CN104612893A - 狭管聚风风力发电用叶轮组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种狭管聚风风力发电用叶轮组件，该叶轮组件包括叶轮及叶片，所述叶轮包括依次由内至外并共轴设置的轴套管、支撑轮及轮圈，轴套管与支撑轮之间、支撑轮与轮圈之间分别安装有多根支撑杆，轴套管、支撑轮及轮圈间由内向外安装有多根钢丝绳；轮圈的外周侧安装有叶片座，叶片座上安装所述叶片；所述叶片为薄壁壳体结构，其壳体内腔由前侧的叶面及位于叶面后侧的后支撑柱封闭形成，叶片的重心位于后支撑柱上，后支撑柱的端部带有法兰连接部，法兰连接部通过法兰与轮圈上的叶片座固连。本发明采用非铸造式成型、内外多轮圈组合加交叉支撑杆的复式结构，并通过钢丝绳对内外轮圈加固，其机械强度高、重量轻、方便运输安装、使用灵活。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，特别涉及聚风风力发电装置，尤其涉及聚风风力发电装置的叶轮组件。
背景技术
根据狭管效应而产生的聚风型风力发电机，由于其具有聚集风能、提压增速、提高风能利用率的优点，在风力发电技术领域具有广泛的应用前景。申请人检索了大量的已有关于狭管聚风发电的专利，如：专利号为ZL201320279644.X的专利公开了一种双涵道轴流式风力发电系统、专利号为ZL201420079694.8的专利公开了直通式狭管聚风风力发电系统、专利号为ZL201220394391.6的专利公开了一种自启动式狭管聚风风力发电系统，上述专利较多的公开了狭管聚风的类型及原理。从上述专利公开的内容可知，其公开的狭管聚风风力发电装置中的叶轮均为圈、板焊接一体结构。众所周知，采用狭管聚风方式来发电，若功率一旦提增，其机型必然增大，其叶轮也需随之增大，整个叶轮与叶片构成的叶轮组件的体积增大，其壁厚必然增厚，重量必然增大，其成型难度增加，运输、安装操作也成为难题，且成本也随之剧增。因此，对于大功率的狭管发电系统，叶轮技术亟需进行改进。
而叶片在现有技术中，已有专利如专利号为ZL201420079675.5、专利名称为狭管聚风型风力发电装置用叶片，上述专利中的叶片改善了发电机的启动性能，提高了风能转换率，但针对多级狭管聚风风力发电系统，若采用上述叶片，由于狭管增速带来的风能大大增强，并且如遇超大风力时，叶片在强风加狭管内增速风的双重压力下，其需承受极大的风压，很容易造成叶片变形、损坏、叶根断裂等现象。因此，亟需研制一种能进一步提高风能利用率、使用寿命、稳定可靠的叶片。
发明内容
本申请人针对上述现有叶轮及叶片存在的缺点，进行研究和设计，提供一种由叶轮和叶片构成的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其结构合理、重量轻、强度高，叶轮采用内外多圈设计和支撑杆交叉支撑功能特证，在保证高强度的前提下大大降低了重量，方便运输和安装；叶片采用前倾式后支撑结构，其受风能力大大增强，风能利用率得到较大提高。
本发明所采用的技术方案如下：
一种狭管聚风风力发电用叶轮组件，该叶轮组件包括叶轮及叶片，所述叶轮包括依次由内至外并共轴设置的轴套管、支撑轮及轮圈，轴套管与支撑轮之间、支撑轮与轮圈之间分别安装有多根支撑杆，轴套管、支撑轮及轮圈间由内向外安装有多根钢丝绳；轮圈的外周侧安装有叶片座，叶片座上安装所述叶片；
