CN105626380B - 一种多叶片风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种多叶片风力发电机是在已有的风力发电机基础上改进的，采用下风式结构。用多组转子叶片，叶片固定杆倾斜安置，每组转子叶片有五块瓦楞式叶片构成，每组转子叶片的初始位置与低速轴平行的风向线之间的夹角为115o，多组转子叶片起到了尾舵的作用，能自动定风向；外面的四组叶片分别会随风而顺，第一组转子叶片始终做功，既能充分利用不同级别的风能，又不会风大飞车，从而去掉了偏航电机。多组转子叶片的瓦楞式叶片均是由玻璃纤维增强塑料制作的，每个瓦楞式叶片的两个边缘的瓦楞的高度要比其它的瓦楞高，从而使整个瓦楞式叶片能兜住风，提高了风能的利用率，风能的利用率提高到80%以上。提高了发电效率，可以在风速为2‑30 m/s范围内发电。

Description

一种多叶片风力发电机
技术领域
本发明的一种多叶片风力发电机，属于风力发电技术领域。
背景技术
随着资源的日益枯竭和环境保护意识的加强，风力发电作为最具竞争力、最有发展前景的可再生的能源技术。风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械。叶片是风力发电机的重要的机构。叶片是捕获风，并将风力传送到转子轴心，进而使发电机发电。
现代风力风力发电机的构成包括低速轴、增速器、高速轴、发电机、电子控制器、偏航电机均安装在机舱中，转子叶片为三叶片均布的结构，安装在低速轴上，低速轴、增速器、高速轴和发电机顺次连接，风速计及风向标固定在机舱上，电子控制器包含一台计算机，不断监控风力发电机的状态，出现障时，电子控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作管理员处理，塔架对机舱连同安装的设备进行支撑和固定。
这种三叶片结构风力发电机存在严重缺点和不足。首先，只有三个叶片，效率低。其次，其工作在风速为11-25m/s范围内，低于或超过此范围， 风力发电机不能正常工作，全年的风能利用率只有30％。而且，风力发电机均有偏航装置，偏航装置借助电动机转动机舱，以使叶片调整风向最佳切入角。偏航装置通过风向探测器或风向标来提供风向信息，由电子控制器的计算机来控制电动机转动机舱，调整叶片的角度。
发明人在中国专利ZL201020266710.6的发明中，给出了一种四风叶结构的风力发电机。该风力发电机也不能在低风速和高风速都发电工作，效率也低；也没解决三叶片结构风力发电机的偏航问题。
发明内容
为解决已有技术存在的问题，本发明提供了一种多叶片风力发电机。
本发明提供的一种多叶片风力发电机是下风式风力发电机。所述的下风式风力发电机是指机舱的头迎风时转子叶片位于机舱的尾部。
本发明提供的一种多叶片风力发电机它的构成如下：转子叶片、低速轴、增速器、高速轴、发电机、电子控制器均安装在机舱中，低速轴与增速器、高速轴和发电机顺次连接，电子控制器包含一台计算机，不断监控风力发电机的状态，出现障时，电子控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作管理员处理，塔架对机舱连同安装的设备进行支撑，塔架的顶端固定有转盘，使机舱可随着风向转动，其特征在于，还包括圆形的叶片固定盘、叶片固定杆、轴承、轴承固定板，所述的转子叶片的数量为2n，n≥3，为整数，每组转子叶片有五块瓦楞式叶片；
所述的圆形的叶片固定盘的中心孔与低速轴的一端通过键连接；圆形的叶片固定盘自表面均布向内钻有倾斜的螺纹孔且螺纹孔深度相等，即所述的螺纹孔的端点在同一个圆周上，叶片固定杆一端均置于该倾斜的螺纹孔内通过螺纹配合，把叶片固定杆安装在圆形的叶片固定盘上，再用垫圈和螺母紧固；叶片固定杆的长度相等，叶片固定杆的轴线均在同一平面上，且相邻两根叶片固定杆之间的夹角相等；叶片固定杆的数量为2n，n≥3，为整数。
