种风力发电机组，包括风力发电装置及用于固定所述风力发电装置的固定连接支架，所述固定连接支架上设有用于转动所述风力发电装置的液压装置，液压装置用于改变风力发电机组在海面上的方位。

进一步，所述的风力发电机组，所述液压装置为液压油缸。

与现有技术相比，本发明提供一种新的风力发电装置，可以根据需要增大风帆叶片的受风面积和增加风帆叶片的数量来提高了对风力的利用；机架正面的长方形通风口上设有导风装置，用于引导风力方向和增大有效风力效果；抓臂的引入增大了力矩，提高了风能的利用效率。

附图说明

图1为风力发电装置的实施例1风帆叶片与导轨装置的结构示意图；

图2为实施例1的风帆叶片与上导轨圈和下导轨圈的结构示意图；

图3为风力发电装置的实施例1俯视图；

图4为风力发电装置的实施例1正视图；

图5为风力发电装置的实施例2俯视图；

图6为实施例3的风帆叶片与上导轨圈和下导轨圈的结构示意图；

图7为风力发电装置的实施例3俯视图；

图8为风力发电装置的实施例4俯视图；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

参照图1，图2，图3，图4，其中f表示风力方向,m表示运动方向,本实施例包括浮体装置18和设置在浮体装置18上方的机架平台19，机架平台19上设有机架16和机架支撑架20，机架16内设有导轨装置23、风帆叶片组24、2个工作轮2和发电机9，风帆叶片组24安装在导轨装置23上，工作轮2与发电机9相连，风帆叶片组24在风力驱动在所述导轨装置23内转动从而带动发电机9发电；浮体装置18设置在机架平台19下部使其浮在水面上。机架支撑架20将机架16设置在机架平台19上方，机架16顶部、底部和导轨装置23的弧形导轨所对应机架侧面具有气密性，机架16正面和背面相对设有长方形通风口，且机架16正面的长方形通风口上设有导风装置15。

导轨装置23包括变角导轨圈6、上导轨圈4和下导轨圈5，变角导轨圈6、上导轨圈4和下导轨圈5由两根直线导轨和连接两根直线导轨的两根弧形导轨组成，上导轨圈4和下导轨圈5关于变角导轨圈6所在平面呈镜像对称，上导轨圈4固接于机架16顶部，下导轨圈5固接于机架16底部，变角导轨圈6固接于机架16中部，风帆叶片组24由多个风帆叶片1组成，并且所述风帆叶片1的重心落入所述导轨装置23内，各风帆叶片1通过钢绳10串联并且等距的设置在上导轨圈4和下导轨圈5上；使得各风帆叶片1接受风力和钢绳10的牵引力在导轨装置23上等间距地流畅运动。

风帆叶片1的顶部和底部均设有万向十字轮3，该万向十字轮3限位于上导轨圈4或下导轨圈5内，风帆叶片 1内侧的中间部位设有抓臂11，该抓臂11的中间部位与变角导轨圈6内的万向变角轮26相连；万向十字轮3既能在导轨装置23内行走以实现风帆叶片组24在轨道装置23内的循环运动，又能水平转动以实现风帆叶片组24在轨道装置23内的弧形导轨段的角度改变，所述万向变角轮26由水平滚动轮四34和所述水平滚动轮四34的中心轴组成，所述水平滚动轮四34的中心轴与所述抓臂11的中间部位相连。

风帆叶片1与水平面的倾斜角ａ为在80—82°，风帆叶片1与导轨装置23的直线导轨呈β角，β为135°或-135°，吹入导轨装置直线导轨段的风能够使得风帆叶片在导轨装置23上运动，从而使得所述风帆叶片组24沿着所述变角导轨圈6、上导轨圈4和下导轨圈5逆时钟运动。风帆叶片1在所述导轨装置23的弧形导轨内变换角度；变角导轨圈6的弧形导轨顶点为风帆叶片1角度变换的分界处，在此处的风帆叶片的底边平行于变角导轨圈6中的直线段导轨。如果在此之前风帆叶片1与所述变角导轨圈6的直线导轨段呈135°，则经过分界处后风帆叶片1与所述变角导轨圈6的直线导轨段呈-135°。

2个工作轮2分别位于变角导轨圈6内的弧形导轨段处。机架16的顶部和导轨装置23弧形导轨段所对应机架16侧面具有气密性，机架16正面和背面的相对位置开设有长方形通风口，这样有利于采集有效风力。

万向十字轮3包括中间的较大垂直滚动轮一32及两侧的较小垂直滚动轮二33，垂直滚动轮一32与其对应的内轨道圈6、上导轨圈4或下导轨圈5的底部相接触。垂直滚动轮一32用于在轨道装置23的底部行走；变角导轨圈6、上轨道圈4和下轨道圈5的轨道中设有轨道槽，并且其槽内设有两个凸起13，凸起13用于限定垂直滚动轮二33向外脱离；万向十字轮3上还设有水平滚动轮三31，水平滚动轮三31位于轨道槽内，并且水平滚动轮三31的轴心线与轨道槽的底平面垂直，水平滚动轮三31与其中心轴可转动地设置在垂直滚动轮一32下方，水平滚动轮三31的中心轴与风帆叶片1相连，水平滚动轮三31的转动带动风帆叶片1的角度变换。

工作轮2的圆周上等距地设有卡槽14，并且2个工作轮2之间还设有钢绳10，钢绳10把2或4个工作轮2串联起来；钢绳10上等距设有与卡槽14相适应的等距栓12；工作轮2运动过程中，卡槽14与等距栓12自动离合，抓臂11的一端固接于风帆叶片1内侧的中间部位，另一端卡扣着等距栓12；这样风帆叶片1通过抓臂11传动工作轮，由于引入了抓臂11，增大了风帆叶片1上所受风力到水平滚动轮三31的中心轴的距离矢量, 力矩与距离矢量成正比，所以增大了力矩。

