CN104912740A - 一种多级叶轮组的筒型风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体地说是一种多级叶轮组的筒型风力发电机。现有的三叶水平轴风力发电机，存在功率受结构限制，年使用率低，发电成本高等缺陷。本发明基座、发电机组、风筒、叶轮组、回流风道、制动装置、偏航机构；风筒通过偏航机构安装在基座顶部，风筒内同轴心装配多组叶轮组，每组叶轮组带动一台发电机组；叶轮组的外端设有制动装置；环绕风筒外壁设有回流风道，可将流过风筒内的气流循环至各叶轮组前部，辅助叶轮转动。本发明通过单风筒内设置多组叶轮同时驱动多机组作业，利用风筒结构使空气回流，增大了有效风速范围，实现全天候运转，提高了发电效能及装机的土地利用率，降低了单位电能成本。

Description

一种多级叶轮组的筒型风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体地说是一种多级叶轮组的筒型风力发电机。

背景技术

风力发电机具有绿色环保、无污染等特点，已被广泛应用。目前，风力发电机大多为水平轴三叶片形式，安装在杆塔顶端，利用自然风能驱动叶轮，并通过传动系统带动发电机组运转，将风能转化为机械能用于发电。这类风力发电机受结构限制，其输出功率与叶片的扫风面积密切相关，即提高额定输出功率通常需要增加叶片的长度，来增加叶片的扑风面积，因此风机功率增大的同时，其自身高度、重量、体积均随之增加，高大的机身杆塔加大了整体的摆动，使其抗风能力下降，且设备的结构、材料强度等要求较高，整机成本、运行及日常维护费用大幅增加。

另外，为避免各风机之间扰流现象，风机的间距设置应大于风机自身高度的8倍，风场占地面积大，土地的利用率不高；以现行额定功率1.5MW的风机为例：其整机高度100多米，单叶片长度约为45米，仅机头重量达百吨，该风机对风速较为敏感，可利用的有效风速范围窄（切入风速为3～4m/s，切出风速为25m/s，切入与切出风速之间为有效风速），存在风力资源浪费，单位千瓦电能成本上升等问题，因此现行的风电设备投资大，成本回收周期长，年利用小时数偏低（一般为2000～3000小时）的问题，即风机的实际工作时间仅为全年的1/3，则风电场的投资回报年限约为10年。上述原因直接导致了风电的单位成本高于其他发电方式（如火力发电）的成本；上述结构的风机在运行过程中，叶轮减速或急刹时应力集中在叶片根部，较易出现叶片受损现象，此外，叶片遭遇雷击折断的几率较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种多级叶轮组的筒型风力发电机，同轴心装配多级叶轮，同时带动多台发电机组，且利用风筒结构使空气回流，提高了发电效能及装机的土地利用率，降低了单位电能成本。

本发明的技术方案包括基座、设置在基座内部的发电机组；

本发明还包括风筒、轴架、叶轮组、回流风道、制动装置、偏航机构；

风筒通过偏航机构装配在基座顶部；风筒前端为进风口，后端为出风口；风筒内纵向固定有多组轴架，各轴架均安装有一组叶轮组，各叶轮组同轴心设置；所述的叶轮组包括叶片体、轮毂、主轴、环形框架，所述的环形框架通过支承杆固定在轮毂上，轮毂与主轴连接固定；叶片体环绕主轴呈放射状均布，叶片体的根部与套装在主轴上的轮毂连接，叶片体的外端部装配在环形框架上；每组叶轮组的主轴均通过一套传动机构与基座内的一台发电机组连接；

环绕风筒的筒体外壁设有回流风道，风筒筒体后端出风口内壁设有多个集风道；集风道侧部设有回流风道入口，与回流风道连接；集风道后端开口处装有排风门；回流风道出口分别设置在各组叶轮组前方的风筒筒体内壁； 

制动装置包括环带形构造的制动碟片、与制动碟片配合的制动夹器，制动碟片固定在环形框架的外边缘，制动夹器装配在风筒内壁。

进一步，所述制动夹器与风筒的装配方式为固定连接或通过可在风筒内纵向运动的滑动组件连接。

进一步，所述的滑动组件包括纵向设置在风筒筒体内壁的导向滑轨，及卡装在导向滑轨内的滑块；制动夹器固定在滑块上。

进一步，所述集风道的前端进口或集风道侧部的回流风道入口处装配有助力风机。

进一步，所述的集风道环绕风筒轴心均布在风筒的筒体内壁。

进一步，所述的各回流风道出口前侧的风筒内壁上装配有可开合的导流板。

进一步，所述叶轮组与发电机组连接的传动机构中，至少一组传动机构设置有离合装置，该离合装置与辅助启动装置的动力输出机构连接。

进一步，所述叶轮组的环形框架后侧装有限位装置，该限位装置包括限位滚轮及固定在风筒内壁上的环形滑道，限位滚轮与环形滑道滚动配合。

进一步，所述的偏航机构包括弧形导轨、导向勾轮、推力轴承组、齿圈；风筒下部安装有导向勾轮及齿圈；弧形导轨固定在基座顶部；基座与风筒下部的通过推力轴承组滑动配合，导向勾轮卡装在弧形导轨内，并与导轨滚动配合；齿圈与设置在基座内的偏航动力输出机构连接。

