CN111954759B - 风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电工程领域。该风力发电机包括支柱，与支柱相接并形成闭环导轨轨道的导轨，顺序互连的风车，每台风车通过滚轮与上导轨连接，风车设置有车架，两片垂直方向的翼片连接于车架上，其中一片安装在导轨上方，另一片安装在导轨下方，其中一片翼片有连接其上用于旋转翼片的机构，发电机安装于风车的车架上，一条附加导轨安装在所述导轨下方，并于其上设置有额外的互连运行组件，每个互连运行组件铰接连接于位于上导轨下方的下翼片的下端，其中位于上导轨上方的上翼片铰接连接于风车车架上，下翼片刚性连接于上导轨上方的上翼片上的旋转轴，其中旋转轴设置于车架上，且车架铰接连接于风车上。本发明旨在通过减弱交变负载的影响来提高可靠性。

Description

风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电工程领域，即为用于将风能转换成电能，向不同用户供电的风能系统。

背景技术

风力发电机是指垂直安装有翼片的风车(接收风能的元件)，可见于RU2013135023、US4756666和EA201200932号专利说明，其中风车的运动通过长导轨限制在一个方向上。

US2016290317号专利说明中描述了一种发电装置，它包括导轨系统(至少一条导轨)和通过气流驱动的翼片。安装好的风车可沿着导轨滚动前进，并与翼片连接。发电系统包括导轨上的两组或多组独立定子绕组和由风车驱动的转子(电枢)，其中相对于转子绕组的线性位移产生电能。

已知有一款风力发电机包括附接到支撑表面的垂直对齐支柱，与在距离支撑表面一定高度处形成闭环导轨轨道的导轨连接，顺序互连的风车，每台风车通过滚轮与导轨连接，以便沿其滚动前进，每台风车的车架与两片垂直对齐的翼片连接，其中一片安装在导轨上方，另一片安装在导轨下方，其中一片翼片与它的旋转机构连接，用于根据风流矢量改变翼片的位置，轴上带轮并与导轨表面接合的发电机安装在车架上(EP2910775号专利说明，F03D5/04，2015年8月26日发表)。该解决方案已被认可为原型技术。

已知风力发电机的特性是风车设于导轨旁边，并通过其滚轮与导轨连接。风车上下方的翼片也设于这条导轨旁边。因此，风车内控制台是悬挂在导轨旁边。由于风车连同发电机和控制系统以及翼片具有一定的重量，因此会产生一个扭矩，该扭矩因附近第二条导轨设于主导轨下方，并且风车通过其他滚轮与该第二条导轨连接而得到补偿。这意味着风车属于双支撑型，支撑点分离。但是，还有一个力矩来自作用在翼片上的风载荷，导致它们相对于风车扭曲。因此，翼片始终处于摆动位置，这种摆动被传递到滚轮与这两个导轨接触点上的交变载荷下的风车上。它降低了风车的耐用性，并使其底盘超载。这也是由于导轨和翼片之间没有铰链连接，在这些点上可以进行振动传递抑制。由于导轨轨道上有足够多的翼片系统，传递到整个导轨系统的波动共振会周期性产生。这类系统在接近强度特性的情况下运行。如果看一下风车的附件，很明显，风车用一对转轮块支撑着导轨，每个转轮块都有一个位于导轨(管型)上方的带有凹面跑道的滚轮，另一个采用相同设计的滚轮位于导轨下方。但是，每个滚轮安装在轴上，其端部焊接到转轮块壁上。在这些滚轮采用控制台连接的情况下，负载全部集中在轴与转轮块车架的焊接点上。在现有技术中，已知焊接点是应力集中点(由于加热导致金属结构发生变化)。这就是为什么这些点在交变载荷下无法很好工作，并且在这些点上会发生结构键破裂，导致轴断裂的原因。

发明内容

本发明旨在实现技术效果，其在于通过去除交变载荷并通过铰链连接将交变载荷传递到与下翼片连接的第二转轮块，从而提高可靠性。

所述技术效果通过以下事实来实现：即风力发电机包括附接到支撑表面的垂直对齐支柱，与在距离支撑表面一定高度处形成闭环导轨轨道的导轨连接，顺序互连的风车，每台风车通过滚轮与上导轨连接，以便沿其滚动前进，每台风车的车架与两片垂直对齐的翼片连接，其中上翼片安装在上导轨上方，下翼片安装在上导轨下方，上翼片与它的旋转机构连接，用于根据风流矢量改变翼片的位置，轴上带轮并与上导轨表面接合的发电机安装在车架上。下导轨安装在上导轨位置所处水平面之下，附加的顺序互连运行组件设置其上，每个互连运行组件与位于上导轨水平面之下的下翼片下端铰接，并且用于根据风流矢量改变上翼片位置的是平板或侧翼式气动型襟翼，该襟翼通过尾梁与位于上导轨上方的上翼片连接，并且配备有用于改变襟翼安装角度的驱动器。上导轨下方的下翼片与互连运行组件铰接，以便其绕垂直轴转动，下翼片在上导轨下方与翼片旋转轴刚性连接，其中所述翼片旋转轴位于与风车转轮块铰接的车架上。

