CN113187666A - 一种风力发电设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风机设备技术领域，具体涉及一种风力发电设备和系统，包括转轴，还包括固定框架和三个以上的导风组件，三个以上的导风组件以转轴为中心，顺时针均匀安装在固定框架上，导风组件包括导风板和三角板，导风板为方形，三角板的一边与导风板的短边相连，导风板的两条短边上均设有三角板，且三角板所在的平面与导风板所在的平面垂直设置，导风板的长边与转轴平行设置，针对现有风力发电机的风能转换效率不高的技术问题，本发明突破了风机无法扩大进风面积的技术瓶颈。

Description

一种风力发电设备和系统

技术领域

本发明涉及风机设备技术领域，具体涉及一种风力发电设备和系统。

背景技术

风机的理想技术在于长期安全稳定运行、风叶正方向风能高效利用以及环境和谐共存三个方面技术难题的解决，特别是雷击危害，雷击容易造成电气系统发电机的直接损坏，发电机为风机的高价值组件，一旦损坏，对大风机，维护成本高，对小风机，二次维护更换的利用价值就很低。

由于在空旷场合的风力为不稳定状态，整个风机结构都为单端不对称固定，稳定性差，一些在风机上简单设置板状导风板的改进，如果导风板面积过小、间隙过大，其所起的效果很小，如果面积过大，会增加风机的晃动和抗风问题，同时现有的风力发电机，特别是小风电系统在风能的电能收集转换时，不能有效地进行风能转换，风能的利用效率低。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种风力发电设备和系统，针对现有风力发电机的风能转换效率不高的技术问题，本发明突破了风机无法扩大进风面积的技术瓶颈。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种风力发电设备，包括转轴，还包括固定框架和三个以上的导风组件，三个以上的导风组件以转轴为中心，顺时针均匀安装在固定框架上，所述导风组件包括导风板和三角板，所述导风板为方形，所述三角板的一边与导风板的短边相连，所述导风板的两条短边上均设有三角板，且所述三角板所在的平面与导风板所在的平面垂直设置，所述导风板的长边与转轴平行设置。

可选的，所述三角板的一条边安装在固定框架上，且所述三角板与导风板相连的一条边和安装在固定框架上的一条边为相邻边，且两条边形成的顶角为夹角α。

可选的，还包括安装在固定框架内的转动组件，所述转动组件包括若干内骨架和若干风叶面板，所述转轴上安装有连座轴承，所述内骨架以转轴为中心，均匀安装在转轴的侧壁上，所述内骨架的数量与风叶面板的数量相同，所述风叶面板安装在内骨架上，且与内骨架位于同一平面。

可选的，还包括支撑架、发电机和绝缘板，所述发电机与连座轴承相连，所述绝缘板安装在支撑架内，且所述发电机通过绝缘板固定安装在支撑架内，所述支撑架安装在一组固定框架的一端面。

可选的，所述发电机的输出端安装有直流变换输出组件，所述直流变换输出组件上安装有压敏电阻。

可选的，所述夹角α的大小与导风组件的数量有关。

一种风力发电系统，包括风力发电设备，还包括立柱和两个以上的支撑件，且所述支撑件安装在立柱上，每两组支撑件之间设置有至少两组风力发电设备。

可选的，所述支撑件由上至下安装在立柱上，每两组支撑件之间设置有四组风力发电设备，且所述风力发电设备以立柱为中心关于立柱中心对称。

可选的，所述支撑件由上至下安装在立柱上，每两组支撑件之间设置有两组风力发电设备，且所述风力发电设备以立柱为中心关于立柱中心对称。

可选的，所述立柱的上方设置有感应避雷针。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

通过在转动组件外设置导风组件对外部风进行风向引导，使得外部风进入固定框架内部，同时相邻的导风组件形成喇叭形的进风口，扩大了外部风的进风量，从而提高风能收集的效率，利用风叶面板、固定框架和导风组件，提高了整体的稳定性，同时可组合成风力发电系统使用，通过感应避雷针、内部的绝缘板以及压敏电阻的等电位保护组成三重保护，增加了风力发电系统在雷雨天气下的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的一种风力发电设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的一种风力发电设备的导风组件主视图；

