CN110185577A - 一种利用平行自偏航圆环摆尾式风力发电机组装置 - Google Patents

Abstract

一种利用平行自偏航圆环摆尾式风力发电机组装置，属新能源技术，风力发电领域，为景观风力发电机组，技术方案以风轮为主，包括平行式风车、圆环式风轮、摆尾式风叶。双风轮起到自动偏航作用，圆环式风轮，抗推力较强，平稳性好，主要功能为给风叶定位。摆尾式风叶起到换向作用，抗击冲击力，风速2‑12m/s时风叶为固定值，固定角为±20度，风速13m/s以上为变角值，摆角为±80度，使风速的推力与阻力大小相等，保持大风使用率，能抗拒台风，雷雨大风冲击。风力特别不稳定时，自动保护，超过30m/s以上自动停止，小于自动恢复运转，可并网使用。此装置增大捕风面积，有效利用低风速发电，提高风轮转速，增加发电功率，发电量为130KW/h，额定风速12m/s，额定转速30r/min。

Description

一种利用平行自偏航圆环摆尾式风力发电机组装置

技术领域：

本发明涉及新能源风力发电领域，特别涉及一种利用自然风力资源，可自动偏航、大功率风力发电机组装置。

背景技术：

风力发电是一种清洁的新能源，既能解决能源问题，又能达到环保要求，是我国能源发展最大项目之一，也是世界能源发展的方向。目前国家大力发展新能源，大型风力发电已陆续入网使用。新能源发电装置也在不断更新，高效稳定的发电设备成为目前研究的热点，同时也是难题和挑战。现有的风力发电技术成果中，存在各种形式的设计，但主要以三叶风能发电机为主，装机主要以中.大型为主。装机量大，技术成熟，但捕风面积较小，无法将风能充分利用，即风力发电中的风能利用不充足。

比如，申请号201820685545.4的一种垂直轴风能发电机可变翼系统，解决了如下问题：在垂直轴风能发电机的叶片旋转过程中，降低负转矩的出现时间，甚至为零，使得垂直轴风能发电机的发电扭矩尽量均匀，从而提高风能利用率。其优化原有风力发电系统，提高了风能利用率，但未能充分利用风能，依然存在捕获风能不足的问题。

再比如，申请号201820805489.3的技术方案，增加了风能吸收装置，但对于低风速时并不适用，依然未能解决上述问题。

鉴于现有技术的缺陷，本设计解决捕风面积较小，风能利用不充足的问题。能够根据不同的风速调节捕风面积，从而能够使发电保持稳定，在低风速时也可发电。

发明内容：

本发明设计研发了双风轮自偏航大功率风力发电机组装置，本机有几大特点：

本机包括平行式风车、圆环式风轮、摆尾式风叶，双风轮自偏航大功率风力发电机组，本机与三叶机相比，在同等直径下，发电量是三叶机的11.6倍；

本机是以风速控制运转或停止，如；暴风，阵风，雷雨大风，性能特别不稳定。超过30m/s以上的风速风车自动停止，小于自动恢复运转。发电性能稳定，减少更多的电器控制。降低成本，接收能量大，可并网使用；

本机外形美观，可做景点景观设施。能有效的利用低风速的能源，在大风中使用正常。该发明不仅以多扇叶充分增加捕风面积，还依据高风速风叶减小之功能，而且可以根据实时风向，进行自动偏航，无需单独助力。

此风车抗拒冲击力高，能抗拒12级以上的台风，适合沿海装机和海上发电装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：以风轮组件为依据，主要是三点：双风轮平行式风力机、风轮为圆环式、风叶为摆尾式，两个风轮为一机组，平衡式无尾舵，多叶充分增加捕风面积。有效控制接收面积的大小，结构简单。接收能量是扫风面积的71％，各组件作用如下：

