CN107420258A - 海上风力发电机及海上风力发电系统 - Google Patents

海上风力发电机及海上风力发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海上风力发电机及海上风力发电系统，涉及海上风力发电的技术领域，包括叶片组、大臂组、收放驱动机构、展放伸缩筒和发电机组；所述叶片组包括至少三个叶片；所述大臂组至少包括三个大臂；每个所述叶片的中部与每个所述大臂的上端枢接，所述收放驱动机构设置在所述叶片与所述大臂的连接处，所述收放驱动机构用于驱动所述叶片围绕所述大臂的上端展开或收合；所述大臂组可转动的与所述发电机组连接；所述展放伸缩筒与所述大臂组的下端部枢接，用于推出或收回所述大臂组，解决了现有技术中存在的海上风力发电机在遭遇极端天气时无法自行收折而造成的重大经济损失的技术问题。

Description

海上风力发电机及海上风力发电系统
技术领域
本发明涉及海上风力发电技术领域，尤其是涉及一种海上风力发电机及海上风力发电系统。
背景技术
海上风力发电，是利用海上风力资源发电的新型发电方式。在石油资源形势日益严峻的情况下，各国均将眼光投向了风力资源巨大的海域，欧洲多个国家已建立了多个海上风力发电厂而且规模巨大。中国也逐渐涉及海上风力发电领域，上海的海上风力发电厂2010年启用，香港欲建全球最大海上风力发电厂。
风力发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，以促使发电机发电。由于风力发电不涉及燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，因此是一种清洁环保的发电方式，特别是随着海洋资源的不断开发利用，目前海上风电场建设正在世界上形成一股热潮。
传统的海上风力发电机，在遭受台风等恶劣天气情况时将承受巨大的荷载作用，使得发电装置面临较大的安全风险。针对上述情况，目前主要采取增大塔筒和基础的强度和刚度来解决问题，但这使得塔筒及基础的投资相当大，而且施工复杂、实施难度大。根据目前海上风力发电机的类型及其特点，可以发现存在以下不足之处，海上风力发电机不能根据天气的影响自行对大臂进行收折，影响了海上风力发电机的使用寿命。这样一旦因为天气原因超过海上风力发电机的安全阈值后，将面临较大的安全风险，并且不易收折，这样在面临自然灾害时将会受到重大经济损失，严重时造成不必要的危险，同样当海面上的风向改变时也无法灵活根据风向对叶片的角度进行改变，从而使得发电效率低下。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供海上风力发电机及海上风力发电系统，以缓解了现有技术中存在的海上风力发电机在遭遇极端天气时无法自行收折而造成的重大经济损失的技术问题。
第一方面，本发明提供的一种海上风力发电机，包括：叶片组、大臂组、收放驱动机构、展放伸缩筒和发电机组；
所述叶片组包括至少三个叶片；所述大臂组至少包括三个大臂；
每个所述叶片的中部与每个所述大臂的上端枢接，所述收放驱动机构设置在所述叶片与所述大臂的连接处，所述收放驱动机构用于驱动所述叶片围绕所述大臂的上端展开或收合；
所述大臂组可转动的与所述发电机组连接；
所述展放伸缩筒与所述大臂组的下端部枢接，用于推出或收回所述大臂组。
进一步地，所述收放驱动机构包括：第一支杆、第二支杆、减速电机和丝杠；
所述减速电机与所述丝杠通过齿轮副连接，所述第一支杆另一端与所述第二支杆的另一端套接在所述丝杠上，且沿所述丝杠的轴向方向上运动。
进一步地，所述展放伸缩筒包括：第一伸缩筒、第二伸缩筒、第三伸缩筒；
所述第二伸缩筒推动所述第一伸缩筒和所述第三伸缩筒伸缩运动，所述第一伸缩筒与所述第三伸缩筒沿所述第二伸缩筒的轴向方向伸缩运动。
进一步地，所述第二伸缩筒包括：油缸；
所述油缸驱动所述第一伸缩筒和所述第三伸缩筒运动。
进一步地，所述展放伸缩筒还包括：斜齿锁定机构；
所述斜齿锁定机构用于锁定所述第二伸缩筒与所述第一伸缩筒和所述第三伸缩筒的位置。
进一步地，所述海上风力发电机还包括：锚定装置；
所述锚定装置设置在所述大臂内，所述锚定装置用于固定所述叶片与所述大臂的相对位置。
进一步地，所述锚定装置包括：锚定装置底座和第三支杆；
所述第三支杆可滑动的设置在所述锚定装置底座上，在所述第三支杆上设置有锚定撞块，当所述锚定撞块通过所述锚定装置底座时将所述锚定撞块与所述锚定装置底座锁定。