图3为本发明实施例提出的一种风力发电设备的俯视图；

图4为本发明实施例提出的一种风力发电设备的设置三组导风组件时的导风组件与外部风向的位置结构示意图；

图5为本发明实施例提出的一种风力发电设备的设置四组导风组件时的导风组件与外部风向的位置结构示意图之一；

图6为本发明实施例提出的一种风力发电设备的设置四组导风组件时的导风组件与外部风向的位置结构示意图之二；

图7为本发明实施例提出的一种风力发电设备和系统的支撑件与风力发电设备的组合结构之一；

图8为本发明实施例提出的一种风力发电设备和系统的支撑件与风力发电设备的组合结构之二；

图9为本发明实施例提出的一种风力发电设备和系统的支撑件与风力发电设备的组合结构之三；

图10为本发明实施例提出的一种风力发电设备和系统的支撑件与风力发电设备的组合结构之四。

附图标记：1、固定框架；2、导风组件；3、三角板；4、导风板；5、风向基准面；6、立柱；7、支撑件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1至图3所示，一种风力发电设备，包括转轴，还包括固定框架1和三个以上的导风组件2，三个以上的导风组件2以转轴为中心，顺时针均匀安装在固定框架1上，导风组件2包括导风板4和三角板3，导风板4为方形，三角板3的一边与导风板4的短边相连，导风板4的两条短边上均设有三角板3，且三角板3所在的平面与导风板4所在的平面垂直设置，导风板4的长边与转轴平行设置。

当外部风吹来时，通过导风板4对外部风进行引流，使得外部风在导风板4的作用下进入固定框架1，并在固定框架1内进行风电转换，同时，相邻的两组导风组件2在固定框架1上形成喇叭形的进风口，通过该进风口，将外部风引入固定框架1内，且相邻两组导风组件2形成的喇叭形的进风口越大，对风能的收集效益越强，同时进入固定框架1内的外部风越稳定。

如图4至图6所示，三角板3的一条边安装在固定框架1上，且三角板3与导风板4相连的一条边和安装在固定框架1上的一条边为相邻边，且两条边形成的顶角为夹角α，夹角α的大小与导风组件2的数量有关，夹角α的大小还与发电机功率以及风向有关，发电机功率越大，夹角α越大，反之越小，本实施例列举导风组件2数量分别为三组和四组情况下，夹角α的变化情况，五组以上导风组件2情况下，可依照三组导风组件2和四组导风组件2的方式得出夹角α的变化情况。

如图4至图6所示，三角板3安装在固定框架1上时，三角板3的两个顶点落在固定框架1的圆周上，且各个顶点将固定框架1的圆周均等分，具体地，当导风组件2设置有三组时，三组导风组件2落在固定框架1圆周上的所有顶点将固定框架1的圆周等分成六等分；当导风组件2设置有四组时，四组导风组件2落在固定框架1圆周上的所有顶点将固定框架1的圆周等分成八等分，当导风组件2设置有五组以上时，依此方法类推。

如图4所示，将位于相邻三角板3上的两个相邻顶点进行连线，得到位于导风板4上、下两端的两组基准线，且两组基准线为平行线，设定两组基准线形成的面为风向基准面5，当固定框架1上设置有三个导风组件2，且外部风的风向与风向基准面5垂直时，左侧的导风板4的位置范围在中心线的直角范围内，即左侧三角板3的夹角α的角度范围为60°<α<150°，若超出该角度范围，则导风板4对外部风则无法起到将外部风导入固定框架1内的效果；同理右侧三角板3的夹角α的角度范围为30°<α<120°；由此可得出，夹角α的角度范围为60<α<120°；

如图5所示，当固定框架1上设置有四个导风组件2，且外部风的风向与风向基准面5垂直时，左下侧的导风板4的位置范围在中心线的直角范围内，即左下侧三角板3的夹角α的角度范围为45°<α<135°，若超出该角度范围，则导风板4对外部风则无法起到将外部风导入固定框架1内的效果；同理右下侧三角板3的夹角α的角度范围为45°<α<135°；由此可得出，夹角α的角度范围为45°<α<135°；