每根叶片固定杆上安装一组转子叶片，每组转子叶片的五块瓦楞式叶片，自外向内为第一叶片，第二叶片，第三叶片，第四叶片，第五叶片，它们的宽度相等，长度逐渐缩短，第一叶片，第二叶片，第三叶片，第四叶片，第五叶片的长度的比例为3：2.5：2：1.5：1。
瓦楞式叶片均是由玻璃纤维增强塑料制作的，具有相同的瓦楞结构，每个瓦楞式叶片的两个边缘的瓦楞的高度要比其它的瓦楞高，从而使整个瓦楞式叶片能兜住风，充分利用风能。
把第一叶片至第五叶片分别截成长度不等的相互成对的长叶片和短叶片，各个长叶片和短叶片的长度比例均为3：1。
然后把第一叶片至第五叶片的短叶片和长叶片成对分别置于两个轴承的两边，每个轴承的内圆壁均与固定杆通过螺纹连接，再用垫圈和螺母紧固。
轴承固定板是两块中部均为半圆板，两边是矩形板的一体化的组合件，半圆板的半径与轴承的外圆的半径相等且包围轴承，其两边的矩形板分别通过孔，用螺钉和螺母固定在与长叶片和短叶片分别连接的叶片纵向加强筋板上，这样用轴承固定板把长叶片和短叶片连接成一体，并将轴承紧固。
叶片纵向加强筋板是一个横截面为三角形的柱体，所述的三角形与长叶片和短叶片的瓦楞吻合，再用螺纹和螺母把叶片纵向加强筋板与长叶片和短叶片连接固定。为了减重，所述的横截面为三角形的柱体做成空心。
每组转子叶片的初始位置与低速轴平行的风向线之间的夹角为115o。
两个扭转弹簧为一组分别放置在第一叶片至第五叶片的两个轴承的外面，两个扭转弹簧的短撇分别固接在叶片固定杆上，两个扭转弹簧的长撇分别置于叶片纵向加强筋板对应的长叶片上面，第一叶片至第五叶片的五组扭转弹簧的扭力逐渐增大，第一叶片的两个扭转弹簧使其在2-6m/s的风速下工作，第二叶片的两个扭转弹簧使其在7-11m/s的风速下工作，第三叶片的两个扭转弹簧使其在12-18m/s的风速下工作，第四叶片的两个扭转弹簧使其在19-24m/s的风速下工作，第五叶片的两个扭转弹簧使其在25-30m/s的风速下工作；前四块叶片在超过各自的工作的风速范围时，对应的两个扭转弹簧的扭力会分别使第一叶片至第四叶片先后随风而顺，使得每个叶片与所述的风向线间的夹角逐渐增大，最后为180o；而第五叶片的扭转弹簧的扭力使得第五叶片与所述的风向线间的最大夹角为140o，即使第一叶片至第四叶片全部随风而顺，第五叶片仍能正常工作；这样解决了风力发电机在风大时产生的飞车问题，省去了偏航装置；同时，扭转弹簧也会使第一叶片至第五叶片均能在风速降低时分别恢复到原来的状态。
在短叶片的上面固定安装配重板，该配重板形状与短叶片一样，安装上配重板后的短叶片均分别与其对应的长叶片的重量相等，以便使转子叶片转动时平稳。
为了加固，每个叶片可以固定连接叶片横向加强筋板；叶片横向加强筋板是一个U字形的薄板，该U字形的薄板的矩形底板的上面有与叶片的瓦楞一样的瓦楞，把叶片横向加强筋板置于叶片下面使两者贴紧，其竖向的侧板和叶片边缘侧板贴紧后用螺纹和螺母把两者连接固定。
由于固定杆与短叶片和长叶片之间有空隙，这样会漏风，为了更好地利用风能，可以在固定杆与短叶片和长叶片之间的空隙加装挡风连接板；挡风连接板是中部为半圆形板，其两边各连接一块挡风叶片板的一体化的组件，半圆形板的半径与轴承的外圆的半径相等且包围轴承，该两块挡风叶片板分别与短叶片和长叶片的瓦楞对好，用螺钉和螺母把叶片板、短叶片和长叶片紧固。这样会使固定杆与短叶片和长叶片之间的空隙被挡死而不漏风。
转子叶片在风的推动下与叶片固定杆一起转动，带动叶片固定盘和低速轴一起转动，通过增速器增速，高速轴带动发电机发电。
有益效果：本发明提供的一种多叶片风力发电机是在已有的风力发电机基础上改进的，采用下风式结构。用多组转子叶片，叶片固定杆倾斜安置，每组转子叶片有五块瓦楞式叶片构成，每组转子叶片的初始位置与低速轴平行的风向线之间的夹角为115o，多组转子叶片起到了尾舵的作用，能自动定风向；外面的四组叶片分别会随风而顺，第一组转子叶片始终做功，既能充分利用不同级别的风能，又不会风大飞车，从而去掉了偏航电机。多组转子叶片的瓦楞式叶片均是由玻璃纤维增强塑料制作的，每个瓦楞式叶片的两个边缘的瓦楞的高度要比其它的瓦楞高，从而使整个瓦楞式叶片能兜住风，提高了风能的利用率，风能的利用率提高到80%以上。提高了发电效率，可以在风速为2-30 m/s范围内发电。