所述叶片为薄壁壳体结构，其壳体内腔由前侧的叶面及位于叶面后侧的后支撑柱封闭形成，叶片的重心位于后支撑柱上，后支撑柱的端部带有法兰连接部，法兰连接部通过法兰与轮圈上的叶片座固连。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述轮圈的轴向两侧对称带有向其内侧或外侧翻折成型的第一翻折缘，位于内侧的第一翻折缘上带有第一安装孔，轮圈的轴向两侧分别安装有第一钢丝绳座；支撑轮的轴向两侧对称带有向其外侧翻折成型的第二翻折缘，第二翻折缘上带有第二安装孔及第二钢丝绳座，支撑轮的内侧带有第三安装孔；轴套管的轴向两侧对称带有向其外侧翻折的第三翻折缘，第三翻折缘的侧面带有第四安装孔及第三钢丝绳座；支撑杆分别安装于第四安装孔与第三安装孔之间、第二安装孔与第一安装孔之间，钢丝绳的内外两端分别安装于轴套管的第三钢丝绳座及轮圈的第一钢丝绳座上，钢丝绳的中部与第二钢丝绳座固连。
轮圈与支撑轮之间的支撑杆的布置结构为：位于轮圈的轴向一侧的第一安装孔与位于支撑轮的轴向另一侧的第二安装孔间安装支撑杆，相邻的支撑杆间交错布置。
支撑轮与轴套管之间的支撑杆的布置结构为：位于支撑轮的轴向一侧的第三安装孔与位于轴套管的轴向另一侧的第四安装孔间安装支撑杆，相邻的支撑杆间交错布置。
所述支撑杆的两端分别固连有杆套，杆套的端部径向设置有螺纹孔，杆套分别与第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔及第四安装孔通过螺钉连接。
所述钢丝绳的内外端分别带有内绳套及外绳套，内绳套的端部径向设置有螺纹孔，内绳套与轴套管侧面的第三钢丝绳座通过螺钉连接，外绳套的端部带有螺纹，外绳套贯穿轮圈侧面的第一钢丝绳座并通过螺母与其固连；钢丝绳的中部通过夹套与支撑轮侧面的第二钢丝绳座固连。
叶片的叶面由根端的窄条部向外端的柱状小弧面部扭转形成，柱状小弧面部的宽度大于窄条部的宽度，柱状小弧面部的前侧面向叶片的前侧倾斜；所述后支撑柱带有由根端向外端渐变的柱形支撑部及柱状小弧面支撑部，柱状小弧面支撑部的宽度大于柱形支撑部的外径。
前侧面所在的平面与叶片的中心平面间带有α夹角，α夹角的范围是1-3度。
壳体内腔中带有沿叶片的跨度方向布置的多根加强筋。
所述叶面的迎风面带有弧形内凹面。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用非铸造式成型、内外多轮圈组合加交叉支撑杆的复式结构，并通过钢丝绳对内外轮圈加固；内外多轮圈结构可实现将叶轮组件制成大型结构，交叉的支撑杆保证了整个叶轮组件的静平衡，在完成风能转化成机械能的能量转化中发挥了关键作用。
2、本发明的中的叶轮采用内外多轮圈结构，比较同体积的传统一体式铸造成型的叶轮，由于叶轮中的轮圈、支撑轮及轴套管均为薄壁结构，其重量大大减轻；通过交叉的支撑杆及钢丝绳进行两两连接，又保证了高强度的机械性能，可满足任何大功率的发电系统。
3、本发明的中叶轮的多部分组合结构，可对每个部分进行单独搬运，解决了传统大型铸造叶轮的搬运难的难题，其操作简便、运输方便；各部分的质量轻又方便安装时的搬运操作，从而又降低了安装成本。
4、本发明的中叶轮的内外多轮圈结构，可根据使用场所，增加或减少中部支撑轮的数目，从而方便地改变整个叶轮的体积，其使用灵活、应用范围广。
5、本发明中的叶片为薄壁壳体结构，其质量轻，方便安装；采用前侧的凹面型前倾带扭转角的叶面与后侧的下端柱形上端扁平型结构的后支撑相复合，壳体内腔中设置加强筋固连，大大提高吸风能力，叶片的强度高、变形量小。
6、本发明的叶片在静态时略前倾，而动态时受风压载荷，其重心正好落在叶根中央，极大的提高了风能到机械能的转换能力；叶面带有上宽下窄的结构，应用在聚风类风力发电时，可充分利用杠杆力，提升扭力；本发明特别适合在高强度，高风速工况下工作。
本发明具有工作可靠、成本低、风能利用率高、免维护的特点。
附图说明
图1为本发明的立体结构图。
图2为本发明中叶轮的立体结构图。
图3为本发明中叶轮的主视图。
图4为本发明的轮圈的立体结构图。
图5为本发明的轮圈的主剖视图。
图6为本发明的支撑轮的立体结构图。
图7为本发明的轴套管的立体结构图。
图8为图2中A处局部放大图。
图9为图2中B处局部放大图。
图10为图2中C处局部放大图。
图11为本发明的叶片的立体结构图。
