CN116163880A - 一种风力发电机 - Google Patents
一种风力发电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116163880A CN116163880A CN202211593270.9A CN202211593270A CN116163880A CN 116163880 A CN116163880 A CN 116163880A CN 202211593270 A CN202211593270 A CN 202211593270A CN 116163880 A CN116163880 A CN 116163880A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shaft
- wind
- belt wheel
- impeller
- central
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims abstract 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims abstract 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor the axis being vertical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D15/00—Transmission of mechanical power
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having a plurality of rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及的一种风力发电机,它包括固定机架、中心主轴、多个风机、动力传输装置和发电装置,所述固定机架为由钢结构制成的圆筒状机架,固定机架上设置多层风机组件,风机组件设置在固定机架的外壁,每层风机组件包括圆周分布的多个风机,每个风机通过动力传输装置与中心主轴连接,中心主轴连接发电装置。所述固定机架的中心设有一根中心轴,所述中心轴由多段中心主轴组成,相邻两段中心主轴之间设置万向联轴器连接,所述中心主轴上套设有主轴轴承。本发明的多个风机产生的力通过动力传输装置传输到多根中心轴上后再分配给多个发电机,本发明结构简单,安装维护方便,抗风能力强,占地面积小,风能利用高,可组合成大功率发电装置。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域,尤其涉及一种风力发电机。
背景技术
现代风力发电机根据风机轮毂旋转轴与地面的相对位置关系,通常可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。相对于水平轴风力机而言,垂直轴风力机具有以下优点:启动风速低、风能利用率高,可接收任何方向的来风,不需要对风装置;塔架低,且发电设备、传动装置在机组下方,安装、维修方便,造价成本较低;在同等功率的机组下占用的空间小,提高风场利用率,可节约土地资源;叶尖速比低,避免了叶尖划空的噪声。
垂直轴风力机主要分升力型和阻力型;升力型是利用空气流过叶片产生的升力来作为驱动力的,主要的是以学者达里厄发明命名的达里厄风机,有H型、φ型;阻力型是靠风叶的叶片面积阻挡流动的空气阻力来作为驱动力的,它的转速不高,但是输出的扭矩却很大,可低速启动,主要有学者萨渥纽斯发明的萨渥纽斯风力机、涡轮型风力机和古老的屏障平板式风机。但垂直轴风力机由于其结构原因只能应用于小型发电,大中型的机型(1MW以上)很难实用化,因为需要解决能支撑运行直径和高度达到十米以上的垂直风轮的主轴和轴承的问题,所以行业内在这一方面一直没有进一步的发展,亟需一种适用于大中小型通用发电的风力发电机。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种风力发电机,结构简单,安装维修方便,风能利用率高,占用空间小,能将机型大功率化。
本发明的目的是这样实现的:
一种风力发电机,它包括固定机架、中心主轴、多个风机、动力传输装置和发电装置,所述固定机架为由钢结构制成的圆筒状机架,固定机架上设置多层风机组件,风机组件设置在固定机架的外壁,每层风机组件包括圆周均匀分布的多个风机,每个风机通过动力传输装置与中心主轴连接,中心主轴连接发电装置。