说明书附图
图1是本发明的一种多叶片风力发电机结构示意图。
图2是本发明的一种多叶片风力发电机的转子叶片的结构及安装示意图。
图3是轴承和轴承固定板连接关系示意图。
图4是叶片与叶片固定杆连接关系示意图的主视图。
图5是加装了挡风连接板的挡风连接板与叶片连接示意图。
图6是挡风连接板的结构示意图的主视图。
图7挡风连接板的结构示意图的左视图。
图8是叶片横向加强筋板结构示意图的主视图。
图9是叶片横向加强筋板结构示意图的俯视图。
图10是叶片纵向加强筋板结构示意图的主视图。
图11是叶片纵向加强筋板示意图的左视图。
具体实施方式
实施例1 本发明提供了一种多叶片风力发电机。
如图1所示，本发明提供的一种多叶片风力发电机是下风式风力发电机，所述的下风式风力发电机是指机舱1的头迎风时转子叶片2位于机舱1的尾部。
本发明提供的一种多叶片风力发电机它的构成如下：转子叶片2、低速轴3、增速器4、高速轴5、发电机6、电子控制器7均安装在机舱1中，低速轴3与增速器4连接，增速器4、高速轴5和发电机6顺次连接，电子控制器7包含一台计算机，不断监控风力发电机的状态，出现障时，电子控制器7可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作管理员处理，塔架8对机舱1连同安装的设备进行支撑，塔架8的顶端固定有转盘16，使机舱1可随着风向转动，其特征在于，还包括圆形的叶片固定盘9、叶片固定杆10、轴承11、轴承固定板12，所述的转子叶片2的数量为2n，n=4，每组转子叶片2有五块瓦楞式叶片。
如图2、图4所示，所述的圆形的叶片固定盘9的中心孔与低速轴3的一端通过键17连接；圆形的叶片固定盘9自表面均布向内钻有倾斜的螺纹孔且螺纹孔深度相等，即所述的螺纹孔的端点在同一个圆周上，叶片固定杆10一端均置于该倾斜的螺纹孔内通过螺纹配合，把叶片固定杆10安装在圆形的叶片固定盘9上，再用垫圈和螺母紧固；叶片固定杆10的长度相等，叶片固定杆10的轴线均在同一平面上，且相邻两根叶片固定杆10之间的夹角相等；叶片固定杆10的数量为2n， n≥3，为整数。
每根叶片固定杆10上安装一组转子叶片2，每组转子叶片2的五块瓦楞式叶片，自外向内为第一叶片201，第二叶片202，第三叶片203，第四叶片204，第五叶片205，它们的宽度相等，长度逐渐缩短，第一叶片201，第二叶片202，第三叶片203，第四叶片204，第五叶片205的长度的比例为3：2.5：2：1.5：1。
瓦楞式叶片均是由玻璃纤维增强塑料制作的，具有相同的瓦楞结构，每个瓦楞式叶片的两个边缘的瓦楞的高度要比其它的瓦楞高，从而使整个瓦楞式叶片能兜住风，充分利用风能。
把第一叶片至第五叶片分别截成长度不等的相互成对的长叶片和短叶片，各个长叶片和短叶片的长度比例均为3：1。
然后把第一叶片至第五叶片的短叶片和长叶片成对分别置于两个轴承11的两边，每个轴承11的内圆壁均与固定杆10通过螺纹连接，再用垫圈和螺母紧固。
如图3所示，轴承固定板12是两块中部均为半圆板，两边是矩形板的一体化的组合件，半圆板的半径与轴承11的外圆的半径相等且包围轴承11，其两边的矩形板分别与叶片纵向加强筋板15通过孔，用螺钉和螺母把矩形板均固定在与长叶片和短叶片分别连接的叶片纵向加强筋板15上，这样用轴承固定板12把长叶片和短叶片连接成一体，并将轴承11紧固。
如图10-11所示，叶片纵向加强筋板15是一个横截面为三角形的柱体，所述的三角形与长叶片和短叶片的瓦楞吻合，再用螺纹和螺母把叶片纵向加强筋板15与长叶片和短叶片连接固定。为了减重，所述的横截面为三角形的柱体做成空心。
每组转子叶片2的初始位置与低速轴3平行的风向线之间的夹角为115o。
