CN112555100B - 一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机。主要解决现有风力发电机存在的未能有效提高风力发电机在山区风场上升或下降风向的风能利用率的技术问题。本发明采用的技术方案是:一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其包括发电组件、旋转叶轮组件、仰俯支撑组件、水平转动组件和塔筒,所述旋转叶轮组件的导流罩与发电组件的空心低速传动轴的前端连接,所述发电组件通过第四传动轴与仰俯支撑组件的第二大圆锥齿轮连接,所述仰俯支撑组件的底面通过第六传动轴与水平转动组件的第二大圆柱齿轮连接,所述水平转动组件设在塔筒内设置的支架上。

Description

一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机
技术领域
本发明涉及一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,它属于风力发电机技术领域。
背景技术
大型风力发电机由于其尺寸及自重因素,叶片与机头、发电仓与塔筒、塔筒与地面均使用螺栓等固定连接方式。而随着风力发电场的增多,不同地区风场的特性各异,风场风向并非固定不变,则风力发电机在变化风向的工况下不能时刻保持叶片前缘迎风旋转,进而影响风力发电机持续高效的利用风能发电。现有解决方案多为在二维平面改变风轮分迎风方向,或者仅调节叶片的攻角,而未能有效提高风力发电机在山区风场上升或下降风向的风能利用率。
由于叶片前缘迎风向时,即前缘风轮面与风向垂直,风能利用率高,根据叶片工作的原理,即伯努利原理,由于叶片本身具有攻角,叶片旋转的过程中,在叶片上方形成局部真空,前掠翼区域与后掠翼区域形成压力差,带动风力发电机旋转进而发电。若前缘风轮面与风向不垂直,风能利用率的降低不但会影响发电效率,而且会造成叶片的偏载,进而造成发电机仓内的各传动部件及发电机的偏载运行,影响风力发电机的正常运转及使用寿命。
发明内容
本发明的目的是解决现有风力发电机存在的未能有效提高风力发电机在山区风场上升或下降风向的风能利用率的技术问题,提供一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其包括发电组件、旋转叶轮组件、仰俯支撑组件、水平转动组件和塔筒,所述旋转叶轮组件的导流罩与发电组件的空心低速传动轴的前端连接,所述发电组件通过第四传动轴与仰俯支撑组件的第二大圆锥齿轮连接,所述仰俯支撑组件的底面通过第六传动轴与水平转动组件的第二大圆柱齿轮连接,所述水平转动组件设在塔筒内设置的支架上。
进一步地,所述发电组件由发电机仓、发电机、发电机传动轴、发电机平台、第一小圆柱齿轮、第一大圆柱齿轮和空心低速传动轴组成,所述发电机设在发电机平台上,所述发电机平台设在发电机仓内的底面上,所述发电机传动轴的一端与发电机连接,所述发电机传动轴的另一端设有第一小圆柱齿轮,所述第一大圆柱齿轮设在空心低速传动轴的后端并与第一小圆柱齿轮相啮合,所述空心低速传动轴的前端伸出发电机仓与旋转叶轮组件的导流罩连接。
进一步地,所述旋转叶轮组件由若干组叶片、若干个第一传动轴、若干个第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、导流罩、第二传动轴、第一大圆锥齿轮、第一小圆锥齿轮、第一电机、电机架和第三传动轴组成,所述若干组叶片均匀装在导流罩上,每组叶片的底部与第一传动轴的一端连接,所述第一传动轴的另一端设有第一圆锥齿轮,所述第二圆锥齿轮设在第二传动轴的前端并与第一圆锥齿轮相啮合,所述第二传动轴装在空心低速传动轴及第一大圆柱齿轮设置的轴孔中,所述第一大圆锥齿轮设在第二传动轴的后端,所述电机架设在发电机仓内的一边,所述第一电机装在电机架上并与第三传动轴的一端连接,所述第一小圆锥齿轮装在第三传动轴的另一端并与第一大圆锥齿轮相啮合。
