CN110005575B - 一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供了一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机，解决了现有全叶尖叶轮式风力发电机一个叶轮只驱动一台发电机，传动轴过长连接,适应性差，载荷难以调节导致工作效率低的问题，技术方案是：全叶尖叶轮的轮缘内侧通过斜拉索与双碟状法兰连接，主轴设置有前置发电机并通过两前置轴承设置在偏航平台，主轴后端的内齿圈依次通过外齿轮轴、离合器和从动轴传动连接，从动轴后端与后置发电机转子连接。其叶轮设计合理，利用可直驱和半直驱可离合的两台发电机，降低了单机启动风速，提高了风力发电机效率。

Description

一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，特别是一种叶片全部设置于外轮缘上并使一组叶轮直驱或者半直驱两台或两台以上发电机的全叶尖叶轮式高效风力发电机，适用于多种风力发电场所。

背景技术

目前，广泛应用的以风能为动力的大型水平轴风力发电装置，大多采用传统轮毂上设置三个叶片的结构。这样的风电装置叶片少，对叶轮整体而言，扭矩就小，气动性能较差，这种传统叶片笨重，风轮中间阻风面积大，对于材质要求高，并且效率低、运输、吊装、制造成本高；而且一组风轮只能直驱或者半直驱其中的一台发电机，随着单机容量越作越大造成永磁发电机极对多、体积大、造价高，运输及吊装难；双馈式风力发电机大多采用行星增速齿轮箱，因速比高，结构复杂等因素造成齿轮箱故障率高，主轴采用内外套之间带有滚动体的轴承抗冲击及承载能力差、寿命短，没有更加有效的解决方案，因此，对上述风力发电装置的改进成为本领域技术人员普遍研究的对象。

本发明人曾根据现有大型风力发电机存在的机械强度差、实施难度大、实用性差等问题，公开了公告号为CN100467862C的“抗强风风力发电机”，以便解决超大型叶片抗破坏性强风能力较差的缺陷。同时也对公开号为US005765990A的“用于产生电能的风轮”、公开号为DE20213062U1的“包含可组合装置的能源获取风力设备”等存在的叶片不适应大型风力发电机的问题， 为了解决上述问题，本发明人公开了公告号为CN103147926B的“全叶尖风力发电机”，技术方案主要采用的是双支撑水平轴方式，包括在塔筒上设置可升降的偏航平台，组装在偏航平台上的机架、轴承座、空心转轴的水平轴叶轮组，发电机及液压管路，水平轴叶轮组包括利用三角珩架连接两个外轮缘利用法兰与斜拉索牵引一个轮缘内侧构成的轮体，通过叶片变桨装置组装在轮体外轮缘上的叶片，以及固定在轮体外周凸出叶片高度的传动刹车一体圈，叶片变桨装置上的叶片底端采用铰链或铰接轴构成叶片铰接端，叶片上端作为活动支撑端与液压缸的活塞杆端铰接在一起，并通过活塞杆的伸缩完成叶片的变桨；空心转轴的两侧设置主刹车盘，分别固定在轴承座或机架上的主刹车钳夹持在主刹车盘的两侧；偏航平台的上、下台盘之间设有偏航轴承、限位架及使上台盘绕下台盘中心转动的液压马达驱动的传动装置；偏航轴承包括固定在上台盘底部的带有内齿圈的轴承上圈，固定在下台盘上部的轴承下圈，在轴承上、下圈沟道内设置有滚动轮 ，滚动轮轴的两端通过轴承组装在轴承上圈所延伸岀的支撑架上，发电机采用了二种实施方案，方案一：传动刹车一体圈的外周与固定在偏航平台上的多台传动轮式发电机的传动轮紧密接触。传动刹车一体圈将动力传送给传动轮式发电机，以达到发电的目的；方案二：传动刹车一体圈的外周通过隔磁绝缘垫片固定有永磁体作为发电机转子，与固定在偏航平台上的机座内作为定子的绕线组构成永磁直驱发电机。传动刹车一体圈旋转与固定在偏航平台上的定子的绕线组产生磁力切割线达到发电的目的。其虽然改善了水平轴大型风力发电机叶片效率低，机械强度差、吊装难实施难度大的缺陷，但仍然存在以下缺陷：1、一个叶轮仅用一种方式直驱或半直驱一台发电机，造成叶轮利用率低；2、传动轴连接过长，发电机设置位置及传动方式不合理，实施难度大；3、发电机作为载荷不易调节，难以适应风力大小变化。