进一步，所述的风筒进风口边缘装有喇叭形的集风沿。

本发明的有益效果是：本风机通过在风筒内设置多组叶轮驱动多机组作业，土地利用率高，合理利用风力资源，循环使用气流，其风力捕掠在自然风3m/s以下时，利用自助装置使叶轮组启动；风力大于25m/s时，通过偏航机构、制动装置、集风道风门等机构调节控制叶轮转速，实现各机组的正常运转；提高了整机额定输出功率，减小了整机高度，降低了整机成本、运行及日常维护费用，单位千瓦电能成本下降，实现了低投入，高产出；解决了现有技术中风场的土地利用率高，年发电小时数偏低，成本回收周期长等问题。此外风筒与基座连接稳固，增强了抗风能力；叶轮组结构稳定、位于风筒内，降低了机械故障率，减少了自然侵蚀或叶片遭雷击的机率。在工作状态下可进行单机组维护检修，而不影响其他分机组的正常发电。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明叶轮组的结构示意图；

图3为图1的A-A向剖视图

图4为本发明实施例2限位装置及偏航机构的局部示意图；

图5为本发明实施例2助力风机的安装示意图。

具体实施方式

图中：1、风筒，2、回流风道，3、回流风道出口，4、回流风道入口，5、排风门，6、集风道，7、助力风机，8、导流板，9、环形框架，10、叶片体，11、制动碟片，12、轴架，13、轮毂，14、传动机构，15、导向滑轨，16、制动夹器，17、导向勾轮，18、弧形导轨，19、推力轴承组，20、齿圈，21、偏航动力输出机构，22、离合装置，23、基座，24、集风沿，25、限位滚轮，26、环形滑道。

实施例1

从图1～图3可知，本发明的技术方案包括基座、设置在基座内部的发电机组；本发明还包括风筒1、轴架12、叶轮组、回流风道2、制动装置、偏航机构；

风筒1通过偏航机构装配在基座23顶部；所述的偏航机构包括弧形导轨18、导向勾轮17、推力轴承组19、齿圈20；风筒1下部安装有导向勾轮17及齿圈20；弧形导轨18固定在基座23顶部；基座23与风筒1下部的通过推力轴承组19滑动配合，导向勾轮17卡装在弧形导轨18内，并与导轨滚动配合，以防止风筒侧倾；齿圈20与设置在基座23内的偏航动力输出机构21连接，使本风机风筒1的偏航角度实现±180°调节。

风筒1前端为进风口，后端为出风口；风筒1的进风口边缘装有喇叭形的集风沿24；本实施例风筒1内纵向固定有六组轴架12，各轴架12均安装有一组叶轮组，各叶轮组同轴心设置；所述的叶轮组包括叶片体10、轮毂13、主轴、环形框架9，所述的环形框架9通过支承杆固定在轮毂13上，主轴与轮毂13连接固定，轮毂13随主轴旋转；叶片体10环绕主轴呈放射状均布，叶片体10的根部与套装在主轴上的轮毂13连接，叶片体10的外端部装配在环形框架9上；每组叶轮组的主轴后部通过传动机构14与基座内的一组发电机组连接，则整机工作时可同时驱动六组发电机组作业。所述叶轮组与发电机组连接的传动机构中，至少一组传动机构的传动轴上设置有离合装置22；该离合装置22可采用圆锥式摩擦离合器或牙嵌式离合器即可，与辅助启动装置的动力输出机构（电动马达）连接。

环绕风筒1的筒体外壁设有回流风道2，风筒1筒体后端出风口处的内壁设有多个集风道6，所述的集风道6环绕风筒轴心均布；集风道6侧部设有回流风道入口4，与回流风道2连接；回流风道出口3分别设置在各组叶轮组前方的风筒1筒体内壁；所述的各回流风道出口3前侧的风筒内壁上装配有可开合的导流板8；集风道6后端开口处装有排风门5；根据风场的地理及气候情况，可在集风道6的前端进口处装配有助力风机7，该助力风机7的可采用太阳能设备提供动力。

制动装置包括环带形构造的制动碟片11、与制动碟片11配合的制动夹器16，制动碟片11固定在环形框架9的外边缘，制动夹器16与风筒1内壁通过可在风筒1内纵向运动的滑动组件连接；所述的滑动组件包括风筒1筒体内壁上纵向设置的导向滑轨15，及卡装在导向滑轨15内的滑块；制动夹器16固定在滑块上；该滑动组件的作用是当风轮受风产生后倾时，制动夹器16随滑块移动，避免转动受阻，确保制动效果。

