CN105604784A - 一种风力发电用可增速叶轮 - Google Patents

一种风力发电用可增速叶轮 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风力发电用可增速叶轮，包括叶轮缸体，于叶轮缸体的外壁均布多个用于连接叶片的叶片底座，于叶轮缸体的内壁固接齿圈，于所述齿圈的内圈啮合多个行星轮，各行星轮与太阳轮啮合；各行星轮轴的一端均与行星架的一端连接形成一体行星架的另一端与回转轴承的内圈配合，回转轴承的外圈与叶轮缸体的端部连接；于各行星轮轴的另一端固接行星架固定环；太阳轮轴的一端与所述太阳轮连接形成一体，太阳轮轴的另一端贯穿行星架并通过联轴器与发电机的输出端连接。本发明不仅降低了叶片转矩及叶轮快速旋转时产生的离心力，同时还提高了叶片使用寿命及整机系统运行的可靠性，缩小了发电机的体积、降低了发电机的重量及涉及成本。

Description

一种风力发电用可增速叶轮
技术领域
本发明涉及风力发电设备领域，尤其涉及一种风力发电用可增速叶轮。
背景技术
目前，就传统风力发电而言，其技术的成熟度不足，缺点较多，特别是在用电口建站，低风速启动及分布式应用方面难以担当重任，在完成风电场建造后，还需要国家投入大额资金建设远距离输电线路，如近期开展的“四交四直”特高压工程建设，投入金额为1737亿元。
为了克服上述传统风力发电的问题衍生出如狭管聚风发电的新型风力发电技术，该新型风力发电技术主要是将进风口设置成一个聚缩狭管，相较于传统的水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机而言，具有聚集风能、提压增速、提高风能利用率等优点。因此，在风力发电技术领域具有广泛的应用前景。而正是这一技术的独有性，所有组成这一技术的核心部件都将必须适应其流体特性及符合环境应用要求。如：专利号为201310189892.X公开的双涵道轴流式风里发电系统；专利号为201420079694.8公开的直通式狭管聚风风力发电系统；专利号为201520071120.0公开的多狭管聚风风力发电系统，上述专利公开的发电结构均是采用直驱发电方式，即通过叶轮的中心轴，直接带动发电机发电。但是在实际应用过程中，特别是对于大功率机型的应用会出现弊端，具体表现为以下几点：(一)风轮转速低，达不到发电机发电所要求的转速。(二)叶片选材要求高，叶片快速旋转离心力大，在强风作用下易出现飞车现象，大大降低了整机运营的安全系数。(三)需要低转速的直驱发电机，发电机体积大、成本高、重量重。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种风力发电用可增速叶轮，其不仅提高了转速、降低了叶片转矩及叶轮快速旋转时产生的离心力，同时还提高了叶片使用寿命及整机系统运行的可靠性，缩小了发电机的体积、降低了了发电机的重量及涉及成本，使其更能适应低风俗地区及分布式电站的大规模建站。
有本发明所采用的技术方案如下：
一种风力发电用可增速叶轮，包括叶轮缸体，于所述叶轮缸体的外壁均布多个用于连接叶片的叶片底座，于所述叶轮缸体的内壁固接齿圈，于所述齿圈的内圈啮合多个行星轮，各行星轮与太阳轮啮合；于各行星轮的圆心处均配合行星轮轴，于各行星轮轴的外圈处均配合第二轴承，各行星轮轴的一端均与行星架的一端连接形成一体，所述行星架的另一端与回转轴承的内圈配合，所述回转轴承的外圈与叶轮缸体的端部连接；于各行星轮轴的另一端固接行星架固定环；太阳轮轴的一端与所述太阳轮连接形成一体，所述太阳轮轴的另一端贯穿行星架并通过联轴器与发电机的输出端连接。
其进一步技术方案在于：
于所述齿圈的一侧还与密封垫圈的一侧抵接，所述密封垫圈的另一侧抵接异型挡油环，所述异型挡油环的外壁也与叶轮缸体的内壁固接；