进一步地,所述仰俯支撑组件由U形发电机仓支柱、两个第四传动轴和两组仰俯转动机构组成,所述两个第四传动轴的一端分别与发电机仓的两侧连接,所述两个第四传动轴的另一端分别与两组仰俯转动机构中的第二大圆锥齿轮连接,所述两组仰俯转动机构分别装在U形发电机仓支柱两侧设置的空腔中。
进一步地,所述仰俯转动机构由第二大圆锥齿轮、第二小圆锥齿轮、第五传动轴、第二电机和电机平台组成,所述电机平台设在U形发电机仓支柱侧面空腔的底面上,所述第二电机装在电机平台上,所述第五传动轴的一端与第二电机连接,所述第二小圆锥齿轮设在第五传动轴的另一端,所述第二大圆锥齿轮与第四传动轴的另一端连接并与第二小圆锥齿轮相啮合。
进一步地,所述水平转动组件由第六传动轴、第二小圆柱齿轮、第七传动轴、第三电机和第二大圆柱齿轮组成,所述第六传动轴的一端与U形发电机仓支柱底面连接,所述第六传动轴的另一端设有第二大圆柱齿轮,所述第三电机装在支架上,所述第七传动轴的一端与第三电机连接,所述第二小圆柱齿轮装在第七传动轴的另一端并与第二大圆柱齿轮相啮合。
本发明的有益效果是:
本发明结构的风力发电机,当风向为水平气流时,塔筒内的第三电机调整发电机仓水平旋转,使得前缘风轮面与风向垂直,以达到高效的风能利用;当风向为下降气流时,塔筒内的第三电机和发电机仓支柱内的第二电机同时调整发电机仓水平和仰俯旋转,使得前缘风轮面与风向垂直,以达到高效的风能利用;当风向为上升气流时,在塔筒内的第三电机和发电机仓支柱内的第二电机同时调整发电机仓水平和仰俯旋转时,并同时启动第一电机控制叶片旋转,完成叶片180度旋转,使得前缘风轮面与风向垂直,达到高效的风能利用。解决现有风力发电机存在的未能有效提高风力发电机在山区风场上升或下降风向的风能利用率的技术问题。与背景技术相比,本发明突破了风力发电机低速传动轴水平与竖直方向间的界限,以及二维平面内的小范围调整的限制,通过电机的联动实现了低速传动轴在三维半球空间范围的任意角度调整,配合叶片的自转功能,满足风力发电机在任意风向情况下进行高效捕捉风能发电,使得风力发电机在不同风场安装不受当地风向的制约。
附图说明
图1是本发明发电组件和旋转叶轮组件的结构示意图;
图2是本发明的结构示意图;
图中:101-发电机仓,102-发电机,103-发电机传动轴,104-发电机平台,105-第一小圆柱齿轮,106-第一大圆柱齿轮,107-空心低速传动轴,201-叶片,202-第一传动轴,203-第一圆锥齿轮,204-第二圆锥齿轮,205-导流罩,206-第二传动轴,207-第一大圆锥齿轮,208-第一小圆锥齿轮,209-第一电机,210-电机架,211-第三传动轴,301-发电机仓支柱,302-第二大圆锥齿轮,303-第四传动轴,304-第二小圆锥齿轮,305-第五传动轴,306-第二电机,307-电机平台,401-第六传动轴,402-第二小圆柱齿轮,403-第七传动轴,404-第三电机,405-第二大圆柱齿轮,5-塔筒,501-支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1~图2所示,本实施例中的一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其包括发电组件、旋转叶轮组件、仰俯支撑组件、水平转动组件和塔筒5,所述旋转叶轮组件的导流罩205与发电组件的空心低速传动轴107的前端连接,所述发电组件通过第四传动轴303与仰俯支撑组件的第二大圆锥齿轮301连接,所述仰俯支撑组件的底面通过第六传动轴401与水平转动组件的第二大圆柱齿轮405连接,所述水平转动组件设在塔筒5内设置的支架501上。
