CN106150923B - 一种空中高度可调节的风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空中高度可调节的风力发电机，包括机舱系统、塔筒卷扬装置、次级塔筒、塔筒连接装置和一级塔筒。所述机舱系统包括叶轮、传动装置及偏航装置，机舱系统安装在塔筒顶端的塔筒卷扬装置之上，在机舱偏航装置的带动下转动；所述卷扬装置是在偏航系统的带动下进行转动；所述次级塔筒可以缩进一级塔筒之中；所述塔筒连接装置在起到连接一级塔筒和次级塔筒的同时，还为次级塔筒的伸缩运动起到导向作用；所述一级塔筒与地基相连，其内部空间可容纳次级塔筒，当塔筒缩短时，风力发电机在空中的高度将降低。当风力过大，风力发电机需要停机保护时，降低风机在空中的高度，可保护风力发电机，同时降低风力发电机的吊装和后期检修成本。

Description

一种空中高度可调节的风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电设备领域，具体是一种空中高度可调节的风力发电机。
背景技术
随着风力发电机的不断普及，风机装机量越来越大，对风机的保护功能也逐渐得到重视。现有风力发电机的保护功能是通过风力发电机的控制系统使得风机的运行姿态进行调整，使风轮受到风力最小化，实现风机在强风中得到保护的目的。然而现有的风力发电机塔筒装置均为固定长度，没有出现通过调节塔筒长度而改变风力发电机空中高度的装置。
现有技术中,当风力发电机遇到强风的时候需要通过顺桨控制来停机保护，这种保护方法没有从根本上减小风机的受力，这种情况下风机叶轮也受到较大的弯曲应力；高空中的风力要远大于低空，而风力发电机机舱处于高空中，风力发电机在安装时也具有一定的工程难度，并且后期进行检修的时候，检修人员也需要通过塔筒中的梯子爬到高空中的机舱中进行作业，具有一定的危险性。所以设计一种风力发电机在空中的高度可调的装置将对风力发电机的安装、运行和维护均具有重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术风机不能在强风下得到充分保护，塔筒长度不可变的缺陷，本发明提供一种空中高度可调节的风力发电机。采用将塔筒设置成分段式，并设置卷扬装置为塔筒伸缩提供动力，当风力过大时，使塔筒卷扬装置动作，使得次级塔筒缩入到一级塔筒之中，这样就降低了机舱系统在高空中的位置，使得机舱系统处于低空状态，这样风力发电机将受到较小的风力，得到了很好的保护。当风机在最初安装或后期检修时，使风力发电机处于低空状态，也在很大程度上减小了工程难度，减小了安装和维修成本。
该风力发电机主要通过塔筒卷扬装置提供动力，由钢丝绳带动次级塔筒运动实现伸缩，在次级塔筒末端设置有滑轮组，带动次级塔筒运动。当塔筒处于高空状态时，打开需要降低风力发电机高度的时候，由于风力发电机自身重力的作用，塔筒卷扬装置自动放松，风力发电机高度下降；当风力发电机需要升高的时候，由风力发电机的偏航装置带动塔筒卷扬装置转动，由于钢丝绳的拉伸作用使得次级塔筒不断升高，当到达适当位置时候停止运动，这样就实现了风力发电机空中高度可以调节的目的。