如图6所示，当固定框架1上设置有四个导风组件2，且外部风的风向与风向基准面5成，83.59°时，左下侧的导风板4的位置范围在中心线的直角范围内，即左下侧三角板3的夹角α的角度范围为38.59°<α<128.59°，若超出该角度范围，则导风板4对外部风则无法起到将外部风导入固定框架1内的效果；同理右下侧三角板3的夹角α的角度范围为38.59°<α<128.59°；由此可得出，夹角α的角度范围为38.59°<α<128.59°。

如图1所示，一种风力发电设备还包括安装在固定框架1内的转动组件，转动组件包括若干内骨架和若干风叶面板，转轴上安装有连座轴承，内骨架以转轴为中心，均匀安装在转轴的侧壁上，内骨架的数量与风叶面板的数量相同，风叶面板安装在内骨架上，且与内骨架位于同一平面，还包括支撑架、发电机和绝缘板，发电机与连座轴承相连，绝缘板安装在支撑架内，且发电机通过绝缘板固定安装在支撑架内，支撑架安装在一组固定框架1的一端面，发电机的输出端安装有直流变换输出组件，直流变换输出组件上安装有压敏电阻。

当外部风通过导风板4导入固定框架1时，外部风会推动风叶面板在转轴上转动，从而通过风叶面板的转动，将风能转化为机械能，机械能再通过发电机转化为电能，完成风能的转化，同时发电机输出的电能在直流变换输出组件的作用下，将直流电转化为交流电。

风叶面板和转轴之间设置有间隙，间隙的大小为风叶面板的十分之一。通过导风板的风会进入固定框架1内部，并推动风叶面板转动，从而达到将风能转化的目的，同时在风叶面板和转轴之间设置间隙，进一步通过间隙减少风叶面板内侧无功风力的阻力，提高风叶面板的稳定性，防止出现震动，影响风能的转换。

另一方面，风叶面板由两块以上的方形面板通过长边拼接而成，且相邻两块方形面板之间成一夹角，每一风叶面板按照夹角方向相同的位置绕主轴固定于子框架上。

当风力较大时，通过两块以上的方形面板拼接，并形成夹角，且可拼接为V字形或之字形，使得在大风力下，无需增加风叶面板厚度的情况下，通过夹角的设置削弱风力强度，增强风叶面板的抗形变强度，解决风叶面板重量和强度的矛盾，且不易发生抖动。

同时，直流变换输出组件的接零线一端连接有压敏电阻，且压敏电阻参数为30-50V/mA，保证设备安全和人身安全。

如图7至图10所示，一种风力发电系统，包括风力发电设备，还包括立柱6和两个以上的支撑件7，且支撑件7安装在立柱6上，每两组支撑件7之间设置有至少两组风力发电设备。

如图7所示，作为一种实施列，支撑件7由上至下安装在立柱6上，每两组支撑件7之间设置有四组风力发电设备，且风力发电设备以立柱6为中心关于立柱6中心对称。

当实际应用场合的风力较小时，立柱6上可设置两组支撑件7，并在两组支撑件7上安装四组风力发电设备；

如图9所示，当实际应用场合的风力适中时，立柱6上可设置两组以上的多对支撑件7，从而通过增加单根立柱6上的风力发电设备的数量，提高在风力适中环境下的风能转化效率，同时，支撑7件与风力发电设备的安装方式有两种，一种为以两组支撑件7为单位，在两组支撑件7之间安装风力发电设备，另一种为在相邻的两组支撑件7之间安装风力发电设备；

如图10所示，当实际应用场合较空旷且风力偏大时，可安装多组立柱6，且多组立柱6之间的距离根据实际的风力以及风能转化效率而定，每组立柱6上可设置两组以上的多对支撑件7，从而提高在空旷场地，风力偏大环境下的风能转化效率。