上述特征属于基本特征，并且与形成足以实现必要技术效果的基本特征的稳定组合有关。

本发明通过特定实施例来进行解释，但是，该实施例并非唯一可能的技术效果，而是说明了实现必要技术效果的可能性。

附图说明

图1为风力发电机的透视图；

图2所示为风车的翼片；

图3-4所示为下导轨附接到支撑表面时的风力发电机。

首选实施例

根据本发明，风力发电机的新设计利用风流压力作为移动力，驱动与发电机运动耦接，发电机与用作母线的其中一条导轨接触。

一般而言，风力发电机包括附接到支撑表面的垂直对齐支柱，与在距离支撑表面一定高度处形成闭环导轨轨道的导轨连接。两条导轨安装在这些支柱上时一条在另一条的下面。上导轨上设置有顺序互连的风车，每台风车通过滚轮与该导轨连接，以便沿其移动。

每台风车的车架与两片垂直对齐的翼片连接，其中上翼片安装在上导轨上方，下翼片安装在上导轨下方，上翼片与其旋转机构连接，用于根据风流矢量改变翼片的位置。此外，发电机安装在车架上，其轴上的滚轮与被视为母线的上导轨表面接合。

第二条附加导轨安装在上导轨位置的水平面之下，其它顺序互连的运行组件设于该导轨上，每个互连运行组件与位于上导轨水平面之下的下翼片下端铰接。

上导轨下的下翼片与互连运行组件铰接，以便其绕垂直轴转动，下翼片在上导轨下方与翼片旋转轴刚性连接，其中所述翼片旋转轴位于与风车转轮块铰接的车架上。

用于根据风流矢量改变顶部翼片位置的旋转机构是平板或侧翼式气动型襟翼，该襟翼通过尾梁与位于上导轨上方的上翼片连接，并且配备有用于改变襟翼安装角度的驱动器。

如下所述为具体实施例的示例。

该风载荷设备用于将风能转化为电能，它与其他相同的水平和垂直设备的不同之处在于翼片可直线运动。该设备由附接在支撑面地基上的支柱结构部分、包含直线段、转弯和轨道转换段的导轨、以及安装有翼片的滚动风车、电动轮发电机和安装在其上的其他设备组成。

地基1可以是由浇注或预制钢筋混凝土制成的桩型，也可以是混凝土或金属桩桩型，因底部土壤而异，框架设于桩2上。顶梁柱可用于将结构部分连接到地基上。对地基的描述仅为一个示例。地基被设计用于附接如支柱3的支撑元件。这些垂直对齐的支柱3由安装在地基上的支撑件组成。每个支架在不同高度上承载上控制台4和下控制台5这两个控制台。这两个控制台在不同高度处附接到水平支承梁6上，上导轨8和下导轨9沿垂直方向安装在不同高度处，形成两条导轨轨道组成的闭环，通过紧固梁7(图1)附接到水平支承梁6上。此外，根据导轨轨道闭环结构的不同，还存在转向部分、轨道转换和转向机构。

为了保证运动的重复性，轨道应采用多面体形式，其角部包括部分径向弧线，以确保风车从一侧边缘移动到另一侧边缘。但是，边缘明显短于直线部分。或者，轨道应为闭合“环路”的组合，由以半圆周连接的平行轨道组成，其中圆周直径明显小于直线部分的长度。例如，当从一条直线转到另一条直线时，闭合回路在平面图中可能是矩形或三角形，并有转弯。或者，它可以由多个环路组成。从一个环路到另一个环路的传输通过轨道切换机制来执行。

导轨轨道在垂直方向上平行布置。每条导轨轨道包含一条由矩形金属管制成的导轨(以下简称“导轨”)。为了确保风车10沿着上导轨8平稳移动，轨道条采用对焊方式相互焊接。轨道梁的伸缩间隙超过支座之间的间隙。母线附接其中一条导轨轨道，滚动风车通过该母线接收或输送电能。

风车10沿着上导轨8移动，包括支承梁(车架)11、沿着上导轨移动的两轮轴承转轮块12、支持滚轮与导轨接触的电动轮发电机或发电机13、置于导轨顶部的轴承轮14、从多个侧面支撑导轨的第一导向轮15、用于电动轮发电机或发电机控制系统的电池组16和装置17以及可调襟翼18。风车10的支承梁(车架)11通过铰链19与转轮块连接，确保在重量引起倾覆力矩和来自框架上翼片20和下翼片21的交变载荷的影响下，转轮块因沿着导轨移动而产生的动态载荷可消除。

安装好后可绕垂直轴转动或旋转的轴23通过连接配件22与支承梁(车架)11铰接。该轴连接到位于上导轨8水平面上方的上翼片20和位于上导轨8水平面下方的下翼片21。上翼片20装有可调襟翼18，下翼片21没有襟翼。