于所述太阳轮轴的外周还配合第一轴承，于所述行星架的一侧还向外延伸形成开槽凸台，所述第一轴承的外圈与开槽凸台的内槽壁抵接；
于所述叶轮缸体的内壁处还设置多个加强筋，在所述叶轮缸体的端部还固接叶轮端盖，于所述叶轮端盖端面圆心处还固接端盖封板；
所述叶轮缸体一端与回转轴承外圈连接处的承受重力、旋转扭矩大于叶轮缸体另一端叶轮端盖，使所述叶轮缸体形成非对称非均质缸体；
于所述叶轮缸体与回转轴承外圈配合的一端还设置第一摩擦片，于所述太阳轮轴伸出叶轮缸体的部分、于所述太阳轮轴的外周还配合第二摩擦片；
于所述行星架的内部还设置液压站，所述液压站与吸油嘴的一端连接，所述吸油嘴的另一端延伸至叶轮缸体的内壁并保持间隙；所述液压站还与出油嘴的一端连接，所述出油嘴的另一端贯穿行星架并伸入行星轮轴内部；
于所述出油嘴与行星架的贯穿处、在所述出油嘴的外周还配合防尘圈。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过在叶轮缸体内壁设置齿圈，将齿圈与各行星轮啮合，由各行星轮带动太阳轮把增速后的旋转动能传递至发电机轴，从而带动发电机发电。本发明解决了低风速下采用中速永磁直驱发电机正常运行的难题，充分体现了速度感与力量感，其不仅具有节省空间、降低成本的优点，还极大的提高了做工效能，特别应用于聚风风力发电类产品时有效降低空载启动阻力矩，和负载转矩脉动，通过合理的选取永磁直驱发电机的相数、极数和槽数，就可以提高发动机的运行特性，达到低风速多发电的目的。
2、本发明根据项目目标地区的常年风速状况，确定发电机的额定转速，以狭管聚风进口到狭管最窄处的平方面积比为依据，由齿圈产生大扭矩、低转速，额定转速为40～50r/min,采用多个行星轮分流高扭矩带来的旋转动能，将旋转动能增倍1：3～1：7，同时将发电机同步转速控制在180～250r/min的合理区间(传统水平轴风机2MW一般额定最高转速为18r/min)，因此可以将发电机的体积、重量及价格大幅度降低，其平稳度好、可靠性高、系统误差少、摩擦系数低。
3、本发明通过布置回转轴承，其在起到连接作用的同时还具有分散作用力的功能，通过回转轴承使叶片做功的力、叶片自身重量及叶轮缸体的重量不再由太阳轮轴来承担，该太阳轮轴只承担行星轮旋转时带给太阳轮的扭力，使系统的整体安全性、稳定性得到极大的提高与保障。
4、本发明在太阳轮轴的外周配合第二轴承，利用上述第二轴承支撑太阳轮轴，使太阳轮轴的旋转更为稳定，同时使太阳轮轴的扭矩更易传递，便于旋转动能的输出。异形挡油环的布置不仅起到了对齿圈的限位作用，限制齿圈移动，同时该异形挡油环及密封垫圈能一方面能防止对太阳轮轴润滑的润滑油的流出，另一方面可以防止各行星轮及太阳轮8转动时润滑油飞溅。
5、叶轮缸体与回转轴承外圈连接处承受的重力扭矩大，叶轮缸体在与回转轴承外圈连接处的缸体壁厚、加强筋厚度均要厚于叶轮缸体另一端与叶轮端盖10连接处的缸体壁厚，叶轮缸体一端与回转轴承外圈的连接处的承受重力、旋转扭矩大于叶轮缸体另一端叶轮端盖，使叶轮缸体形成非对称非均质缸体，该缸体充分突出支撑重点、坚固静态、动态安装工序，在提高叶轮缸体强度的前提下，使叶轮缸体重量为相同功率机型的60％。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1在A处的放大结构示意图。
图3为图1在B处的放大结构示意图。
图4为本发明的主视图。
图5为本发明揭开叶轮端盖的结构示意图。
其中：1、叶片底座；2、加强筋；3、异形挡油环；4、密封垫圈；5、叶轮缸体；6、第一摩擦片；7、行星架；701、开槽凸台；8、回转轴承；9、第一轴承；10、第二摩擦片；11、太阳轮轴；1101、太阳轮；12、联轴器；13、液压站；14、防尘圈；15、行星轮轴；16、油嘴；17、叶轮端盖；18、齿圈；19、行星轮；20、第二轴承；21、行星架固定环；22、端盖封板；23、出油嘴。