如图8所示，作为另一种实施例，支撑件7由上至下安装在立柱6上，每两组支撑件7之间设置有两组风力发电设备，且风力发电设备以立柱6为中心关于立柱6中心对称。

当实际应用场合的风力较小时，立柱6上可设置两组支撑件7，并在两组支撑件7上安装两组风力发电设备；当实际应用场合的风力适中时，立柱6上可设置两组以上的多对支撑件7，从而通过增加单根立柱6上的风力发电设备的数量，提高在风力适中环境下的风能转化效率；当实际应用场合较空旷且风力偏大时，可安装多组立柱6，且多组立柱6之间的距离根据实际的风力以及风能转化效率而定，每组立柱6上可设置两组以上的多对支撑件7，从而提高在空旷场地，风力偏大环境下的风能转化效率。

与上一种实施例相比，本实施例所采用的技术方案从成本降低的角度设置支撑件7的结构以及风力发电设备的数量，从而达到相同的风能转化目的。

立柱6的上方设置有感应避雷针，感应避雷针包括处于顶部的大体积的金属接闪体和处于金属接闪体下部的雷电能量消耗体组件，感应避雷针底部金属构件与立柱结构的顶端连接，感应避雷针详细结构见公开号为CN102354910A的发明专利。

传统雷击的保护措施把高压有害雷电流的能量用最大人为成本“泄放”到立柱6后端，即进行接地的方式，以求在后端消耗雷电的能量，这种方法必然结果是会在风力发电系统产生超高压地电势，超高压的地电势分布在雷电流整个途径的前端，途径前端的超高压地电势的幅度和后端的接地系统电阻数值的大小无关。

而感应避雷针，利用圆锥形金属接闪体主动感应上方的雷云电场，主动消耗雷电的有害能量，在其后的立柱结构上就是一个安全的低电压区域，根据环境条件合理选择感应避雷针雷电能量消耗体的消耗功率等级，从而消除风力发电系统的直接雷击发生可能，保证雷雨期间风力发电系统安全运营要求。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风力发电设备，包括转轴，其特征在于，还包括固定框架和三个以上的导风组件，三个以上的导风组件以转轴为中心，顺时针均匀安装在固定框架上，所述导风组件包括导风板和三角板，所述导风板为方形，所述三角板的一边与导风板的短边相连，所述导风板的两条短边上均设有三角板，且所述三角板所在的平面与导风板所在的平面垂直设置，所述导风板的长边与转轴平行设置。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电设备，所述三角板的一条边安装在固定框架上，且所述三角板与导风板相连的一条边和安装在固定框架上的一条边为相邻边，且两条边形成的顶角为夹角α。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电设备，还包括安装在固定框架内的转动组件，所述转动组件包括若干内骨架和若干风叶面板，所述转轴上安装有连座轴承，所述内骨架以转轴为中心，均匀安装在转轴的侧壁上，所述内骨架的数量与风叶面板的数量相同，所述风叶面板安装在内骨架上，且与内骨架位于同一平面。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电设备，还包括支撑架、发电机和绝缘板，所述发电机与连座轴承相连，所述绝缘板安装在支撑架内，且所述发电机通过绝缘板固定安装在支撑架内，所述支撑架安装在一组固定框架的一端面。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电设备，所述发电机的输出端安装有直流变换输出组件，所述直流变换输出组件上安装有压敏电阻。

6.根据权利要求2所述的一种风力发电设备，所述夹角α的大小与导风组件的数量有关。

7.一种风力发电系统，包括权利要求1-6所述的任意一种风力发电设备，还包括立柱和两个以上的支撑件，且所述支撑件安装在立柱上，每两组支撑件之间设置有至少两组风力发电设备。

8.根据权利要求7所述的一种风力发电系统，所述支撑件由上至下安装在立柱上，每两组支撑件之间设置有四组风力发电设备，且所述风力发电设备以立柱为中心关于立柱中心对称。

9.根据权利要求7所述的一种风力发电系统，所述支撑件由上至下安装在立柱上，每两组支撑件之间设置有两组风力发电设备，且所述风力发电设备以立柱为中心关于立柱中心对称。

10.根据权利要求7所述的一种风力发电系统，所述立柱的上方设置有感应避雷针。

Images