本发明提供一种空中高度可调节的风力发电机，其特征包括机舱系统、塔筒卷扬装置、次级塔筒、塔筒连接装置和一级塔筒。所述机舱系统包括叶轮、舱体和偏航装置，叶轮是接收风能的直接装置，偏航装置为塔筒卷扬装置提供动力；所述塔筒卷扬装置包括塔筒卷扬回转支撑、塔筒卷扬轴、卷扬回转轴承挡盖、塔筒卷扬外壳、塔筒卷扬提升滑轮、卷扬回转轴承，塔筒卷扬回转支撑和机舱系统的偏航装置相连，起到支撑机舱系统转动的作用，塔筒卷扬轴起到缠绕钢丝绳的作用，进而提升次级塔筒，卷扬回转轴承挡盖起到固定卷扬回转轴承的作用，塔筒卷扬外壳为整个塔筒卷扬装置的架构支撑，塔筒卷扬提升滑轮为提升钢丝绳起到导向作用，卷扬回转轴承起到支撑塔筒卷扬装置回转的作用；所述次级塔筒包括次级筒身和提升滑轮组，次级筒身起到支撑作用，提升滑轮组安装在次级筒身末端，其中有钢丝绳通过起到提升次级塔筒的作用；所述塔筒连接装置设置在一级塔筒和次级塔筒连接处，主要包括塔筒连接环、塔筒导向轴承、塔筒连接环盖板，塔筒连接装置安装在一级筒身的顶端，塔筒导向轴承安装在塔筒连接环内为次级筒身的伸缩起到导向作用；所述一级塔筒包括一级筒身和塔筒基座，一级筒身起到整体支撑的作用，塔筒基座安装在一级筒身的下端并与地基相连。
与现有技术相比，本发明一种空中高度可调节风力发电机的有益效果是实现了风力发电机空中高度的调整，具有调节方便、耗能少、稳定好等特点，适于实际应用推广。
附图说明
图1是本发明一种实施例的整体结构示意图；
图2是本发明一种实施例的机舱系统结构示意图；
图3是本发明一种实施例的塔筒卷扬装置结构示意图，图3(A)是塔筒卷扬装置的剖视图；
图4是本发明一种实施例的次级塔筒结构示意图；
图5是本发明一种实施例的机舱系统、塔筒卷扬装置和次级塔筒连接部分的剖视结构示意图；
图6是本发明一种实施例的塔筒连接装置结构示意图；
图7是本发明一种实施例的一级塔筒结构示意图；
图8是本发明一种实施例的次级塔筒、塔筒连接装置和一级塔筒连接关系的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。
本发明设计的一种空中高度可调节的风力发电机(简称风力发电机，参见图1-8)，该风力发电机具有高度可调的功能，主要包括机舱系统1、塔筒卷扬装置2、次级塔筒3、塔筒连接装置4和一级塔筒5；机舱系统1安装在塔筒卷扬装置2顶端，次级塔筒3的顶部安装在塔筒卷扬装置2下端的内部，次级塔筒3的底部安装在一级塔筒5的上端的内部，所述塔筒连接装置4设置在一级塔筒5与次级塔筒3连接处，在起到连接一级塔筒5和次级塔筒3的同时，还为次级塔筒3的伸缩运动起到导向作用。所述一级塔筒5为风力发电机起到主要的支撑作用，与地基相连，对风力发电机进行固定，同时一级塔筒5的内部可容纳次级塔筒3，为次级塔筒3的伸缩预留空间。
另设置有一钢丝绳，其一端固定在一级塔筒5上，其另一端固定在塔筒卷扬装置2，钢丝绳的线路上设置有滑轮，机舱系统1上除设置有风能接收部件外还设置有为塔筒卷扬装置2的转动提供动力的装置；通过控制塔筒卷扬装置2的转动来控制钢丝绳释放的长度，从而控制次级塔筒3伸出一级塔筒5的长度，进而达到控制风力发电机高度目的。
所述机舱系统1(参见图2)包括舱体1.1、偏航装置1.2、叶轮1.3和传动装置1.4，所述机舱系统1安装在塔筒顶端的塔筒卷扬装置2之上，舱体1.1中用于安装传动系统和发电系统，叶轮1.3是接收风能的直接装置，叶轮1.3安装在舱体1.1前端，偏航装置1.2在实现风力发电机偏航功能的同时为塔筒卷扬装置2提供动力；所述塔筒卷扬装置2是在偏航装置1.2的带动下进行转动，为塔筒的升降提供动力，传动装置1.4起到安装在舱体1.1中，起到传动叶轮1.3动力的作用，能够将叶轮1.3的动力传递给发电机。