一.双风轮平行作用；自动偏航，风轮半径小，结构力强，便于安装与维修；

二.风轮的作用：增大捕风面积，用于抗拒的变形量，风轮的动能和势能

的变换量，起到稳速作用，固定风叶的位置及安装；

风叶的作用：风叶在风的控制大小变量，在2-12m/s时风叶为固定值，

固定角为±20度。在13m/s以上为变角值，摆角为±80度。摆角的大小由风速而确定，摆角的作用，使风速的推力与发电功率大小相等，转速稳定；

本发明专利动力来源主要是风轮组件：双风轮平行式、自由偏航，不同其他风机，本机设计增加了风轮，改变了风叶，增加了捕风面积和机械效率，可在轻风启动。在风速为12m/s-30m/s时，风叶在风压的推力下，自动变角，使动力和阻力大小相等，风机转速平稳。根据实验，风机超速最高1.3％。风速在13m/s以上风叶自动调转风叶角度，减小接收面积，保持推力、转速、阻力大小之和，可稳速运转。风速大于30米/秒，风车自动停止运转，小于30m/s时，风车自动恢复运转，转换灵活。

附图说明：

图1.为本发明的结构示意图。

图2.风轮组件结构示意图。

图3.风轮结构示意图。

图4.风叶结构示意图。

具体实施方式：

本机工作原理：

在风波吹动风叶时，风叶随之变动，推动两风轮反向运转，风轮连同风车齿轮箱，通过心轴传动，连接传动齿轮箱，由锥齿变向90度，传动给变速箱(变速箱附有刹车装置及稳速装置)，变速箱轴由连轴器连接发电机发电，通过入网逆变器，电器装置并网使用。

本机机械构造：

基础组件(1)作用；稳固风车水平运转，连接塔筒。入网逆变器(2)作用；电能入网控制系统。塔筒组件(3)作用；与基础连接，支撑风车高度水平运作。风轮组件(4)作用；接收风力能源与稳速功能。风车齿轮箱(5)作用；支撑风车水平运转与变速。支架组件(6)作用；支撑两端风车平行水平运行。传动齿轮箱(7)作用；将两风轮的动能以变速形式传挮动力。变速箱组件(8)作用；速比1；12，5传挮给发电机的主要部件。防尘罩组件(9)作用；保护机舱各部件损坏功能。发电机(10)作用；发电设备。机舱组件(11)作用；偏航与设备连接。平行轮组件(12)作用；支撑机舱与水平转动。护栏组件(13)作用；维修与安装。刹车组件(14)作用；用于维修和停车。防雷系统(15)作用；设备防雷。安全带(16)作用；保护，安全设施。电缆线(17)作用；传挮电力。拉条组件(18)作用；保证风轮平行和支架的扭曲。付刹车组件(19)作用；辅助件保证刹车无误。充电装置(20)作用；充电设备保证电动汽车和其他设备充电。

塔筒附有护栏组件，塔筒顶部与机舱组件连接，机舱平台附有平行轮组件、防尘罩组件、支架组件，带有安全装置、防雷系统、安全带、电缆线、拉条组件、刹车组件、充电装置。

此风力机主要用于发电和景观，圆环摆尾式，接收能量大，天然清洁能源。有效利用低风速发电，风轮体积小接收能量大，提高风轮转速，双风轮作用自动偏航，本机发电量为130kw/h，额定风速12m/s，额定转速30r/min，可多台联机使用。

技术参数；

1.塔架高度；15m 2.刹车系统；手动刹车。

3.扫风面积；164.71m² 4.额定功率；130kw.

5.风轮直径；2XФ10.24m。 6.机械效率；70％.

7.额定风速；12m/s。 8.切入风速；2.5m/s。

9.切出风速；25m/s。 10叶轮转速；30r/分。

11.安全风速；12级 12叶片转角；90。

13.防雷技术；OK-FF40/690。 14叶片材料；Pc透明塑钢。

15.风叶数量；840x2＝1680. 16.接收能量面积；117.0544m²

17.并网装置；OUYAD并网逆变器。 18操作；全自动。

19.电压；380-690v。 20；转速；1500r/min

21.启动扭矩；68.6Nm。 22寿命；20年。

23.润滑油型号；MobilsHcXMP320. 24.重量；101.6t.