进一步地，所述发电机组包括：圆锥齿轮组件和发电机；
所述大臂组驱动所述圆锥齿轮组件运动，所述圆锥齿轮组件驱动所述发电机转动实现发电。
进一步地，在所述发电机组的底部设置有海上浮力桩；
所述海上浮力桩与海水接触且放置在海水内，用于使所述海上风力发电机漂浮在海平面上。
第二方面，本发明提供的一种海上风力发电系统，包括第一方面所述的海上风力发电机。
采用本发明提供的海上风力发电机及海上风力发电系统具有以下有益效果：
本发明提供的海上风力发电机包括：叶片组、大臂组、收放驱动机构、展放伸缩筒和发电机组；叶片组包括至少三个叶片；大臂组至少包括三个大臂；每个叶片的中部与每个大臂的上端枢接，收放驱动机构设置在叶片与大臂的连接处，收放驱动机构用于驱动叶片围绕大臂的上端展开或收合；大臂组的可转动的与发电机组连接；展放伸缩筒与大臂组的下端部枢接，用于推出或收回大臂组。
整个海上风力发电机通过叶片组、大臂组和发电机组的整体配合完成整个风力发电，当大臂通过展放伸缩筒推动展开与海平面呈一定角度后，又通过收放驱动机构驱动叶片与大臂之间的相对位置改变，使叶片与大臂之间呈一定角度，这时整个海上风力发电机呈工作状态，叶片根据风力的风向进行调整角度，并且大臂也可以进行多角度调节，因此通过大臂、叶片等之间的配合关系，随时可以根据风力的风向或者是风力大小进行多角度调节，使得海上风力发电机的适用不同风向和风力大小从而适用范围更广，发电效率更高；同时也可以更好的对海上极端天气的抵御能力更强。当因为风速过大而需要停止海上风力发电机停止工作时，收合的顺序为，先通过收放驱动机构驱动叶片收合，这是叶片与大臂共线，后通过展放伸缩筒驱动大臂进行收合，这时大臂带动叶片同时收合与海平面平行；当风速减小，设备需要重新启动时，叶片展开过程与收合时相反，即大臂和叶片同时通过展放伸缩筒收缩将其一起带起，然后通过收放驱动机构驱动叶片进行展开，展开完成后，风机开始运转，与大臂连接的发电机组开始运转，设备发电。
本发明提供的海上风力发电系统具有上述海上风力发电机具有的一切优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的海上风力发电机的工作展开状态的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的海上风力发电机的叶片收合大臂展开的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的海上风力发电机的停止工作的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的海上风力发电机的收放驱动机构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的海上风力发电机的展放伸缩筒的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的海上风力发电机的斜齿锁定机构的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的海上风力发电机的锚定装置的结构示意图。
图标：100－收放驱动机构；110－第一支杆；120－第二支杆；130－减速电机；140－丝杠；200－展放伸缩筒；210－第一伸缩筒；220－第二伸缩筒；221－油缸；230－第三伸缩筒；240－斜齿锁定机构；300－发电机组；310－圆锥齿轮组件；320－发电机；400－叶片；500－大臂；600－锚定装置；610－锚定装置底座；620－第三支杆；621－锚定撞块；700－海上浮力桩。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
请参照图1－图7，下面将结合附图对本发明实施例提供的海上风力发电机及海上风力发电系统做详细说明。
第一方面，本发明提供的一种海上风力发电机，包括：叶片400组、大臂组、收放驱动机构100、展放伸缩筒200和发电机组300；
叶片400组包括至少三个叶片400；大臂组至少包括三个大臂500；
每个叶片400的中部与每个大臂500的上端枢接，收放驱动机构100设置在叶片400与大臂500的连接处，收放驱动机构100用于驱动叶片400围绕大臂500的上端展开或收合；
大臂组可转动的与发电机组300连接；
展放伸缩筒200与大臂组的下端部枢接，用于推出或收回大臂组。