所述塔筒卷扬装置2(参见图3)上设有塔筒卷扬回转支撑2.1、塔筒卷扬轴2.2、卷扬回转轴承挡盖2.3、塔筒卷扬外壳2.4、塔筒卷扬提升滑轮2.5、卷扬回转轴承2.6，塔筒卷扬回转支撑2.1和塔筒卷扬轴2.2固定相连，二者一同转动。塔筒卷扬回转支撑2.1在塔筒卷扬外壳2.4上做回转运动实现卷扬运动，卷扬回转轴承2.6安装在塔筒卷扬外壳2.4上，由卷扬回转轴承挡盖2.3固定，卷扬回转轴承2.6起到支撑塔筒卷扬轴2.2转动的作用，塔筒卷扬提升滑轮2.5安装在塔筒卷扬外壳2.4下端，为卷扬钢丝绳起到导向的作用，塔筒卷扬装置2剖视图参见图3(A)；塔筒卷扬回转支撑2.1和机舱系统1的偏航装置相连，起到支撑机舱系统1转动的作用，塔筒卷扬轴2.2起到缠绕钢丝绳的作用，进而提升次级塔筒3。卷扬回转轴承挡盖2.3起到固定卷扬回转轴承2.6的作用，塔筒卷扬外壳2.4为整个塔筒卷扬装置2的架构支撑，塔筒卷扬提升滑轮2.5为提升钢丝绳起到导向作用，卷扬回转轴承2.6起到支撑塔筒卷扬装置2回转的作用。
所述次级塔筒3(参见图4)包括次级筒身3.1和提升滑轮组3.2，次级筒身3.1上端与塔筒卷扬装置2上的塔筒卷扬外壳2.4相连，起到支撑作用；提升滑轮组3.2安装在次级筒身3.1的下端，其中有钢丝绳通过，起到提升次级筒身3.1的作用；所述机舱系统1、塔筒卷扬装置2和次级筒身3.1的连接剖视图如图5所示。
所述塔筒连接装置4(参见图6)设置在一级塔筒5与次级塔筒3连接处，主要包括塔筒连接环4.1、塔筒导向轴承4.2、塔筒连接环盖板4.3，塔筒连接装置4安装在一级筒身5.1的顶端，塔筒导向轴承4.2安装在塔筒连接环4.1内，为次级筒身3.1的伸缩起到导向作用；一级塔筒5(参见图7)包括一级筒身5.1和塔筒基座5.2，一级筒身5.1起到整体支撑的作用，塔筒基座5.2底部设有大圆盘状平台，塔筒基座5.2安装在一级筒身5.1的下端，其与地基相连，起到固定作用；所述次级塔筒3、塔筒连接装置4和一级筒身5.1连接关系剖视图如图8所示。
钢丝绳的一端穿过次级筒身3.1与一级筒身5.1之间的缝隙套在塔筒导向轴承4.2上，并延伸到塔筒连接装置4的外部，末端固定在一级筒身5.1的外壁上；其另一端穿过提升滑轮组3.2并向上延伸，穿过塔筒卷扬提升滑轮2.5后固定在塔筒卷扬轴2.2上。当塔筒卷扬轴2.2转动时，钢丝绳可缠绕其上或释放。
本发明一种空中高度可调节风力发电机的工作原理和过程如下：当风力过大时候，由于风力发电机的自身作用，次级塔筒3下降缩入到一级塔筒5的内部，由于钢丝绳的一端固定在一级塔筒5上，另一端固定在塔筒卷扬轴2.2上，所以此时由于提升滑轮组3.2的作用对钢丝绳起到拉伸的作用，塔筒卷扬轴2.2将缠绕在其上的钢丝绳放出，到达固定位置后停止；当风力发电机需要提升的时候，机舱系统1中的偏航装置带动塔筒卷扬回转支撑2.1转动进而带动塔筒卷扬轴2.2转动，将钢丝绳逐渐缠绕其上，通过塔筒卷扬提升滑轮2.5和提升滑轮组3.2的作用带动次级塔筒3升高，进而将机舱系统1的高度提高，这样就实现了风力发电机高度可调的目的。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种空中高度可调节的风力发电机，其特征在于，该风力发电机具有高度可调的功能，主要包括机舱系统、塔筒卷扬装置、次级塔筒、塔筒连接装置和一级塔筒；机舱系统安装在塔筒卷扬装置顶端，次级塔筒的顶部安装在塔筒卷扬装置下端的内部，次级塔筒的底部安装在一级塔筒的上端的内部，所述塔筒连接装置设置在一级塔筒与次级塔筒连接处，在起到连接一级塔筒和次级塔筒的同时，还为次级塔筒的伸缩运动起到导向作用；所述一级塔筒为风力发电机起到主要的支撑作用，与地基相连，对风力发电机进行固定，同时一级塔筒的内部可容纳次级塔筒，为次级塔筒的伸缩预留空间；