图12为本发明的叶片的另一立体结构图。
图13为叶片的主视图。
图14为图13的左视图。
图15为图13的后视图。
图16为图13的俯视图。
图17为图14的A-A截面图。
图18为图14的B-B截面图。
图19为图14的C-C截面图。
其中：1、轮圈；11、第一钢丝绳座；12、第一翻折缘；13、第一安装孔；14、叶片座；2、支撑轮；21、第二钢丝绳座；22、第二翻折缘；23、第二安装孔；24、第三安装孔；3、轴套管；31、第三钢丝绳座；32、第三翻折缘；33、第四安装孔；4、钢丝绳；41、内绳套；42、外绳套；5、支撑杆；51、杆套；6、叶片；601、法兰连接部；602、后支撑柱；6021、柱状小弧面支撑部；6022、柱形支撑部；603、叶面；6031、柱状小弧面部；6032、窄条部；6033、前侧面；6034、弧形内凹面；604、壳体内腔；605、加强筋；606、α夹角；7、法兰；8、夹套；9、叶轮。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2及图3所示，本实施例的狭管聚风风力发电用叶轮组件，包括叶轮9及叶片6，叶片6环向安装于叶轮9的周面；叶轮9包括依次由内至外并共轴设置的轴套管3、支撑轮2及轮圈1，轴套管3与支撑轮2之间、支撑轮2与轮圈1之间分别安装有多根支撑杆5，轴套管3、支撑轮2及轮圈1间由内向外安装有多根钢丝绳4；轮圈1的外周侧安装有叶片座14，叶片座14通过法兰7安装叶片6，轴套管3与发电机连接。
如图4至图7所示，轮圈1的轴向两侧对称带有向其内侧或外侧翻折成型的第一翻折缘12，位于内侧的第一翻折缘12上带有第一安装孔13，轮圈1的轴向两侧分别安装有第一钢丝绳座11；支撑轮2的轴向两侧对称带有向其外侧翻折成型的第二翻折缘22，第二翻折缘22上带有第二安装孔23及第二钢丝绳座21，支撑轮2的内侧带有第三安装孔24；轴套管3的轴向两侧对称带有向其外侧翻折的第三翻折缘32，第三翻折缘32的侧面带有第四安装孔33及第三钢丝绳座31；支撑杆5分别安装于第四安装孔33与第三安装孔24之间、第二安装孔23与第一安装孔13之间，钢丝绳4的内外两端分别安装于轴套管3的第三钢丝绳座31及轮圈1的第一钢丝绳座11上，钢丝绳4的中部与第二钢丝绳座21固连。
如图2所示，轮圈1与支撑轮2之间的支撑杆5的布置结构为：位于轮圈1的轴向一侧的第一安装孔13与位于支撑轮2的轴向另一侧的第二安装孔23间安装支撑杆5，相邻的支撑杆5间交错布置。
如图2所示，支撑轮2与轴套管3之间的支撑杆5的布置结构为：位于支撑轮2的轴向一侧的第三安装孔24与位于轴套管3的轴向另一侧的第四安装孔33间安装支撑杆5，相邻的支撑杆5间交错布置。
如图8、图9所示，支撑杆5的两端分别固连有杆套51，杆套51的端部径向设置有螺纹孔，杆套51分别与第一安装孔13、第二安装孔23、第三安装孔24及第四安装孔33通过螺钉连接。
如图8至图10所示，钢丝绳4的内外端分别带有内绳套41及外绳套42，内绳套41的端部径向设置有螺纹孔，内绳套41与轴套管3侧面的第三钢丝绳座31通过螺钉连接，外绳套42的端部带有螺纹，外绳套42贯穿轮圈1侧面的第一钢丝绳座11并通过螺母与其固连；钢丝绳4的中部通过夹套8与支撑轮2侧面的第二钢丝绳座21固连。
本发明的叶轮中轮圈1、支撑轮2及轴套管3均为薄壁结构，其重量轻；通过支撑杆将三者之间两两加强连接及钢丝绳实现三者共连，保证了叶轮的支撑强度。
本发明中的叶轮相比传统的一体式叶轮，采用非铸造式成型、内外多轮圈组合加交叉支撑杆的复式结构，并通过钢丝绳对内外轮圈加固；内外多轮圈结构可实现将叶轮制成大型结构，交叉的支撑杆保证了整个叶轮的静平衡，在完成风能转化成机械能的能量转化中发挥了关键作用，并且其重量轻，机械强度高，又便于运输安装；内外多轮圈结构可方便的改变叶轮的体积，从而适用于不同场合，其使用灵活。