进一步地,所述发电组件由发电机仓101、发电机102、发电机传动轴103、发电机平台104、第一小圆柱齿轮105、第一大圆柱齿轮106和空心低速传动轴107组成,所述发电机102设在发电机平台104上,所述发电机平台104设在发电机仓101内的底面上,所述发电机传动轴103的一端与发电机102连接,所述发电机传动轴103的另一端设有第一小圆柱齿轮105,所述第一大圆柱齿轮106设在空心低速传动轴107的后端并与第一小圆柱齿轮105相啮合,所述空心低速传动轴107的前端伸出发电机仓101与旋转叶轮组件2的导流罩205连接。
进一步地,所述旋转叶轮组件由若干组叶片201、若干个第一传动轴202、若干个第一圆锥齿轮203、第二圆锥齿轮204、导流罩205、第二传动轴206、第一大圆锥齿轮207、第一小圆锥齿轮208、第一电机209、电机架210和第三传动轴211组成,所述若干组叶片201均匀装在导流罩205上,每组叶片201的底部与第一传动轴202的一端连接,所述第一传动轴202的另一端设有第一圆锥齿轮203,所述第二圆锥齿轮204设在第二传动轴206的前端并与第一圆锥齿轮203相啮合,所述第二传动轴206装在空心低速传动轴107及第一大圆柱齿轮106设置的轴孔中,所述第一大圆锥齿轮207设在第二传动轴206的后端,所述电机架210设在发电机仓101内的一边,所述第一电机209装在电机架210并与第三传动轴211的一端连接,所述第一小圆锥齿轮208装在第三传动轴211的另一端并与第一大圆锥齿轮207相啮合。
进一步地,所述仰俯支撑组件由U形发电机仓支柱301、两个第四传动轴303和两组仰俯转动机构组成,所述两个第四传动轴303的一端分别与发电机仓101的两侧连接,所述两个第四传动轴303的另一端分别与两组仰俯转动机构中的第二大圆锥齿轮302连接,所述两组仰俯转动机构分别装在U形发电机仓支柱301两侧设置的空腔中。
进一步地,所述仰俯转动机构由第二大圆锥齿轮302、第二小圆锥齿轮304、第五传动轴305、第二电机306和电机平台307组成,所述电机平台307设在U形发电机仓支柱301侧面空腔的底面上,所述第二电机306装在电机平台307上,所述第五传动轴305的一端与第二电机306连接,所述第二小圆锥齿轮304设在第五传动轴305的另一端,所述第二大圆锥齿轮302与第四传动轴303的另一端连接并与第二小圆锥齿轮304相啮合。
进一步地,所述水平转动组件由第六传动轴401、第二小圆柱齿轮402、第七传动轴403、第三电机404和第二大圆柱齿轮405组成,所述第六传动轴401的一端与U形发电机仓支柱301底面连接,所述第六传动轴401的另一端设有第二大圆柱齿轮405,所述第三电机404装在支架501上,所述第七传动轴403的一端与第三电机404连接,所述第二小圆柱齿轮402装在第七传动轴403的另一端并与第二大圆柱齿轮405相啮合。
发电机102与电网连接;发电机仓101外部设有风向传感器;发电机仓101、导流罩205与发电机仓支柱301均设有若干散热孔;第一电机209、第二电机306与第三电机404为独立电源,均与风向传感器连接,可通过风向传感器测量风向数据,通过三个电机联动,控制本发明风力发电机的前缘风轮面转向风力最大的方向。
本发明的工作原理是:
①当风向为水平气流时,通过风向传感器测量风向数据,确定风向后,启动塔筒内的第三电机404调整发电机仓支柱301水平旋转并带动发电机仓支柱301上的发电机仓101也水平旋转,使得前缘风轮面与风向垂直,以高效利用风能;
②当风向为下降气流时,通过风向传感器测量风向数据,确定风向后,启动塔筒内的第三电机404和发电机仓支柱内的两个第二电机306,联动调整发电机仓101和发电机仓支柱301既水平旋转又仰俯旋转,使得前缘风轮面与风向垂直,以高效利用风能;
③当风向为上升气流时,通过风向传感器测量风向数据,确定风向后,启动塔筒内的第三电机404和发电机仓支柱内的两个第二电机306,联动调整发电机仓101和发电机仓支柱301既水平旋转又仰俯旋转,使得叶片旋转形成的风轮面与风向垂直,并启动第一电机209叶片控制叶片,完成叶片180度旋转,最终使得前缘风轮面与风向垂直,以高效利用风能。