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、图3、图4及图5所示，一种风力发电用可增速叶轮包括叶轮缸体5，于叶轮缸体5的外壁均布多个用于连接叶片的叶片底座1，于叶轮缸体5的内壁固接齿圈18，于齿圈18的内圈啮合多个行星轮19，各行星轮19与太阳轮1101啮合；于各行星轮19的圆心处均配合行星轮轴15，于各行星轮轴15的外圈处均配合第二轴承20，各行星轮轴15的一端均与行星架7的一端连接形成一体，行星架7的另一端与回转轴承8的内圈配合，回转轴承8的外圈与叶轮缸体5的端部连接；于各行星轮轴15的另一端固接行星架固定环21；太阳轮轴11的一端与太阳轮1101连接形成一体，太阳轮轴11的另一端贯穿行星架7并通过联轴器12与发电机的输出端连接。如图1所示，于齿圈18的一侧还与密封垫圈4的一侧抵接，密封垫圈4的另一侧抵接异型挡油环3，异型挡油环3的外壁也与叶轮缸体5的内壁固接。异形挡油环3不仅起到了对齿圈18的限位作用，限制齿圈18移动，同时该异形挡油环3及密封垫圈4一方面能防止对太阳轮轴11润滑的润滑油的流出，另一方面可以防止各行星轮19及太阳轮1101在转动时润滑油飞溅。
如图1所示，于太阳轮轴11的外周还配合第一轴承9，于行星架7的一侧还向外延伸形成开槽凸台701，第一轴承9的外圈与开槽凸台701的内槽壁抵接。利用上述第一轴承9支撑太阳轮轴11，使太阳轮轴11的旋转更为稳定，同时使太阳轮轴11的扭矩更易传递，便于旋转动能的输出。
于叶轮缸体5的内壁处还设置多个加强筋2，在叶轮缸体5的端部还固接叶轮端盖17，于叶轮端盖17端面圆心处还固接端盖封板22。端盖封板22拆卸快速方便，便于维修人员进入叶轮缸体5内维修。叶轮缸体5一端与回转轴承8外圈连接处的承受重力、旋转扭矩大于叶轮缸体5另一端叶轮端盖17，使叶轮缸体5形成非对称非均质缸体。
如图1所示，于叶轮缸体5与回转轴承8外圈配合的一端还设置第一摩擦片6，于太阳轮轴11伸出叶轮缸体5的部分、于太阳轮轴11的外周还配合第二摩擦片10。如图1、图2所示，于行星架7的内部还设置液压站13，液压站13与吸油嘴16的一端连接，吸油嘴16的另一端延伸至叶轮缸体5的内壁并保持间隙；液压站13还与出油嘴23的一端连接，出油嘴23的另一端贯穿行星架7并伸入行星轮轴15内部。于出油嘴23与行星架7的贯穿处、在出油嘴23的外周还配合防尘圈14。上述吸油嘴16实现叶轮缸体5内部润滑油吸收重复利用。上述出油嘴23通过行星轮轴15上开设的油孔流入第二轴承20，保持第二轴承20的润滑。
本发明的具体工作过程如下：如图1至图5所示，如图1、图2所示，由于在叶片底座1上连接叶片，各叶片受外部风能影响驱动叶片底座1及叶轮缸体5旋转，由于叶轮缸体5的内壁固接齿圈18，同时齿圈18与各行星轮19啮合，因此齿圈18的转动驱动各行星轮19随转，由于各行星轮19均与太阳轮11啮合，因此外部风能通过齿圈18、行星轮19及太阳轮11转化为增速的旋转动能，该旋转动能通过太阳轮轴1101、联轴器12传递至发电机的输出轴，从而带动发电机发电。
在实际运行过程中，受各种因素变化的影响，负荷工况变化多段，本发明根据项目目标地区的常年风速状况，确定发电机的额定转速，以狭管聚风进口到狭管最窄处的平方面积比为依据，由齿圈18产生大扭矩、低转速，额定转速为40～50r/min，采用多个行星轮19分流高扭矩带来的旋转动能，将旋转动能增倍1：3～1：7，同时将发电机同步转速控制在180～250r/min的合理区间(传统水平轴风机2MW一般额定最高转速为18r/min)，因此可以将发电机的体积、重量及价格大幅度降低，其平稳度好、可靠性高、系统误差少、摩擦系数低，本发明技术极大地推动了半直驱风力机的变革和满足各种风况的安全运行特征，也为聚风类风力发电走出了一条全新的道路，因此极易推广及应用。