如图11至图15所示，叶片6为薄壁壳体结构，其壳体内腔604由前侧的叶面603及位于叶面603后侧的后支撑柱602封闭形成，叶片6的重心位于后支撑柱602上，后支撑柱602的端部带有法兰连接部601，法兰连接部601通过法兰7与轮圈1上的叶片座14固连。
如图11、图12所示，叶片6的叶面603由根端的窄条部6032向外端的柱状小弧面部6031扭转形成，柱状小弧面部6031的宽度大于窄条部6032的宽度，柱状小弧面部6031的前侧面6033向叶片6的前侧倾斜，前侧面6033所在的平面与叶片6的中心平面间带有α夹角606，α夹角606的范围是1-3度。后支撑柱602带有由根端向外端渐变的柱形支撑部6022及柱状小弧面支撑部6021，柱状小弧面支撑部6021的宽度大于柱形支撑部6022的外径。
如图17至图19所示，为提高叶片6的强度，壳体内腔604中带有沿叶片6的跨度方向布置的多根加强筋605。
如图14所示，叶面603的迎风面设置成弧形内凹面6034，以提高吸风能力，减小变形。
本发明中的叶片为薄壁壳体结构，其质量轻，方便安装；采用前侧的凹面型前倾带扭转角的叶面与后侧的下端柱形上端扁平型结构的后支撑相复合，壳体内腔中设置加强筋固连，大大提高吸风能力，叶片的强度高、变形量小；本发明的叶片在静态时略前倾，而动态时受风压载荷，其重心正好落在叶根中央，极大的提高了风能到机械能的转换能力；叶面带有上宽下窄的结构，应用在聚风类风力发电时，可充分利用杠杆力，提升扭力；本发明特别适合在高强度，高风速工况下工作。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种狭管聚风风力发电用叶轮组件，该叶轮组件包括叶轮(9)及叶片(6)，其特征在于：所述叶轮(9)包括依次由内至外并共轴设置的轴套管(3)、支撑轮(2)及轮圈(1)，轴套管(3)与支撑轮(2)之间、支撑轮(2)与轮圈(1)之间分别安装有多根支撑杆(5)，轴套管(3)、支撑轮(2)及轮圈(1)间由内向外安装有多根钢丝绳(4)；轮圈(1)的外周侧安装有叶片座(14)，叶片座(14)上安装所述叶片(6)；
所述叶片(6)为薄壁壳体结构，其壳体内腔(604)由前侧的叶面(603)及位于叶面(603)后侧的后支撑柱(602)封闭形成，叶片(6)的重心位于后支撑柱(602)上，后支撑柱(602)的端部带有法兰连接部(601)，法兰连接部(601)通过法兰(7)与轮圈(1)上的叶片座(14)固连。
2.按照权利要求1所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：所述轮圈(1)的轴向两侧对称带有向其内侧或外侧翻折成型的第一翻折缘(12)，位于内侧的第一翻折缘(12)上带有第一安装孔(13)，轮圈(1)的轴向两侧分别安装有第一钢丝绳座(11)；支撑轮(2)的轴向两侧对称带有向其外侧翻折成型的第二翻折缘(22)，第二翻折缘(22)上带有第二安装孔(23)及第二钢丝绳座(21)，支撑轮(2)的内侧带有第三安装孔(24)；轴套管(3)的轴向两侧对称带有向其外侧翻折的第三翻折缘(32)，第三翻折缘(32)的侧面带有第四安装孔(33)及第三钢丝绳座(31)；支撑杆(5)分别安装于第四安装孔(33)与第三安装孔(24)之间、第二安装孔(23)与第一安装孔(13)之间，钢丝绳(4)的内外两端分别安装于轴套管(3)的第三钢丝绳座(31)及轮圈(1)的第一钢丝绳座(11)上，钢丝绳(4)的中部与第二钢丝绳座(21)固连。
3.按照权利要求2所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：轮圈(1)与支撑轮(2)之间的支撑杆(5)的布置结构为：位于轮圈(1)的轴向一侧的第一安装孔(13)与位于支撑轮(2)的轴向另一侧的第二安装孔(23)间安装支撑杆(5)，相邻的支撑杆(5)间交错布置。