25.一体化风能逆变器；型号；xsz-130-690v.

26.速比；1；50

本机风叶转角为+90～-90度，旋转方向相同。

发动机参数；

型号：中心高；270mm，功率：130kw，电压：690v，重量：400kg，

动扭矩：68.6Nm，体积：1110*668*774mm。

外形尺寸：长22747mm，宽3220mm，高21737mm

本机重量：73348.8kg

本机使用参数；

额定功率输出：130KW-690V

最大输出功率：140KW

最大扭矩输出：68.6*50＝3430N.m.

额定转速：30r/min

最高转速：38r/min

传动系统；

首先由风波吹动“风轮组件”(4)运转，经“风轮齿轮箱”(5)变速1/2传挮给心轴，另一端连接“传动齿轮箱”(7)此箱以速比1；2双向变速，经传动轴，连轴器连同变速箱主轴转动，传动给“变速箱组件”(8)[变速箱附有(8-6)稳速轮组件]，变速箱以速比1；12.5通过连轴器，直接连接发电机运转。即从风轮到变速箱传动速比是1∶50，达到传动目的。使发电机达到1500r/min，达到额定输出。

风轮偏航技术；

两风轮在风力的推动下，随风向的改变绕轴自由平行转动，转动灵活。其主要功能；在迎面风力作用下，两风轮自由绕中心轴平行。以中心轴为焦点，在风力的扭力下连同，[风车齿轮箱(5)，支架组件(6)，传动齿轮箱(7)，变速箱组件(8)，防尘罩组件(9)，发电机(10)，机舱组件(11)，刹车组件(14)拉条组件(18)，付刹车组件(19)]一起转动。平行轮组件(12)是支撑部件平稳辅助作用，绕中心轴转动，减缓部件压力，支持风车的偏航极大作用。

应用范围：

主要应用风力较多的地方，如内蒙，新疆，河北，沿海地区，和海上发电以及田边，路边，楼房顶部，村庄等全国风力资源较多的地方，都可安装风力群，并网发电，遍布全国。使用功能：照明，家用电器以及各种用电，可直接转换为市电，还直接给电动汽车，电动自行车，电动摩托等充电，通过网络控制，建网站。风机可以遍布全国各地，每台风机都是电动汽车的充电站。

装配说明；

步骤一：首先将装配好的塔架组件立起，并水平固定，不平度不大于0.05度。护栏组件在塔架立起前装好，一同立起。

步骤二：下一步在装配机舱平台，轴承，附轴承，并水平安装牢固。不平度不大于0.1度。

步骤三：在平台上组装，传动齿轮变速箱组件，平行架组件，平行轴，变速箱组件，发电机、刹车组件、防尘罩组件等及其他部件。并以平台为基准在组装个各组件或部件。

步骤四：装两端风车齿轮变速箱组件，水平安装，风轮组件，与变速箱交角90度，水平安装，变速箱不得有泄漏现象，箱内加足齿轮油，轴承外部涂足黄油，转动灵活无卡阻。

步骤五：电器部分，逆变器、防雷器、和其他部件装在下部塔筒内。

步骤六：在装配过程中按工艺顺序组装。液体箱和油底壳做密封处理，不得有渗漏现象，整机装配完工后，经检验合格投入使用。

操作说明：

在使用前检查各部件是否正常，运行前检查螺栓是否有松动现象，运行后观察运转是否平稳，运转几小时后，停机检查各部件是否松动，漏油现象。进行检修，加足润滑油，检验各部位合格后，进行运转，第1年半年检修加油一次。以后每年检修一次。