综上所述，三叶片和全叶尖水平轴大型风力发电机普遍存在叶轮利用率低,一个叶轮只能直驱或半直驱其中一台发电机，增速齿轮箱使用不合理，超长轴连接,适应风力变化能力差，工况要求高，工作效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机，解决了现有全叶尖叶轮式风力发电机一个叶轮只用一种方式直驱或半直驱一台发电机，传动轴过长连接,对风力变化的适应性差，以及对发电机载荷难以调节导致工作效率低的问题。其叶轮设计合理，利用可直驱和半直驱可离合的发电机传动方式，降低了单机启动风速，提高了风力发电机效率。

本发明采用的技术方案是：该全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机包括：通过塔筒设置的偏航平台，通过主轴及轴承组件组装在偏航平台上的全叶尖叶轮及发电机，其技术要点是：所述全叶尖叶轮的轮缘内侧通过斜拉索与主轴前端的双碟状法兰固定连接，双碟状法兰的碟形口分别朝向外侧，主轴中部通过两前置轴承设置在偏航平台前部，在两前置轴承之间的主轴段设置有前置发电机，主轴后端设置有内齿圈，内齿圈依次通过主轴后方的外齿轮轴、离合器和从动轴传动连接，内齿圈与外齿轮轴外齿轮啮合，外齿轮齿数小于内齿圈齿数，外齿轮轴和从动轴分别通过后置轴承设置在偏航平台上，从动轴后端与后置发电机转子连接。

所述前置轴承和后置轴承带有储油轴承座的无滚动体的关节滑动轴承，轴承内、外圈底部在润滑油中转动。

所述全叶尖叶轮采用横截面为V字型轮缘，轮缘外侧的双端顶部安装有密封板，在轮缘与密封板之间形成有密封空腔，密封空腔内设置有变桨电机，变桨电机传动端穿过密封板中部通孔连接用于带动叶片横向转动的叶片支架，叶片支架通过上端带有的横向支撑杆与叶片根部铰接，叶片通过叶片支架全部安装在轮缘上，横向支撑杆两端部带有向下设置的限位滑块，限位滑块嵌入密封板表面的圆弧形导轨，导轨的弧度与叶片横向转动带动限位滑块移动的轨迹相同；在密封空腔内还设置有用于带动叶片纵向翻转的电动推杆，电动推杆牵引端利用叶片翻转连杆与叶片中部铰接。

所述叶片翻转连杆的上端与叶片中部通过杆端轴承连接，叶片翻转连杆的下端设置有中滑块，中滑块滑动设置在密封板的中间导轨内，电动推杆沿中间导轨导向方向设置在中间导轨下方，电动推杆牵引端连接中滑块下部。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用在主轴前端设置双碟状法兰与叶轮轮缘斜拉索连接，并使双碟状法兰的碟形口分别朝向外侧，起到了缩短主轴长度的作用；由于采用后端部带有内齿圈主轴，并依次带动外齿轮轴、离合器和从动轴传动连接，能够分别在主轴和从动轴上对应设置前置发电机和后置发电机的双驱动发电机结构，通过内齿圈和外齿轮轴的传动，并使外齿轮齿数小于内齿圈齿数，能够使前置发电机和后置发电机以不同的转数转动，当该风力发电机启动时或风力小时可通过离合器断开从动轴，只驱动前置发电机转动，能够达到直驱和半直驱可离合的发电机传动方式，驱动一台发电机或同时驱动两台发电机，也可以按照上述连接方式串接多个发电机进行发电，因此，其能够利用一个叶轮驱动至少两台发电机，缩短传动轴长度,有效的利用叶尖叶轮风阻面积大，出力面积多，来提高工作效率，同时更好的适应风力变化调整发动机载荷，降低了单机启动风速，提高了风力发电机效率。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的A部放大图；