Claims (4)

1.一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其特征在于:包括发电组件(1)、旋转叶轮组件(2)、仰俯支撑组件(3)、水平转动组件(4)和塔筒(5),所述旋转叶轮组件(2)的导流罩(205)与发电组件(1)的空心低速传动轴(107)的前端连接,所述发电组件(1)通过第四传动轴(303)与仰俯支撑组件(3)的第二大圆锥齿轮(301)连接,所述仰俯支撑组件(3)的底面通过第六传动轴(401)与水平转动组件(4)的第二大圆柱齿轮(405)连接,所述水平转动组件(4)设在塔筒(5)内设置的支架(501)上;所述仰俯支撑组件(3)由U形发电机仓支柱(301)、两个第四传动轴(303)和两组仰俯转动机构组成,所述两个第四传动轴(303)的一端分别与发电机仓(101)的两侧连接,所述两个第四传动轴(303)的另一端分别与两组仰俯转动机构中的第二大圆锥齿轮(302)连接,所述两组仰俯转动机构分别装在U形发电机仓支柱(301)两侧设置的空腔中;所述仰俯转动机构由第二大圆锥齿轮(302)、第二小圆锥齿轮(304)、第五传动轴(305)、第二电机(306)和电机平台(307)组成,所述电机平台(307)设在U形发电机仓支柱(301)侧面空腔的底面上,所述第二电机(306)装在电机平台(307)上,所述第五传动轴(305)的一端与第二电机(306)连接,所述第二小圆锥齿轮(304)设在第五传动轴(305)的另一端,所述第二大圆锥齿轮(302)与第四传动轴(303)的另一端连接并与第二小圆锥齿轮(304)相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其特征在于:所述发电组件(1)由发电机仓(101)、发电机(102)、发电机传动轴(103)、发电机平台(104)、第一小圆柱齿轮(105)、第一大圆柱齿轮(106)和空心低速传动轴(107)组成,所述发电机(102)设在发电机平台(104)上,所述发电机平台(104)设在发电机仓(101)内的底面上,所述发电机传动轴(103)的一端与发电机(102)连接,所述发电机传动轴(103)的另一端设有第一小圆柱齿轮(105),所述第一大圆柱齿轮(106)设在空心低速传动轴(107)的后端并与第一小圆柱齿轮(105)相啮合,所述空心低速传动轴(107)的前端伸出发电机仓(101)与旋转叶轮组件(2)的导流罩(205)连接。
3.根据权利要求1所述的一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其特征在于:所述旋转叶轮组件(2)由若干组叶片(201)、若干个第一传动轴(202)、若干个第一圆锥齿轮(203)、第二圆锥齿轮(204)、导流罩(205)、第二传动轴(206)、第一大圆锥齿轮(207)、第一小圆锥齿轮(208)、第一电机(209)、电机架(210)和第三传动轴(211)组成,所述若干组叶片(201)均匀装在导流罩(205)上,每组叶片(201)的底部与第一传动轴(202)的一端连接,所述第一传动轴(202)的另一端设有第一圆锥齿轮(203),所述第二圆锥齿轮(204)设在第二传动轴(206)的前端并与第一圆锥齿轮(203)相啮合,所述第二传动轴(206)装在空心低速传动轴(107)及第一大圆柱齿轮(106)设置的轴孔中,所述第一大圆锥齿轮(207)设在第二传动轴(206)的后端,所述电机架(210)设在发电机仓(101)内的一边,所述第一电机(209)装在电机架(210)上并与第三传动轴(211)的一端连接,所述第一小圆锥齿轮(208)装在第三传动轴(211)的另一端并与第一大圆锥齿轮(207)相啮合。
4.根据权利要求1所述的一种随风向全范围自适应调节的大型风力发电机,其特征在于:所述水平转动组件(4)由第六传动轴(401)、第二小圆柱齿轮(402)、第七传动轴(403)、第三电机(404)和第二大圆柱齿轮(405)组成,所述第六传动轴(401)的一端与U形发电机仓支柱(301)底面连接,所述第六传动轴(401)的另一端设有第二大圆柱齿轮(405),所述第三电机(404)装在支架(501)上,所述第七传动轴(403)的一端与第三电机(404)连接,所述第二小圆柱齿轮(402)装在第七传动轴(403)的另一端并与第二大圆柱齿轮(405)相啮合。
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Legal Events

Date Code Title Description
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210326

Assignee: Shanxi Seagate Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: TAIYUAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022140000011

Denomination of invention: A large-scale wind turbine with full-range self-adaptive adjustment with wind direction

Granted publication date: 20220311

License type: Common License

Record date: 20220909