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，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：包括叶轮缸体(5)，于所述叶轮缸体(5)的外壁均布多个用于连接叶片的叶片底座(1)，于所述叶轮缸体(5)的内壁固接齿圈(18)，于所述齿圈(18)的内圈啮合多个行星轮(19)，各行星轮(19)与太阳轮(1101)啮合；于各行星轮(19)的圆心处均配合行星轮轴(15)，于各行星轮轴(15)的外圈处均配合第二轴承(20)，各行星轮轴(15)的一端均与行星架(7)的一端连接形成一体，所述行星架(7)的另一端与回转轴承(8)的内圈配合，所述回转轴承(8)的外圈与叶轮缸体(5)的端部连接；于各行星轮轴(15)的另一端固接行星架固定环(21)；太阳轮轴(11)的一端与所述太阳轮(1101)连接形成一体，所述太阳轮轴(11)的另一端贯穿行星架(7)并通过联轴器(12)与发电机的输出端连接。
2.如权利要求1所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：于所述齿圈(18)的一侧还与密封垫圈(4)的一侧抵接，所述密封垫圈(4)的另一侧抵接异型挡油环(3)，所述异型挡油环(3)的外壁也与叶轮缸体(5)的内壁固接。
3.如权利要求1所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：于所述太阳轮轴(11)的外周还配合第一轴承(9)，于所述行星架(7)的一侧还向外延伸形成开槽凸台(701)，所述第一轴承(9)的外圈与开槽凸台(701)的内槽壁抵接。
4.如权利要求1所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：于所述叶轮缸体(5)的内壁处还设置多个加强筋(2)，在所述叶轮缸体(5)的端部还固接叶轮端盖(17)，于所述叶轮端盖(17)端面圆心处还固接端盖封板(22)。
5.如权利要求1所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：所述叶轮缸体(5)一端与回转轴承(8)外圈连接处的承受重力、旋转扭矩大于叶轮缸体(5)另一端叶轮端盖(17)，使所述叶轮缸体(5)形成非对称非均质缸体。
6.如权利要求1所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：于所述叶轮缸体(5)与回转轴承(8)外圈配合的一端还设置第一摩擦片(6)，于所述太阳轮轴(11)伸出叶轮缸体(5)的部分、于所述太阳轮轴(11)的外周还配合第二摩擦片(10)。
7.如权利要求1所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：于所述行星架(7)的内部还设置液压站(13)，所述液压站(13)与吸油嘴(16)的一端连接，所述吸油嘴(16)的另一端延伸至叶轮缸体(5)的内壁并保持间隙；所述液压站(13)还与出油嘴(23)的一端连接，所述出油嘴(23)的另一端贯穿行星架(7)并伸入行星轮轴(15)内部。
8.如权利要求7所述的一种风力发电用可增速叶轮，其特征在于：于所述出油嘴(23)与行星架(7)的贯穿处、在所述出油嘴(23)的外周还配合防尘圈(14)。
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