4.按照权利要求2所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：支撑轮(2)与轴套管(3)之间的支撑杆(5)的布置结构为：位于支撑轮(2)的轴向一侧的第三安装孔(24)与位于轴套管(3)的轴向另一侧的第四安装孔(33)间安装支撑杆(5)，相邻的支撑杆(5)间交错布置。
5.按照权利要求2或3所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：所述支撑杆(5)的两端分别固连有杆套(51)，杆套(51)的端部径向设置有螺纹孔，杆套(51)分别与第一安装孔(13)、第二安装孔(23)、第三安装孔(24)及第四安装孔(33)通过螺钉连接。
6.按照权利要求2或3所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：所述钢丝绳(4)的内外端分别带有内绳套(41)及外绳套(42)，内绳套(41)的端部径向设置有螺纹孔，内绳套(41)与轴套管(3)侧面的第三钢丝绳座(31)通过螺钉连接，外绳套(42)的端部带有螺纹，外绳套(42)贯穿轮圈(1)侧面的第一钢丝绳座(11)并通过螺母与其固连；钢丝绳(4)的中部通过夹套(8)与支撑轮(2)侧面的第二钢丝绳座(21)固连。
7.按照权利要求1所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：叶片(6)的叶面(603)由根端的窄条部(6032)向外端的柱状小弧面部(6031)扭转形成，柱状小弧面部(6031)的宽度大于窄条部(6032)的宽度，柱状小弧面部(6031)的前侧面(6033)向叶片(6)的前侧倾斜；所述后支撑柱(602)带有由根端向外端渐变的柱形支撑部(6022)及柱状小弧面支撑部(6021)，柱状小弧面支撑部(6021)的宽度大于柱形支撑部(6022)的外径。
8.按照权利要求7所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：前侧面(6033)所在的平面与叶片(6)的中心平面间带有α夹角(606)，α夹角(606)的范围是1-3度。
9.按照权利要求1所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：壳体内腔(604)中带有沿叶片(6)的跨度方向布置的多根加强筋(605)。
10.按照权利要求1、7、8、9中任一权利要求所述的狭管聚风风力发电用叶轮组件，其特征在于：所述叶面(603)的迎风面带有弧形内凹面(6034)。
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Application publication date: 20150513 Assignee: Wuxi Golden Scorpion Technology Co.,Ltd. Assignor: Wuxi gold scorpion Zhong Yun Feng Electric Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980033187 Denomination of invention: Impeller assembly for narrow tube wind power generation Granted publication date: 20170721 License type: Exclusive License Record date: 20230307 |
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