两个扭转弹簧为一组分别放置在第一叶片201至第五叶片205的2个轴承11的外面，两个扭转弹簧的短撇分别固接在叶片固定杆10上，两个扭转弹簧的长撇分别置于叶片纵向加强筋板15对应的长叶片上面，第一叶片201至第五叶片205的五组扭转弹簧的扭力逐渐增大，第一叶片201的两个扭转弹簧使其在2-6m/s的风速下工作，第二叶片202的两个扭转弹簧使其在7-11m/s的风速下工作，第三叶片203的两个扭转弹簧使其在12-18m/s的风速下工作，第四叶片204的两个扭转弹簧使其在19-24m/s的风速下工作，第五叶片205的两个扭转弹簧使其在25-30m/s的风速下工作；前四块叶片在超过各自的工作的风速范围时，对应的两个扭转弹簧的扭力会分别使第一叶片至第四叶片先后随风而顺，使得每个叶片与所述的风向线间的夹角逐渐增大，最后为180o；而第五叶片的扭转弹簧的扭力使得第五叶片与所述的风向线间的最大夹角为140o，这样即使第一叶片201至第四叶片204全部随风而顺，第五叶片205仍能正常工作；这样解决了风力发电机在风大时产生的飞车问题，省去了偏航装置；同时，扭转弹簧也会使第一叶片201至第五叶片205均能在风速降低时分别恢复到原来的状态。
在短叶片的上面固定安装配重板，该配重板形状与短叶片一样，安装上配重板后的短叶片均分别与其对应的长叶片的重量相等，以便使转子叶片2转动时平稳。
如图8-9所示，为了加固，每个叶片可以固定连接叶片横向加强筋板14；叶片横向加强筋板14是一个U字形的薄板，该U字形的薄板的矩形底板的上面有与叶片的瓦楞一样的瓦楞，把叶片横向加强筋板14置于叶片下面使两者贴紧，其竖向的侧板和叶片边缘侧板贴紧后用螺纹和螺母把两者连接固定。
如图5-7所示，由于固定杆10与短叶片和长叶片之间有空隙，这样会漏风，为了更好地利用风能，可以加装挡风连接板13；挡风连接板13是中部为半圆形板，其两边各连接一块挡风叶片板的一体化的组件，半圆形板的半径与轴承11的外圆的半径相等且包围轴承11，该两块挡风叶片板分别与短叶片和长叶片的瓦楞对好，用螺钉和螺母把叶片板、短叶片和长叶片紧固；这样会使固定杆10与短叶片和长叶片之间的空隙被挡死而不漏风。
转子叶片2在风的推动下与叶片固定杆10一起转动，带动叶片固定盘9和低速轴3一起转动，通过增速器4增速后，高速轴5带动发电机6发电。

Claims (4)

1.一种多叶片风力发电机，该发电机是下风式风力发电机，所述的下风式风力发电机是指机舱的头迎风时转子叶片位于机舱的尾部；其包括转子叶片(2)、低速轴(3)、增速器(4)、高速轴(5)、发电机(6)、电子控制器(7)均安装在机舱(1)中，低速轴(3)与增速器(4)、高速轴(5)和发电机(6)顺次连接，电子控制器(7)包含一台计算机，不断监控风力发电机的状态，出现故障时，电子控制器(7)可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作管理员处理，塔架(8)对机舱(1)连同安装的设备进行支撑，塔架(8)的顶端固定有转盘(16)，使机舱(1)可随着风向转动，其特征在于，还包括圆形的叶片固定盘(9)、叶片固定杆(10)、轴承(11)、轴承固定板(12)，所述的转子叶片(2)的数量为2n，n≥3，为整数，每组转子叶片(2)有五块瓦楞式叶片；
所述的圆形的叶片固定盘（9）的中心孔与低速轴（3）的一端通过键（17）连接；圆形的叶片固定盘（9）自表面均布向内钻有倾斜的螺纹孔且螺纹孔深度相等，叶片固定杆(10)一端均置于该倾斜的螺纹孔内通过螺纹配合，把叶片固定杆(10)安装在圆形的叶片固定盘(9)上，再用垫圈和螺母紧固；叶片固定杆(10)的长度相等，叶片固定杆(10)的轴线均在同一平面上，且相邻两根叶片固定杆(10)之间的夹角相等；叶片固定杆(10)的数量为2n，n≥3，为整数；
