CN108386326A - 一种调幅式风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明具体为一种调幅式风力发电机，解决了现有风力发电机的叶片由于结构设计不合理导致小风及微风无法正常发电的问题。叶轮轮毂内设置有动力机构，叶轮轮毂外圆周面上均布设置有若干叶片，叶片是由从里至外依次设置的固定叶片本体、若干活动叶片本体及叶尖组成，固定叶片本体与叶轮轮毂固定，活动叶片本体相互套接，且套接在固定叶片本体上，最外侧的活动叶片本体与叶尖连接，叶片内设置有伸缩机构。本发明结构设计合理可靠，通过设置调幅机构调整了叶片接受风力的面积与扫风面积的比例，使得叶片宽度的加大成为可能，保证了小风及微风条件下，风力发电机的正常发电，同时使得风力发电机在大风情况下的安全性能得到大幅提升。

Description

一种调幅式风力发电机
技术领域
本发明涉及新型清洁能源领域，尤其涉及风力发电技术，具体为一种调幅式风力发电机。
背景技术
随着我国风电产业的日益发展和壮大，以欧美海洋性气候发展起来的高风速风电机的性能越来越遭到质疑。有人把现有叶片称为“牙签式叶片”，“一根杆子三根针”不能高效获得风能。微风发电性能低已成人们的共识，已有厂家采取加长叶片的方法提高微风发电性能，也就是降低风电机的设计风速，这对提高微风发电性能有一些效果，但不会很明显。因为现有叶片是以空气动力性能为基础设计的，低风速情况下空气动力性能肯定很弱，无法来提高风能的输出，加长叶片同时也带来一些负面效果，会增加高风速状态下叶片的风载，会增加风电机的故障率。提高微风发电性能的主要出路在于改变叶片结构，提高结构动力性能，必须对叶片结构进行技术创新。
现有风力发电机的叶片都是固定形状，固定长度，只能是通过变桨调整发电机功率。由于叶片在风场中接受风力时的面积小，有的科技人员设想出了加长风叶，扫风面积是增加了但风叶的接受风力面积增加很少，小风或微风情况下与原来的风力发电机没有什么区别；有的科技人员设想出了叶尖可伸缩的风电机叶片，其本质都是在窄风叶片上做文章，扫风面积是增加了但风叶的接受风力面积增加很少。小风或微风情况下风力发电机不能正常工作。
发明内容
本发明为了解决现有风力发电机的叶片由于结构设计不合理导致小风及微风无法正常发电的问题，提供了一种调幅式风力发电机。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种调幅式风力发电机，包括叶轮轮毂，叶轮轮毂内设置有动力机构，叶轮轮毂外圆周面上均布设置有若干叶片，叶片是由从里至外依次设置的固定叶片本体、若干活动叶片本体及叶尖组成，固定叶片本体与叶轮轮毂固定，活动叶片本体相互套接，且套接在固定叶片本体上，最外侧的活动叶片本体与叶尖连接，叶片内设置有伸缩机构。
进行调幅作业时，通过动力机构驱动伸缩机构进行伸缩，进而实现活动叶片本体沿叶轮轮毂的径向移动，使叶片的半径增大或缩小，这时候它的扫风面积就变大或变小，同时接受风力的面积也变大或变小，进而使风力发电机的功率得到很好的调整，克服了现有风力发电机的叶片由于结构设计不合理导致小微风无法正常发电的问题。
动力机构包括电机，电机的输出轴与叶轮轮毂连接，且电机的输出轴上连接有主动齿轮，主动齿轮外侧设置有与其啮合且与叶片一一对应的从动齿轮，每个从动齿轮周围均设置有蜗轮蜗杆减速机，且蜗轮蜗杆减速机的蜗杆与从动齿轮的中心连接，蜗轮蜗杆减速机的蜗轮与伸缩机构连接。
作业时，启动电机，电机的输出轴带动叶轮轮毂及叶片转动，与此同时，带动主动齿轮旋转，进而带动从动齿轮、蜗轮蜗杆减速机的蜗杆、蜗轮转动，驱动伸缩机构带动叶片进行径向移动，结构更加合理可靠。
伸缩机构包括设置在固定叶片本体外壁内侧和每个活动叶片本体外壁内侧的齿轮箱，除最外端齿轮箱内，每个齿轮箱内均设置有第一传动齿轮和第二传动齿轮，第一传动齿轮和第二传动齿轮之间设置有与两者啮合的调幅齿轮，调幅齿轮内均设置有与其螺纹连接且外端与相邻外侧活动叶片本体外壁内侧固定的调幅丝杠，固定叶片本体内的第一传动齿轮上设置有与其花键连接且与蜗轮蜗杆减速机的蜗轮连接的驱动轴，活动叶片本体内的第一传动齿轮上设置有与其花键连接且内侧与相邻内侧齿轮箱内的第二传动齿轮连接的传动轴，最外端齿轮箱内设置有第一传动齿轮和与其啮合的调幅齿轮。