需要说明的是，整个海上风力发电机通过叶片400组、大臂组和发电机组300的整体配合完成整个风力发电，当大臂500通过展放伸缩筒200推动展开与海平面呈一定角度后，又通过收放驱动机构100驱动叶片400与大臂500之间的相对位置改变，使叶片400与大臂500之间呈一定角度，这时整个海上风力发电机呈工作状态，叶片400根据风力的风向进行调整角度，并且大臂500也可以进行多角度调节，因此通过大臂500、叶片400等之间的配合关系，随时可以根据风力的风向或者是风力大小进行多角度调节，使得海上风力发电机的适用不同风向和风力大小从而适用范围更广，发电效率更高；同时也可以更好的对海上极端天气的抵御能力更强。当因为风速过大而需要停止海上风力发电机停止工作时，收合的顺序为，先通过收放驱动机构100驱动叶片400收合，这是叶片400与大臂500共线，后通过展放伸缩筒200驱动大臂500进行收合，这时大臂500带动叶片400同时收合与海平面平行；当风速减小，设备需要重新启动时，叶片400展开过程与收合时相反，即大臂500和叶片400同时通过展放伸缩筒200收缩将其一起带起，然后通过收放驱动机构100驱动叶片400进行展开，展开完成后，风机开始运转，与大臂500连接的发电机组300开始运转，设备发电。
另外，收放驱动机构100包括：第一支杆110、第二支杆120、减速电机130和丝杠140；
减速电机130与丝杠140通过齿轮副连接，第一支杆110另一端与第二支杆120的另一端套接在丝杠140上，且沿丝杠140的轴向方向上运动。
需要说明的是，通过减速电机130转动，从而驱动丝杠140运转，设置在丝杠140上的第一支杆110和第二支杆120通过丝杠140的转动，从而实现沿丝杠140方向的运动，当第一支杆110和第二支杆120运动到丝杠140的上端部时，这时叶片400与大臂500贴紧且平行，此状态定义为叶片400收合状态；而当丝杠140反转时，则将带动第一支杆110和第二支杆120同时向靠近大臂500的方向运动即丝杠140的底部进行运动，这时的叶片400与大臂500之间呈一定的角度以45°为最佳，此状态定义为叶片400展开状态。
另外，展放伸缩筒200包括：第一伸缩筒210、第二伸缩筒220、第三伸缩筒230；
第二伸缩筒220推动第一伸缩筒210和第三伸缩筒230伸缩运动，第一伸缩筒210与第三伸缩筒230沿第二伸缩筒220的轴向方向伸缩运动。
需要说明的是，大臂500处于展开状态时，第一伸缩筒210和第三伸缩筒230同时从第二伸缩筒220内伸出，推动大臂500展开，这时的大臂500与海平面平行，大臂500处于收合状态时，第二伸缩筒220带动第一伸缩筒210和第三伸缩筒230收回，从而带动大臂500抬起，这时大臂500与海平面呈一定角度，以45°为最优选择。
这里为了保证大臂500与设置在海上风力发电机中的中间塔筒固定，则在大臂500和中间塔筒之间设置有锁紧机构，锁紧机构可以将处于收合和展开状态均锁紧，大大提高了稳定性。这里的锁紧机构主要由液压马达、锁紧钩、锁槽三部分组成，当大臂500收合时，液压马达转动抬起锁钩，至于锁钩放置位；当大臂500展开时，马达转动，锁紧钩插进锁槽，对大臂500进行锁死。
另外，第二伸缩筒220包括：油缸221；
油缸221驱动第一伸缩筒210和第三伸缩筒230运动。
需要说明的是，这里第一伸缩筒210和第三伸缩筒230的伸缩作用，是通过装于第二伸缩筒220的油缸221完成的，两端伸缩筒分别由双油缸221带动，同步动作完成伸缩运动；当完成收缩动作时，油缸221自带斜齿锁定机构240关闭，进而锁死；当需要伸出时，斜齿锁定机构240打开，油缸221动作两伸缩筒伸出。另外，展放伸缩筒200还包括：斜齿锁定机构240；斜齿锁定机构240用于锁定第二伸缩筒220与第一伸缩筒210和第三伸缩筒230的位置。
另外，海上风力发电机还包括：锚定装置600；
锚定装置600设置在大臂500内，锚定装置600用于固定叶片400与大臂500的相对位置。另外，锚定装置600包括：锚定装置底座610和第三支杆620；
第三支杆620可滑动的设置在锚定装置底座610上，在第三支杆620上设置有锚定撞块621，当锚定撞块621通过锚定装置底座610时将锚定撞块621与锚定装置底座610锁定。
需要说明的是，当随叶片400转动的第三支杆620转到接近锚定装置600时(驱动装置减速运行)，固定在第三支杆620连杆上的锚定撞块621撞开自锁摆快，进入锚定位置，此时电液推杆推动锚定销轴插入撞块的圆孔内将其锁住(此时驱动装置停止驱动)。当叶片400反向摆动离开锚定位置时，电液推杆拔出锚定销轴，自锁摆快自动复位。自锁摆快的作用是当叶片400转动而没有锚定时防止电液推杆推动锚定销轴插入锚定孔。从而避免锚定撞块621撞到锚定销轴。