每根叶片固定杆（10）上安装一组转子叶片（2），每组转子叶片（2）的五块瓦楞式叶片，自外向内为第一叶片（201），第二叶片（202），第三叶片（203），第四叶片（204），第五叶片（205），它们的宽度相等，长度逐渐缩短，第一叶片（201），第二叶片（202），第三叶片（203），第四叶片（204），第五叶片（205）的长度的比例为3：2.5：2：1.5：1；
瓦楞式叶片均是由玻璃纤维增强塑料制作的，具有相同的瓦楞结构，每个瓦楞式叶片的两个边缘的瓦楞的高度要比同样叶片上其它位置的瓦楞的高度要高；
把第一叶片至第五叶片分别截成长度不等的相互成对的长叶片和短叶片，各个长叶片和短叶片的长度比例均为3：1；
然后把第一叶片至第五叶片的短叶片和长叶片成对分别置于两个轴承（11）的两边，每个轴承（11）的内圆壁均与固定杆（10）通过螺纹连接，再用垫圈和螺母紧固；
轴承固定板（12）是两块中部均为半圆板，两边是矩形板的一体化的组合件，半圆板的半径与轴承（11）的外圆的半径相等且包围轴承（11），其两边的矩形板分别通过孔，用螺钉和螺母固定在与长叶片和短叶片分别连接的叶片纵向加强筋板（15）上，这样用轴承固定板（12）把长叶片和短叶片连接成一体，并将轴承（11）紧固；
叶片纵向加强筋板（15）是一个横截面为三角形的柱体，所述的三角形与长叶片和短叶片的瓦楞吻合，再用螺纹和螺母把叶片纵向加强筋板（15）和长叶片和短叶片连接固定；
每组转子叶片（2）的初始位置与低速轴（3）平行的风向线之间的夹角为115o；
两个扭转弹簧为一组分别放置在第一叶片（201）至第五叶片（205）的2个轴承（11）的外面，两个扭转弹簧的短撇分别固接在叶片固定杆（10）上，两个扭转弹簧的长撇分别置于叶片纵向加强筋板（15）对应的长叶片上面，第一叶片（201）至第五叶片（205）的五组扭转弹簧的扭力逐渐增大，第一叶片（201）的两个扭转弹簧使其在2-6m/s的风速下工作，第二叶片（202）的两个扭转弹簧使其在7-11m/s的风速下工作，第三叶片（203）的两个扭转弹簧使其在12-18m/s的风速下工作，第四叶片（204）的两个扭转弹簧使其在19-24m/s的风速下工作，第五叶片（205）的两个扭转弹簧使其在25-30m/s的风速下工作；前四块叶片在超过各自的工作的风速范围时，对应的两个扭转弹簧的扭力会分别使第一叶片（201）至第四叶片（204）先后随风而顺，使得每个叶片与所述的风向线间的夹角逐渐增大，最后为180o；而第五叶片（205）的扭转弹簧的扭力使得第五叶片与所述的风向线间的最大夹角为140o；同时，扭转弹簧也会使第一叶片（201）至第五叶片（205）均能在风速降低时分别恢复到原来的状态；
在短叶片的上面固定安装配重板，该配重板形状与短叶片一样，安装上配重板后的短叶片均分别与其对应的长叶片的重量相等；
转子叶片（2）在风的推动下与叶片固定杆（10）一起转动，带动叶片固定盘(9)和低速轴(3)一起转动，通过增速器(4)增速后，高速轴(5)带动发电机(6)发电。
2.如权利要求1所述的一种多叶片风力发电机，其特征在于，在固定杆（10）与短叶片和长叶片之间的空隙加装挡风连接板（13）；挡风连接板（13）是中部为半圆形板，其两边各连接一块挡风叶片板的一体化的组件，半圆形板的半径与轴承（11）的外圆的半径相等且包围轴承（11），该两块挡风叶片板分别与短叶片和长叶片的瓦楞对好，用螺钉和螺母把挡风叶片板、短叶片和长叶片紧固。
3.如权利要求1所述的一种多叶片风力发电机，其特征在于，每个叶片固定连接叶片横向加强筋板（14）；叶片横向加强筋板（14）是一个U字形的薄板，该U字形的薄板的矩形底板的上面有与叶片的瓦楞一样的瓦楞，把叶片横向加强筋板（14）置于叶片下面使两者贴紧，其竖向的侧板和叶片边缘侧板贴紧后用螺纹和螺母把两者连接固定。
4.如权利要求1所述的一种多叶片风力发电机，其特征在于，所述的叶片纵向加强筋板（15）的横截面为三角形的柱体做成空心。
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