动力机构的蜗轮带动驱动轴转动，固定叶片本体齿轮箱内的第一传动齿轮转动，固定叶片本体齿轮箱内的第二传动齿轮和调幅齿轮转动，由于调幅齿轮不发生径向移动，进而带动该调幅齿轮上的调幅丝杠推动固定叶片本体外侧相邻的活动叶片本体向外径向移动，固定叶片本体齿轮箱内第二传动齿轮的传动轴转动带动与其外侧相邻的活动叶片本体内的第一传动齿轮转动，以此类推，实现整个叶片的伸缩，该伸缩机构的结构设计更加合理可靠。
每个叶片内设置有至少一个伸缩支撑管，伸缩支撑管是由若干根钢管套接组成的，钢管外端部从中心到边缘依次与最外端活动叶片本体外壁至固定叶片本体外壁一一对应固定，且每根钢管的外侧内壁和内侧外壁均设置有防脱止口。
通过设置伸缩支撑管进一步保证了叶片的受力稳定性能，同时伸缩支撑管防脱止口的结构设计，保证了叶片伸缩的合理限位。
叶轮轮毂外侧设置有叶片加强毂，且叶片的内端与叶片加强毂固定。
该结构涉及更进一步提升了叶片的稳定性能。
本发明结构设计合理可靠，通过设置调幅机构调整了叶片接受风力的面积与扫风面积的比例，使得叶片宽度的加大成为可能，保证了小风及微风条件下，风力发电机的正常发电，同时使得风力发电机在大风情况下的安全性能得到大幅提升，具有结构简单、操作方便且成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中叶片的结构示意图；
图3为图2的侧视示意图。
图中：1-叶轮轮毂，2-固定叶片本体，3-活动叶片本体，4-叶尖，5-主动齿轮，6-从动齿轮，7-蜗轮蜗杆减速机，8-齿轮箱，9-第一传动齿轮，10-第二传动齿轮，11-调幅齿轮，12-调幅丝杠，13-驱动轴，14-传动轴，15-钢管，16-叶片加强毂。
具体实施方式
一种调幅式风力发电机，包括叶轮轮毂1，叶轮轮毂1内设置有动力机构，叶轮轮毂1外圆周面上均布设置有若干叶片，叶片是由从里至外依次设置的固定叶片本体2、若干活动叶片本体3及叶尖4组成，固定叶片本体2与叶轮轮毂1固定，活动叶片本体3相互套接，且套接在固定叶片本体2上，最外侧的活动叶片本体3与叶尖4连接，叶片内设置有伸缩机构。
动力机构包括电机，电机的输出轴与叶轮轮毂1连接，且电机的输出轴上连接有主动齿轮5，主动齿轮5外侧设置有与其啮合且与叶片一一对应的从动齿轮6，每个从动齿轮6周围均设置有蜗轮蜗杆减速机7，且蜗轮蜗杆减速机7的蜗杆与从动齿轮6的中心连接，蜗轮蜗杆减速机7的蜗轮与伸缩机构连接。
伸缩机构包括设置在固定叶片本体2外壁内侧和每个活动叶片本体3外壁内侧的齿轮箱8，除最外端齿轮箱8内，每个齿轮箱8内均设置有第一传动齿轮9和第二传动齿轮10，第一传动齿轮9和第二传动齿轮10之间设置有与两者啮合的调幅齿轮11，调幅齿轮11内均设置有与其螺纹连接且外端与相邻外侧活动叶片本体3外壁内侧固定的调幅丝杠12，固定叶片本体2内的第一传动齿轮9上设置有与其花键连接且与蜗轮蜗杆减速机7的蜗轮连接的驱动轴13，活动叶片本体3内的第一传动齿轮9上设置有与其花键连接且内侧与相邻内侧齿轮箱8内的第二传动齿轮连接的传动轴14，最外端齿轮箱8内设置有第一传动齿轮9和与其啮合的调幅齿轮11。
每个叶片内设置有至少一个伸缩支撑管，伸缩支撑管是由若干根钢管15套接组成的，钢管15外端部从中心到边缘依次与最外端活动叶片本体3外壁至固定叶片本体外壁2一一对应固定，且每根钢管15的外侧内壁和内侧外壁均设置有防脱止口。
叶轮轮毂1外侧设置有叶片加强毂16，且叶片的内端与叶片加强毂16固定。
具体实施过程中，伸缩支撑管与叶轮轮股和叶片加强毂16固定联接。
风力发电机的叶片沿其径向能够实现运转过程中多种调整，即叶片旋转直径扫风面积能根据需要调整大小，叶片要有足够的宽度，叶片接受风力的面积要适当，只有这样才能在低风速情况下发电。
叶片的接受风力面积增加，同功率的风力发电机扫风面积能够减小，或同扫风面积的风力发电机功率能够增大。风力发电机在调辐过程中扫风面积是变化的，接受风力的面积也是变化的。风力发电机在调辐到最小扫风面积是最大扫风面积的百分之二十左右，最小接受风力面积也是最大接受风力的百分之四十左右。风力发电机适应风速的范围更大，年发电时间更长并能容易对付灾害性气候条件。风力发电在宽叶片的情况下能通过科学的角度优化出扫风面积，风能的利用到最佳理想效果。同时针对宽叶片运用空气动力学优化出好的宽风叶。