浮体装置18由多个浮筒17组成，多个浮筒17相连既能增加浮力与又能提高稳固作用；机架16正面和背面的长方形通风口上设有导风装置23，用于引导风力方向和增大有效风力效果。

风力发电装置还包括有传动轴25和变速器8，工作轮2上设有传动轴25，工作轮2通过传动轴25带动变速器8，变速器8带动正反转发电机9工作，传动轴25与变速器8之间还设有离合器7；正常工作时离合器7合上，风能转换为机械能，机械能转化为电能；检修维护时，风力小时离合器7断开。变速器8用于满足发电机运转速度。

浮体装置18下设有海底沉桩22，机架16正面所对应的浮体装置18通过钢缆27连接到海底沉桩。

风力发电装置还包括设置在机架16上的避雷装置21。

实施例2

参照图1，图2，图4，图5，其中f表示风力方向,m表示运动方向,实施例2是在实施例1的基础上，增加2个工作轮2和相应的2根传动轴25、2个离合器7、2个变速器8和2个发电机9，并且4个工作轮2均匀分布在变角导轨圈6内。

实施例3

参照图6，图7，其中f表示风力方向,m表示运动方向,实施例3是在实施例1的基础上的变形，风帆叶片1与导轨装置23的直线导轨呈45°或-45°，从而使得所述风帆叶片组24沿着所述变角导轨圈6、上导轨圈4和下导轨圈5顺时钟运动。

实施例4

参照图6，图8，其中f表示风力方向,m表示运动方向,实施例4是在实施例3的基础上，增加2个工作轮2和相应的2根传动轴25、2个离合器7、2个变速器8和2个发电机9，并且4个工作轮2均匀分布在变角导轨圈6内。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种风力发电装置，包括浮体装置和设置在所述浮体装置上方的机架平台，所述机架平台上设有机架和机架支撑架，所述机架支撑架将所述机架设置在所述机架平台上方，所述机架内设有导轨装置、风帆叶片组、2或4个工作轮和与工作轮匹配的传动轴和发电机，每个工作轮匹配1根传动轴和1个发电机，所述风帆叶片组安装在所述导轨装置内并且在所述导轨装置内转动从而带动所述工作轮转动，所述工作轮通过传动轴与所述发电机相连，其特征在于：所述导轨装置包括变角导轨圈、上导轨圈和下导轨圈，所述变角导轨圈、上导轨圈和下导轨圈均为两根直线导轨和连接所述两根直线导轨两端的两个弧形导轨组成，所述上导轨圈和下导轨圈关于变角导轨圈所在平面呈镜像对称，并且

所述风帆叶片组由多个风帆叶片组成，所述风帆叶片的重心落入所述上导轨圈和下导轨圈内；

所述风帆叶片的顶部和底部均设有万向十字轮，行走于上导轨圈内的万向十字轮通过钢绳等距地串联，行走于下导轨圈内的万向十字轮通过钢绳等距地串联，所述风帆叶片内侧的中间部位设有抓臂，所述变角导轨圈内设有万向变角轮，所述抓臂的中间部位与万向变角轮相连；

所述风帆叶片与水平面的倾斜角ａ为在80°—82°，所述风帆叶片与导轨装置的直线导轨呈β角，β为±（40°-50°）或±（130°-140°），所述风帆叶片在所述导轨装置的弧形导轨上变换角度及运动方向；

所述2或4个工作轮均匀分布在变角导轨圈内；

所述机架顶部、底部和导轨装置的弧形导轨所对应机架侧面具有气密性，所述机架正面和背面相对设有长方形通风口。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：所述万向十字轮包括中间的较大垂直滚动轮一及两侧的较小垂直滚动轮二，所述垂直滚动轮一与其对应的上导轨圈的顶部或下导轨圈的底部相接触，所述上导轨圈和下导轨圈设有轨道槽，所述轨道槽内设有两个凸起，所述凸起用于限定所述垂直滚动轮二向外脱离，所述万向十字轮上还设有水平滚动轮三，所述水平滚动轮三位于所述轨道槽内，并且所述水平滚动轮三的轴心线与所述轨道槽的底平面垂直，所述水平滚动轮三与其中心轴可转动地设置在垂直滚动轮一下方，水平滚动轮三的中心轴与风帆叶片相连；所述万向变角轮由水平滚动轮四和所述水平滚动轮四的中心轴组成，所述水平滚动轮四的中心轴与所述抓臂的中间部位相连。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：所述工作轮的圆周上等距地设有卡槽，所述2或4个工作轮之间还设有钢绳，所述钢绳把2或4个工作轮串联起来，所述工作轮的钢绳上设有与所述卡槽相适应的等距栓，所述抓臂的一端固接于风帆叶片内侧的中间部位，另一端卡扣着等距栓。

4.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：所述浮体装置由多个浮筒组成。

5.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：所述机架正面的长方形通风口上设有导风装置，用于引导风力方向和增大有效风力效果。

6.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：还包括有与工作轮相对应的离合器和变速器，所述工作轮通过传动轴带动发电机工作，所述传动轴与变速器之间还设有离合器。

7.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：所述风力发电机还包括有海底沉桩，所述机架正面所对应的浮体装置通过钢缆连接到海底沉桩。

8.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其特征在于：所述风力发电装置还包括设置在机架上的避雷装置。

9.一种根据权利要求1或2所述的风力发电装置组成的风力发电机组，包括风力发电装置及用于固定所述风力发电装置的固定连接支架，其特征在于，并且所述固定连接支架上设有用于转动所述风力发电装置的液压装置。