电器应用说明：

逆变器；型号：xsz-32-130-690v，体积：高2000mm，宽1200mm，深800mm。逆变器主要用于控制电能入网装置，将发电机发出的高压电能，通过此设备直接入网，并且在电压较低时或风车停止时，电流不会反向逆流。此设备作用非常大，并还能将电压电流调整对外输出，是风力机不可缺少的重要部件。

润滑：

润滑保护是一个非常重要的环节。本机主要润滑，如发动机，减速机，主轴传动部件的润滑，发动机和减速机用高速齿轮油，主轴传动部件用积压工业齿轮润滑油150#，按时更换齿轮油。润滑油更换时间：3-9个月。如冬季使用，润滑轴承时，应使用3号锂基润滑脂。

保养：

风车是长期在野外作业的车辆，环境非常恶劣，保持本长期稳定发电本风车封闭性强。特别注意外表的面漆，如有磕碰或自然脱落，长期风吹雨打，影响使用寿命，应及时修复。

风车各部的齿轮变速箱的润滑，保证箱内的油面位置，以免造成齿轮、轴承等部件的毁坏，冬季应更换3号锂基润滑脂。第1年.半年检修加油一次，以后每年检修一次。平行轮滑道保持上油，不要过干造成磨损。

作用与用途；

双风轮自偏航大功率风力发电机组，主要用于风力发电，和景点观赏价值。此风力机发电量为130KW，(圆环摆尾式)即；风轮是圆环式.、风叶是摆尾式，

其电能可直接转成市电，也可并网发电。其主要功能：低风速发电，从风速2m/s-12m/s均能发电，其中12m/s能达到额定发电。12m/s以上到30m/s风叶自动变角，减小接收能量，风机转速保持在1-35r/min。达到动力和阻力之和，使风机在高速风的推力下，正常发电。在30m/s以上风机变角为80-85度角，切出动能风车自动停止，自动保护功能，此风车抗冲击力较强，能抗拒较大的台风。减小机械的损失自动保护功能。电压比较稳定，此风车自动跟踪风向。无须偏航设备，接收能量高，双轮做功稳定可靠，低风速可达额定输出。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用平行自偏航圆环摆尾式风力发电机组装置，所述发电组装置特征包括：

(1)双风轮：其特征在于由单风轮组成，环绕支架中心转动，采用偏航技术，具有平衡式和景观的特点。

(2)根据(1)所述，其特征还在于使用圆环式，材料45#，有增大捕风面积，保持风轮转速稳定的特性。

(3)风叶：其特征在于使用摆尾式方式，材料为Pc透明塑钢铸造，风叶在扭簧作用力下，自动转角±80度，其可保持风车在大风中稳速输出，风速在2-12m/s时，风叶角可保持固定值，13m/s以上风速时自动变角，风小自动返回，风叶变角特征，保持风车的推力与阻力大小相等稳速运行。

2.根据权利要求1(1)所述，双风轮主要结构包括：支架组件、风轮变速箱组件、传动系统，风轮在支架的作用下，平行围绕支架中心转动，在风力的控制下可起到自动偏航作用，偏航旋转角180度。

3.根据权利要求1(2)所述，风轮的主要结构包括：轴套、立轴、短拉筋、风叶定位圈、风叶组件、卡头部件，其特征在于平行安装在(支架)两端，连接件结构紧凑旋向固定，风轮接收能量为70％，属低风速高能量风轮。

4.如权利要求1(3)所述，风叶型号为1-5，其特征在于组件主要有：风叶轴、定位槽、扭簧、垫圈，安装在(风叶定位槽)两端，风叶轴和风叶两端装有(扭簧)。

5.根据权利要求4所述，其特征还包括风叶在扭簧的控制下，风叶双向摆动，绕风叶轴自由转动±160度，风叶定位角为±20度，摆角±80度，可根据风力方向自由摆动，风叶形状大小可随型号改变，但工作原理和构造不可改变。