另设置有一钢丝绳，其一端固定在一级塔筒上，其另一端固定在塔筒卷扬装置，钢丝绳的线路上设置有滑轮，机舱系统上除设置有风能接收部件外还设置有为塔筒卷扬装置的转动提供动力的装置；通过控制塔筒卷扬装置的转动来控制钢丝绳释放的长度，从而控制次级塔筒伸出一级塔筒的长度，进而达到控制风力发电机高度目的；
所述机舱系统包括包括舱体、偏航装置、叶轮和传动装置，舱体中安装有传动系统和发电系统，叶轮是接收风能的直接装置，叶轮安装在舱体的前端，传动装置设置在舱体与叶轮的连接处，起到将叶轮的动力传递给发电机的作用；偏航装置的上端设置在舱体的底部，其下端与塔筒卷扬装置的顶端连接，在实现风力发电机偏航功能的同时为塔筒卷扬装置提供动力。
2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述塔筒卷扬装置上设有塔筒卷扬回转支撑、塔筒卷扬轴、卷扬回转轴承挡盖、塔筒卷扬外壳、塔筒卷扬提升滑轮、卷扬回转轴承，塔筒卷扬回转支撑和塔筒卷扬轴固定相连，二者一同转动；塔筒卷扬回转支撑在塔筒卷扬外壳上做回转运动实现卷扬运动，卷扬回转轴承安装在塔筒卷扬外壳上，由卷扬回转轴承挡盖固定，卷扬回转轴承起到支撑塔筒卷扬轴转动的作用，塔筒卷扬提升滑轮安装在塔筒卷扬外壳下端，为卷扬钢丝绳起到导向的作用；塔筒卷扬回转支撑和机舱系统的偏航装置的底部相连，起到支撑机舱系统转动的作用；塔筒卷扬轴起到缠绕钢丝绳的作用，进而提升次级塔筒；卷扬回转轴承挡盖起到固定卷扬回转轴承的作用，塔筒卷扬外壳为整个塔筒卷扬装置的架构支撑，塔筒卷扬提升滑轮为提升钢丝绳起到导向作用，卷扬回转轴承起到支撑塔筒卷扬装置回转的作用。
3.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述次级塔筒包括次级筒身和提升滑轮组，次级筒身上端与塔筒卷扬装置上的塔筒卷扬外壳相连，起到支撑作用；提升滑轮组安装在次级筒身的下端，其中有钢丝绳通过，起到提升次级筒身的作用。
4.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述塔筒连接装置设置在一级塔筒与次级塔筒连接处，主要包括塔筒连接环、塔筒导向轴承、塔筒连接环盖板，塔筒连接装置安装在一级筒身的顶端，塔筒导向轴承安装在塔筒连接环内，为次级筒身的伸缩起到导向作用；一级塔筒包括一级筒身和塔筒基座，一级筒身起到整体支撑的作用，塔筒基座底部设有大圆盘状平台，塔筒基座安装在一级筒身的下端，其与地基相连，起到固定作用。
5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，钢丝绳的一端穿过次级筒身与一级筒身之间的缝隙套在塔筒导向轴承上，并延伸到塔筒连接装置的外部，末端固定在一级筒身的外壁上；其另一端穿过提升滑轮组并向上延伸，穿过塔筒卷扬提升滑轮后固定在塔筒卷扬轴上；当塔筒卷扬轴转动时，钢丝绳可缠绕其上或释放。
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