目前风力发电机的叶片接受风力的面积占扫风面积的3%左右，而本申请中调辐式风力发电机的宽叶片接受风力的面积占扫风面积的10%左右；当调辐式风力发电机的宽叶片调辐到最小接受风力的面积占调辐到最大扫风面积的10%左右时，调辐式风力发电机的安全性提高了80%。
当风场中风力为1-3级风时，叶片全部伸出，扫风面积最大，接受风力面积同样最大，调幅式风力发电机开始发电；当风场中风力为4-12级风时，根据根据发电功率调整叶片的伸出辐度，也就是最合理的扫风面积和最合理的风叶受风面积，风力发电始终处于最佳发电的状态；超12级风时，调辐到扫风面积最小、受风面积最小，风力发机功率不超时，还能正常发电。或风力发机功率超出要求仃止发电。

Claims (8)

1.一种调幅式风力发电机，其特征在于：包括叶轮轮毂（1），叶轮轮毂（1）内设置有动力机构，叶轮轮毂（1）外圆周面上均布设置有若干叶片，叶片是由从里至外依次设置的固定叶片本体（2）、若干活动叶片本体（3）及叶尖（4）组成，固定叶片本体（2）与叶轮轮毂（1）固定，活动叶片本体（3）相互套接，且套接在固定叶片本体（2）上，最外侧的活动叶片本体（3）与叶尖（4）连接，叶片内设置有伸缩机构。
2.根据权利要求1所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：动力机构包括电机，电机的输出轴与叶轮轮毂（1）连接，且电机的输出轴上连接有主动齿轮（5），主动齿轮（5）外侧设置有与其啮合且与叶片一一对应的从动齿轮（6），每个从动齿轮（6）周围均设置有蜗轮蜗杆减速机（7），且蜗轮蜗杆减速机（7）的蜗杆与从动齿轮（6）的中心连接，蜗轮蜗杆减速机（7）的蜗轮与伸缩机构连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：伸缩机构包括设置在固定叶片本体（2）外壁内侧和每个活动叶片本体（3）外壁内侧的齿轮箱（8），除最外端齿轮箱（8）内，每个齿轮箱（8）内均设置有第一传动齿轮（9）和第二传动齿轮（10），第一传动齿轮（9）和第二传动齿轮（10）之间设置有与两者啮合的调幅齿轮（11），调幅齿轮（11）内均设置有与其螺纹连接且外端与相邻外侧活动叶片本体（3）外壁内侧固定的调幅丝杠（12），固定叶片本体（2）内的第一传动齿轮（9）上设置有与其花键连接且与蜗轮蜗杆减速机（7）的蜗轮连接的驱动轴（13），活动叶片本体（3）内的第一传动齿轮（9）上设置有与其花键连接且内侧与相邻内侧齿轮箱（8）内的第二传动齿轮连接的传动轴（14），最外端齿轮箱（8）内设置有第一传动齿轮（9）和与其啮合的调幅齿轮（11）。
4.根据权利要求1或2所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：每个叶片内设置有至少一个伸缩支撑管，伸缩支撑管是由若干根钢管（15）套接组成的，钢管（15）外端部从中心到边缘依次与最外端活动叶片本体（3）外壁至固定叶片本体外壁（2）一一对应固定，且每根钢管（15）的外侧内壁和内侧外壁均设置有防脱止口。
5.根据权利要求3所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：每个叶片内设置有至少一个伸缩支撑管，伸缩支撑管是由若干根钢管（15）套接组成的，钢管（15）外端部从中心到边缘依次与最外端活动叶片本体（3）外壁至固定叶片本体（2）外壁一一对应固定，且每根钢管（15）的外侧内壁和内侧外壁均设置有防脱止口。
6.根据权利要求1或2所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：叶轮轮毂（1）外侧设置有叶片加强毂（16），且叶片的内端与叶片加强毂（16）固定。
7.根据权利要求3所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：叶轮轮毂外侧设置有叶片加强毂（16），且叶片的内端与叶片加强毂（16）固定。
8.根据权利要求5所述的一种调幅式风力发电机，其特征在于：叶轮轮毂外侧设置有叶片加强毂（16），且叶片的内端与叶片加强毂（16）固定。
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