图3是图2的B-B向剖视图；

图4是本发明密封板的圆弧形导轨示意图。

图中序号说明：1叶片、2密封板、3轮缘、4斜拉索、5碟状法兰、6主轴、7前置轴承、8前置发电机、9内齿圈、10外齿轮轴、11后置轴承、12离合器、13后置发电机、14从动轴、15偏航平台、16塔筒、17偏航电机、18变桨电机、19电动推杆、20通孔、21圆弧形导轨、22限位滑块、23横向支撑杆、24杆端轴承、25叶片翻转连杆、26叶片支架、27中滑块、28中间导轨。

具体实施方式

根据图1～4详细说明本发明的具体结构，其是在本申请人公开号为CN103147926B的“全叶尖风力发电机”的基础上进行的改进，实施例如图1至2所示，一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机，它包括：位于下部的用于连接地上或水上基座的起支撑和连接作用的塔筒16，通过偏航电机17、偏航齿轮组及轴承设置在塔筒上可调整方向的偏航平台15，通过主轴6及轴承组件组装在偏航平台上的全叶尖叶轮及发电机。

其中，全叶尖叶轮的轮缘3内侧通过斜拉索4与主轴6前端的双碟状法兰5固定连接，双碟状法兰5的碟形口分别朝向外侧（图1的左、右两侧），斜拉索4与碟状法兰5外翻沿固定连接，该碟状法兰起到了改变斜向支撑角度，并缩短了常规连接法兰的长度，因此能够缩短使用的主轴的长度。主轴6中部装配在两前置轴承7上，两前置轴承通过轴承座设置在偏航平台15前部。在两前置轴承之间的主轴段设置有前置发电机8，前置发电机转子连接主轴。主轴6后端设置有内齿圈9，内齿圈依次通过主轴后方的外齿轮轴10、离合器12和从动轴14传动连接，内齿圈9与外齿轮轴10外齿轮啮合，外齿轮齿数小于内齿圈齿数，外齿轮轴通过一后置轴承设置在偏航平台上，从动轴通过另一后置轴承设置在偏航平台上，在从动轴14后部设置后置发电机13，后置发电机转子与从动轴连接。上述主轴与从动轴的连接结构即解决了超长轴的连接同时又可利用齿数差变速的目的。在主轴与从动轴还设置有刹车装置，前置发电机和后置发电机连接发电设备，塔筒及偏航平台可以采用现有的常规结构。

作为进一步改进，前置轴承7和后置轴承11可以采用带有储油轴承座的无滚动体的关节滑动轴承，轴承内、外圈底部在润滑油中转动，采用无滚动体的关节滑动轴承具有低速重载抗冲击，轴承座具有密封含油功能，轴承座上部注油孔与含油轴承座内的滑动轴承外套上部油沟、油孔相对应，含油轴承座下部的排油孔与含油轴承座内的滑动轴承外套底部油沟、油孔相对应，润滑油、油面保持在滑动轴承内外圈下部之间，能对主轴和从动轴更好的支撑和润滑，并增加使用寿命。还可以在前置轴承和前置发电机之间的主轴上设置刹车盘，在偏航平台上设置对应的刹车钳(图中未示出)。另外还可以也可以按照上述主轴与从动轴连接方式串接多个发电机进行发电。