另外，发电机组300包括：圆锥齿轮组件310和发电机320；
大臂组驱动圆锥齿轮组件310运动，圆锥齿轮组件310驱动发电机320转动实现发电。另外，在发电机组300的底部设置有海上浮力桩700；
海上浮力桩700与海水接触且放置在海水内，用于使海上风力发电机漂浮在海平面上。
第二方面，本发明提供的一种海上风力发电系统，包括第一方面任一项所述的海上风力发电机。
需要说明的是，本发明提供的海上风力发电系统具有上述海上风力发电机具有的一切优点。
以上对本发明的海上风力发电机及海上风力发电系统进行了说明，但是，本发明不限定于上述具体的实施方式，只要不脱离权利要求的范围，可以进行各种各样的变形或变更。本发明包括在权利要求的范围内的各种变形和变更。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种海上风力发电机，其特征在于，包括：叶片组、大臂组、收放驱动机构(100)、展放伸缩筒(200)和发电机组(300)；
所述叶片组包括至少三个叶片(400)；所述大臂组至少包括三个大臂(500)；
每个所述叶片(400)的中部与每个所述大臂(500)的上端枢接，所述收放驱动机构(100)设置在所述叶片(400)与所述大臂(500)的连接处，所述收放驱动机构(100)用于驱动所述叶片(400)围绕所述大臂(500)的上端展开或收合；
所述大臂组可转动的与所述发电机组(300)连接；
所述展放伸缩筒(200)与所述大臂组的下端部枢接，用于推出或收回所述大臂组。
2.根据权利要求1所述的海上风力发电机，其特征在于，所述收放驱动机构(100)包括：第一支杆(110)、第二支杆(120)、减速电机(130)和丝杠(140)；
所述减速电机(130)与所述丝杠(140)通过齿轮副连接，所述第一支杆(110)另一端与所述第二支杆(120)的另一端套接在所述丝杠(140)上，且沿所述丝杠(140)的轴向方向上运动。
3.根据权利要求1所述的海上风力发电机，其特征在于，所述展放伸缩筒(200)包括：第一伸缩筒(210)、第二伸缩筒(220)、第三伸缩筒(230)；
所述第二伸缩筒(220)推动所述第一伸缩筒(210)和所述第三伸缩筒(230)伸缩运动，所述第一伸缩筒(210)与所述第三伸缩筒(230)沿所述第二伸缩筒(220)的轴向方向伸缩运动。
4.根据权利要求3所述的海上风力发电机，其特征在于，所述第二伸缩筒(220)包括：油缸(221)；
所述油缸(221)驱动所述第一伸缩筒(210)和所述第三伸缩筒(230)运动。
5.根据权利要求4所述的海上风力发电机，其特征在于，所述展放伸缩筒(200)还包括：斜齿锁定机构(240)；
所述斜齿锁定机构(240)用于锁定所述第二伸缩筒(220)与所述第一伸缩筒(210)和所述第三伸缩筒(230)的位置。
6.根据权利要求1所述的海上风力发电机，其特征在于，所述海上风力发电机还包括：锚定装置(600)；
所述锚定装置(600)设置在所述大臂(500)内，所述锚定装置(600)用于固定所述叶片(400)与所述大臂(500)的相对位置。
7.根据权利要求6所述的海上风力发电机，其特征在于，所述锚定装置(600)包括：锚定装置底座(610)和第三支杆(620)；
所述第三支杆(620)可滑动的设置在所述锚定装置底座(610)上，在所述第三支杆(620)上设置有锚定撞块(621)，当所述锚定撞块(621)通过所述锚定装置底座(610)时将所述锚定撞块(621)与所述锚定装置底座(610)锁定。
8.根据权利要求1所述的海上风力发电机，其特征在于，所述发电机组(300)包括：圆锥齿轮组件(310)和发电机(320)；
所述大臂组驱动所述圆锥齿轮组件(310)运动，所述圆锥齿轮组件(310)驱动所述发电机(320)转动实现发电。
9.根据权利要求8所述的海上风力发电机，其特征在于，在所述发电机组(300)的底部设置有海上浮力桩(700)；
所述海上浮力桩(700)与海水接触且放置在海水内，用于使所述海上风力发电机漂浮在海平面上。
10.一种海上风力发电系统，其特征在于，包括权利要求1－9中的任一项所述的海上风力发电机。
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