装有可调襟翼18的上翼片为对称或非对称气动式翼片。它可以由复合材料或封闭式金属框架制成。可调襟翼18通过尾梁24附接到上翼片上。襟翼是可在步进电机或其他电机驱动下，通过铰链转动的气动或平板式襟翼。襟翼设计用于根据实际风向改变翼片的转角。襟翼的工作原理与水平尾翼的工作原理相同：当水平尾翼的转向角改变时，飞机的俯仰角也随之改变，使得升力翼上的承载力产生的力矩补偿水平尾翼上的气动力产生的力矩。这样就可以通过改变襟翼转角，根据接近风流量来改变风力发电机的主要操作元件(即翼片)的位置。

没有襟翼的下翼片21是由复合材料或封闭式金属框架制成的对称或非对称气动式翼片。下翼片21通过轴23与装有可调襟翼18的上翼片20刚性连接。

将翼片连接到支承梁的配件是一条铰链，允许翼片相对于车架自由转动。

轴承转轮块设计用于风车沿上导轨移动和通过导轨轨道曲线。轴承转轮块通过转动铰链附接到轴承车架上。滚轮在顶部、底部、右侧和左侧与轴承转轮块相连。每个转轮块的侧面和底部都装有第一导向轮。其中一个转轮块的顶部有轴承轮14接收质量负载，并在另一个转轮块上有电动轮发电机接收质量负载，保证风车可加速、制动，以及将机械能转换为电能。可以只装一台发电机，而不装电动轮发电机。

下翼片21通过其下端的铰链25与其他互连运行组件的第二转轮块26连接，用于补偿沿着下导轨移动时翼片上产生的力矩。该第二转轮块为补偿下翼片21上产生的倾覆力矩而设计。它是一种结构，第二导向轮27附接在其侧面。第二转轮块通过铰链与没有襟翼的翼轴相连。

下导轨9可通过基座28(图3-4)附接到支撑面上，基座28可以是采用轨枕、桩或条形地基，特殊加固开挖的支座。

电动轮发电机的控制系统和可调襟翼、电池、集电器/发送器是风车的电气部件。风车上还可安装附加设备，如机械制动器、自动联轴器和气象传感器等。

该设备的主要特征包括：

-使用空气动力学清洁车身，即侧翼形式的翼片，设计用于产生运载力，将空气(风)流能量转化为风车的平移运动能量。

-使用附加轨道来补偿垂直于运动方向翼片上的力。这样可以根据轨道方向，在大范围风向下使用该结构。

-导轨轨道可包含较长的直线段，这样可以：首先，拥有稳定运动部分，其中风(空气)流的特性不变，这将确保风流恒定时的恒定速度，减少结构中的振动和噪声；其次，由于运动在平面上进行，它将成为平面平行运动，从而大幅简化翼片的几何结构。

-同一台风车上应安装两片翼片：一片在主车上方，另一片在主车下方。这将确保减少导轨上的负载，原因在于这种布置减少了试图使结构围绕导轨转动的力矩。

-导轨轨道由两条垂直排列的导轨组成，例如，高架道路上的导轨附接到支架上时是一条在另一条上面。这样可以将翼片提升到表面边界层以上，并提高气流利用效率。通过导轨的垂直布置可增加“轨距”和减少载荷，因为如果产生上述力矩，滚轮和导轨之间的相互作用力将与导轨之间的距离成反比。

-通过该项设计，我们有可能改变翼片相对于风车的位置，以确保电机(发电机)的最佳特性。有可能控制翼片绕垂直轴的转动，以确保最佳的迎角。

Claims (1)

1.风力发电机，包括附接到支撑表面的垂直对齐支柱，与在距离支撑表面一定高度处形成闭环导轨轨道的导轨连接，顺序互连的风车，每台风车通过滚轮与上导轨外表面连接，以便沿其滚动前进，每台风车的车架与两片垂直对齐的翼片连接，其中上翼片安装在上导轨上方，下翼片安装在上导轨下方，其中上翼片与它的旋转机构连接，用于根据风流矢量改变翼片的位置，轴上带轮并与上导轨表面接合的发电机安装在车架上；

其特征在于

第二条附加导轨安装在上导轨位置所处水平面之下，其他附加的顺序互连运行装置设于所述第二条附加导轨上，每个互连运行装置与位于上导轨水平面之下的下翼片下端铰接；

用于根据风流矢量改变翼片位置的旋转机构为平板或侧翼式气动型襟翼，所述襟翼通过尾梁与位于上导轨上方的翼片连接，并且配备有用于改变襟翼安装角度的驱动器；以及

上导轨下方的下翼片与互连运行装置铰接，以便其绕垂直轴转动，下翼片在上导轨下方与翼片旋转轴刚性连接，其中所述翼片旋转轴位于与风车转轮块铰接的车架上，使所述翼片旋转轴穿过对应的附加的顺序互连运行装置。

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