其中，全叶尖叶轮可以采用常规全叶尖叶轮或采用本申请人公开号为CN103147926B的“全叶尖风力发电机”的全叶尖叶轮结构，为了提高叶轮工作效率本实施例对叶轮进一步改进，如图1和2所示，全叶尖叶轮采用横截面为V字型轮缘3形成的叶轮，轮缘外侧的双端顶部安装有密封板2，在轮缘与密封板之间形成有密封空腔，密封空腔内设置有变桨电机18和电动推杆19。如图2至4所示，变桨电机18传动端穿过密封板2中部通孔20连接用于带动叶片1横向转动的叶片支架26，变桨电机18传动杆穿过密封板的通孔20并可转动，叶片支架26通过上端带有的横向支撑杆23与叶片1根部通过铰链铰接，叶片1通过叶片支架26全部安装在轮缘3外部，横向支撑杆23两端部带有向下设置的限位滑块22，限位滑块嵌入密封板表面的圆弧形导轨21，圆弧形导轨为设置在密封板表面两侧以密封板中线为对称两接近半圆环的弧形导轨，的弧度与叶片横向转动带动限位滑块移动的轨迹相同，由于叶轮圆周设置有多个叶片，因此一个叶片下方对应的密封板部位略带弧度；限位滑块在圆弧形导轨的高度方向含有间隙，因此叶片能够在变桨电机的驱动下转动，并通过限位滑块和弧形导轨限制，正反转动方向为小于90度。在密封空腔内还设置有用于带动叶片纵向翻转的电动推杆，电动推杆牵引端利用叶片翻转连杆与叶片中部铰接，作为进一步改进，具体为：叶片翻转连杆的上端与叶片中部通过杆端轴承连接，叶片翻转连杆的下端设置有中滑块，中滑块滑动设置在密封板的中间导轨内，电动推杆牵引端连接中滑块下部。由于采用杆端轴承结构，使叶片在变桨电机带动横向转动的同时，也能在电动推杆的推拉作用完成由垂直向下方向闭合的纵向翻转动作，形成了纵向和横向的双轴转动结构。

因此该叶轮采用的结构起到的作用为：1、减少了现有形状轮缘在旋转过程中产生风的阻力大，造成叶轮旋转效率低的问题，起到了提高工作效率的作用；2、克服了现有叶轮变桨方式单一，机械强度和可靠性差，对风向风力变化的适应性差和问题，起到了多方向灵活调整叶片角度的作用，提高了风力利用率；3、现有变桨装置全部暴露在外容易受到风雨及盐雾腐蚀，影响发电机整体使用寿命，本发明的轮缘及密封板结构，将变桨电机及电动推杆等主要部件设置在密封空腔内，增加了部件的使用寿命，降低了叶轮的成本。

综上所述实现本发明的目的。

Claims (2)

1.一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机，它包括：设置通过塔筒设置的偏航平台，通过主轴及轴承组件组装在偏航平台上的全叶尖叶轮及发电机，其特征在于：所述全叶尖叶轮的轮缘内侧通过斜拉索与主轴前端的双碟状法兰固定连接，双碟状法兰的碟形口分别朝向外侧，主轴中部通过两前置轴承设置在偏航平台前部，在两前置轴承之间的主轴段设置有前置发电机，主轴后端设置有内齿圈，内齿圈依次通过主轴后方的外齿轮轴、离合器和从动轴传动连接，内齿圈与外齿轮轴外齿轮啮合，外齿轮齿数小于内齿圈齿数，外齿轮轴和从动轴分别通过后置轴承设置在偏航平台上，从动轴后端与后置发电机转子连接；

所述全叶尖叶轮采用横截面为V字型轮缘，轮缘外侧的双端顶部安装有密封板，在轮缘与密封板之间形成有密封空腔，密封空腔内设置有变桨电机，变桨电机传动端穿过密封板中部通孔连接用于带动叶片横向转动的叶片支架，叶片支架通过上端带有的横向支撑杆与叶片根部铰接，叶片通过叶片支架全部安装在轮缘上，横向支撑杆两端部带有向下设置的限位滑块，限位滑块嵌入密封板表面的圆弧形导轨，导轨的弧度与叶片横向转动带动限位滑块移动的轨迹相同；在密封空腔内还设置有用于带动叶片纵向翻转的电动推杆，电动推杆牵引端利用叶片翻转连杆与叶片中部铰接；

所述叶片翻转连杆的上端与叶片中部通过杆端轴承连接，叶片翻转连杆的下端设置有中滑块，中滑块滑动设置在密封板的中间导轨内，电动推杆沿中间导轨导向方向设置在中间导轨下方，电动推杆牵引端连接中滑块下部。

2.根据权利要求1所述的全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机，其特征在于：所述前置轴承和后置轴承带有储油轴承座的无滚动体的关节滑动轴承，轴承内、外圈底部在润滑油中转动。