本发明风力发电机运行时，流过风筒内部的气流部分经集风道6进入回流风道2，由设在各组叶轮组前方的回流风道出口3流出，可辅助吹动各组叶轮转动；通过导流板8的开合，可调节循环气流的流向。当风力大于切出风速时，关闭各导流板8，并通过各集风道6后端的排风门5开合控制气流，同时调整偏航机构控制风力，并利用制动装置控制各叶轮组的转速。风力小于切入风速时，风力发电机无法启动，必要时利用离合装置22临时接合辅助启动装置，由传动机构14带动叶轮组启动；同时关闭各集风道6的排风门5，打开并调整各导流板8角度，通过助力风机7产生流动空气经回流风道2流出，驱动叶轮组转动；然后将离合装置分离，断开辅助启动装置。

本发明风力发电机可在其他分机组的正常工作状态下，进行单机组维护或检修。

实施例2

从图4可知，本实施例与实施例1不同之处在于，所述各叶轮组的环形框架9后侧装有限位装置，该限位装置包括限位滚轮25及固定在风筒内壁上的环形滑道26，限位滚轮25与环形滑道26滚动配合。可防止因叶轮受力导致环形框架9及叶片体后倾形变，根据整机材料及运行情况，制动夹器16与风筒的连接方式也可采用固定连接。

图5所示，本实施例中将助力风机7安装在集风道侧部的回流风道入口处，以确保集风道6在排风门5全开状态下的空气流通。

本实施例的其他技术特征与实施例1相同。

以上借助较佳的实施例对本发明技术方案进行的详细说明是示意性的而非形式上的限制。本领域的技术人员在阅读本发明说明书的基础上，可以对实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多级叶轮组的筒型风力发电机，包括基座、设置在基座内部的发电机组；其特征在于：还包括风筒（1）、轴架（12）、叶轮组、回流风道（2）、制动装置、偏航机构；

风筒（1）通过偏航机构装配在基座（23）顶部；风筒（1）前端为进风口，后端为出风口；风筒（1）内纵向固定有多组轴架（12），各轴架（12）均安装有一组叶轮组，各叶轮组同轴心设置；所述的叶轮组包括叶片体（10）、轮毂（13）、主轴、环形框架（9），所述的环形框架（9）通过支承杆固定在轮毂（13）上，轮毂（13）与主轴连接固定；叶片体（10）环绕主轴呈放射状均布，叶片体（10）的根部与套装在主轴上的轮毂（13）连接，叶片体（10）的外端部装配在环形框架（9）上；每组叶轮组的主轴均通过一套传动机构（14）与基座内的一台发电机组连接；

环绕风筒（1）的筒体外壁设有回流风道（2），风筒（1）筒体后端出风口内壁设有多个集风道（6）；集风道（6）侧部设有回流风道入口（4），与回流风道（2）连接；集风道（6）后端开口处装有排风门（5）；回流风道出口（3）分别设置在各组叶轮组前方的风筒（1）筒体内壁；

制动装置包括环带形构造的制动碟片（11）、与制动碟片（11）配合的制动夹器（16），制动碟片（11）固定在环形框架（9）的外边缘，制动夹器（16）装配在风筒内壁。

2.根据权利要求1所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述制动夹器（16）与风筒的装配方式为固定连接或通过可在风筒（1）内纵向运动的滑动组件连接。

3.根据权利要求2所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述的滑动组件包括纵向设置在风筒（1）筒体内壁的导向滑轨（15），及卡装在导向滑轨（15）内的滑块；制动夹器（16）固定在滑块上。

4.根据权利要求1所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述集风道（6）的前端进口或集风道侧部的回流风道入口（4）处装配有助力风机（7）。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述的集风道（6）环绕风筒轴心均布在风筒（1）的筒体内壁。

6.根据权利要求1所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述的各回流风道出口（3）前侧的风筒内壁上装配有可开合的导流板（8）。

7.根据权利要求1、2、3、4、6中任一项权利要求所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述叶轮组与发电机组连接的传动机构中，至少一组传动机构设置有离合装置（22），该离合装置（22）与辅助启动装置的动力输出机构连接。

8.根据权利要求1、2、3、4、6中任一项权利要求所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述叶轮组的环形框架（9）后侧装有限位装置，该限位装置包括限位滚轮（25）及固定在风筒内壁上的环形滑道（26），限位滚轮（25）与环形滑道（26）滚动配合。

9.根据权利要求1、2、3、4、6中任一项权利要求所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述的偏航机构包括弧形导轨（18）、导向勾轮（17）、推力轴承组（19）、齿圈（20）；风筒（1）下部安装有导向勾轮（17）及齿圈（20）；弧形导轨（18）固定在基座（23）顶部；基座（23）与风筒（1）下部的通过推力轴承组（19）滑动配合，导向勾轮（17）卡装在弧形导轨（18）内，并与导轨滚动配合；齿圈（20）与设置在基座（23）内的偏航动力输出机构（21）连接。

10.根据权利要求1、2、3、4、6中任一项权利要求所述的一种多级叶轮组的筒型风力发电机，其特征在于：所述的风筒（1）进风口边缘装有喇叭形的集风沿（24）。