进一步地,所述固定机架的中心设有一根中心轴,所述中心轴由多段中心主轴组成,相邻两段中心主轴之间设置万向联轴器连接,所述中心主轴上套设有主轴轴承,所述主轴轴承设置在万向联轴器上方。
进一步地,所述风机包括叶轮,所述叶轮套设在叶轮轴上,所述叶轮轴的顶端设有电磁刹车。
进一步地,所述叶轮轴上套设有叶轮轴带轮,所述叶轮轴带轮设置在电磁刹车的下方。
进一步地,所述动力传输装置包括依次设置在叶轮轴和中心主轴之间的过桥轴、换向轴和齿轮轴,所述过桥轴的中部套设有过桥轴小带轮,所述过桥轴的上端设有上单向轴承,所述上单向轴承外套接有上过桥轴大带轮,所述过桥轴的下端设有下单向轴承,所述下单向轴承外套接有下过桥轴大带轮;所述换向轴上套设有换向轴小带轮和第一换向齿轮,所述齿轮轴上由上至下依次套设有齿轮轴小带轮、齿轮轴大带轮和第二换向齿轮。
进一步地,所述中心主轴上还套设有中心轴小带轮;所述齿轮轴大带轮与中心轴小带轮啮合,实现齿轮轴带动中心主轴的传动。
进一步地,所述风机包括叶轮,所述叶轮套设在叶轮轴上,所述叶轮轴上套设有叶轮轴带轮,所述过桥轴小带轮与叶轮轴的叶轮轴带轮啮合,实现叶轮轴带动过桥轴传动。
进一步地,所述上过桥轴大带轮与齿轮轴小带轮啮合,实现顺时针风向时过桥轴带动齿轮轴传动。
进一步地,所述下过桥轴大带轮换向轴小带轮啮合,第一换向齿轮与第二换向齿轮啮合,实现逆时针风向时过桥轴通过换向轴换向传动给齿轮轴。
进一步地,所述发电装置包括多个发电机,所述发电机采用离合器与中心主轴连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明采用了圆筒形钢结构的固定机架,刚性足、强度强、空间大,在固定机架内可安装多层风力发电单元,利用每个风机产生的动力的集约来达到大功率发电装置的目的。
(2)本发明为了减轻中心轴的重量及降低轴的加工、安装精度,本发明采用将中心轴分为多段,每段上安装有中心主轴轴承和万向联轴器,万向联轴器将多段中心主轴相连,解决了大中型的机型的垂直风轮的主轴和轴承的问题,实现了垂直轴风力机的大型化。
(3)本发明可使风的动能最大化的转化为动力,可设定转速分高、中、低风多种模式,发电机功率可分小、中、大;发电机与中心轴用离合器连接;风速小时系统功率小启用小发电机,大时启用大发电机或大中小同时启用;所述多个发电机可分别安装在机架的底部、中部、上部的固定机架上;本发明将中心轴采用多段式连接,可减轻主轴、传动部分等的重量及尺寸,使风能转化效率最大化。
(4)本发明的风机对风场无特殊要求,只要风大、风多的地方都能适应安装;有些地形复杂的地方的风虽大,但是气流变化无常易形成涡流等现象,传统的大型水平轴风机是不适宜安装的,若这种情况下安装的风叶的净空高度一般在30米以上;由于本发明的风力发电装置的高度和扫风面积比水平轴风机小很多,在风场中可更紧密的排列安装;可尽多的利用地表风,对气候可尽少的减小影响。
(5)本发明的固定机架内空间较大,且风力发电单元只占用很少一部分空间,剩余空间可提高其利用率,如动植物的养殖、旅游设施等,本发明的用途广泛,利用率高,实用性强。
(6)本发明无大型结构件,份量最重的是发电机,其他的是现场组装或焊接件,因此本发明运输、安装方便,适用于各种山地或高原等特殊地域;本发明的组装部件大部分是标准件,如:离合器、电磁刹车、万向联轴器、同步带轮、齿轮等,除了风机叶轮叶片外,无特殊要求的加工件,因此本发明的生产难度较低,有利于推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明单层的风力发电单元的结构示意图。
图3为图2的Ⅰ处局部放大图。
图4为本发明的单层的风力发电单元的剖视图。
其中:
固定机架1、中心主轴2、主轴轴承21、万向联轴器22、中心轴小带轮23、风机3、叶轮31、叶轮轴32、叶轮轴带轮33、风机屏障罩壳34、电磁刹车35、动力传输装置4、上过桥轴大带轮41、上单向轴承42、过桥轴小带轮43、下单向轴承44、下过桥轴大带轮45、过桥轴46、换向轴小带轮47、换向轴48、第一换向齿轮49、第二换向齿轮410、齿轮轴411、齿轮轴大带轮412、齿轮轴小带轮413、发电机5。
具体实施方式
为更好地理解本发明的技术方案,以下将结合相关图示作详细说明。应理解,以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样,其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明,本文关于各组件位置关系的表述,如A部件位于B部件上方,其系基于图示中各组件相对位置的表述,并非用以限制各组件的实际位置关系。
实施例1:
参见图1-图4,图1绘制了本实施例1的一种风力发电机的结构示意图。如图所示,本实施例1的一种风力发电机,它包括固定机架1、中心主轴2、多个风机3、动力传输装置4和发电装置,所述固定机架1为由钢结构制成的圆筒状机架,固定机架1上设置多层风力发电单元,风力发电单元包括屏障阻力型风机组件和动力传输装置4;所述风机组件设置在固定机架1的外壁,每层风机组件包括圆周均匀分布的多对风机3,每对风机3分布在固定机架1的圆周直径的两端,每个风机3通过动力传输装置4与中心主轴2连接,中心主轴2连接发电装置。
所述固定机架1的中心设有一根中心轴,所述中心轴由多段中心主轴2组成,相邻两段中心主轴2之间设置万向联轴器22连接,所述中心主轴2上套设有主轴轴承21,所述主轴轴承21设置在万向联轴器22上方,所述中心主轴2上还套设有中心轴小带轮23。
所述风机3包括叶轮31,所述叶轮31套设在叶轮轴32上,所述叶轮轴32的顶端设有电磁刹车35,起调节功率和遇到特大风时的保护作用;所述叶轮轴32上套设有叶轮轴带轮33,所述叶轮轴带轮33设置在电磁刹车35的下方,所述叶轮31外部设有风机屏障罩壳34。
所述动力传输装置4包括依次设置在叶轮轴32和中心主轴2之间的过桥轴46、换向轴48和齿轮轴411,所述过桥轴46的中部套设有过桥轴小带轮43,所述过桥轴46的上端设有上单向轴承42,所述上单向轴承42外套接有上过桥轴大带轮41,所述过桥轴46的下端设有下单向轴承44,所述下单向轴承44外套接有下过桥轴大带轮45;所述换向轴48上套设有换向轴小带轮47和第一换向齿轮49,所述齿轮轴411上由上至下依次套设有齿轮轴小带轮413、齿轮轴大带轮412和第二换向齿轮410。
所述过桥轴小带轮43与叶轮轴32的叶轮轴带轮33啮合,实现叶轮轴32带动过桥轴46传动;所述上过桥轴大带轮41与齿轮轴小带轮413啮合,实现顺时针风向时过桥轴46带动齿轮轴411传动;所述下过桥轴大带轮45与换向轴小带轮47啮合,第一换向齿轮49与第二换向齿轮410啮合,实现逆时针风向时过桥轴46通过换向轴48换向传动给齿轮轴411;所述齿轮轴大带轮412与中心轴小带轮23啮合,实现齿轮轴411带动中心主轴2的传动。
所述上单向轴承42和下单向轴承44的推力面相对设置安装,即上单向轴承42的推力面朝上则下单向轴承44的推力面朝下,反之亦可,即上单向轴承42的推力面朝下则下单向轴承44的推力面朝上。
所述发电装置包括多个发电机5,所述发电机5与中心主轴2采用离合器连接的方式相连。
所述换向齿轮可用双面同步带对带轮换向。
工作原理:
参见图4,图4绘制了本实施例1的单层的风力发电单元的剖视图。如图所示,图中一层风机分别编号1-12号,在接受来风时,安装在固定机架周边的众多小型屏障阻力型风机的转速和转的方向是不同的;从南面吹过来的气流使左边的1、2、3号风机的转向呈顺时针方向,且1、2、3号风机的转速是不同的;与其对称右边的5、6、7号的转速不同,转向为逆时针方向;中间的4号与背面的8、9、10、11、12号是不转的或是转的慢的。如何将这些不同方向、不同转速的小型屏障阻力型风机产生的动力汇总到中心主轴上,这就要有动力传输装置;动力传输装置能把正、反、快、慢的动力汇总到一个方向,比如图中的1号、7号风机,南风时是1号风机顺时针转,7号逆时针转,可当北风时是倒过来的;1、2、3号风机受的风力不同转速也不同。
安装上单向轴承42和下单向轴承44时应认准一面推力面A,若上单向轴承的推力面朝上安装,齿轮轴、中心轴的转向不管风机的转向正与反始终是顺时针方向旋转,它们不能反转(反转是中心轴的动力倒过来传输给风轮,风轮有正反转二个力是矛盾的);如果上轴承推力面朝下则齿轮轴、中心轴始终是逆时针旋转。所述中心轴安装在机架正中间,在整个风机系统中的每一个小型屏障阻力型风机所产生的动力,不管是顺时针逆时针的力都会通过动力传输装置以同一方向(顺时针或逆时针)输送到中心轴上。一部分小型屏障阻力型风机转的快的,则动力传输装置首先将动力传输到中心轴上,转的慢的、停止的则不能传输但对风机系统无影响。
每个小型屏障阻力型风机都有一个动力传输装置,风叶产生的动能通过叶轮轴上的带轮传输给过桥轴46上的小带轮,给过桥轴46一个旋转的动力,过桥轴46上上部安装有上单向轴承42,上单向轴承42只对顺时针方向的力传递,传递给上过桥轴大带轮41后传入总的动力传输装置的中心轴;过桥轴下部安装有下单向轴承44,下单向轴承只对逆时针方向的力传递,传递给下过桥轴大带轮45后传输给换向轴小带轮,再经过换向轴上的换向齿轮将转向换成顺时针方向,然后将动力传递给中心轴。在整个动力传输装置中,中心轴始终是以顺时针方向转动的,速度是以各个动力传输装置传输上的力和发电机的负载决定的;动力传输装置上的上过桥轴大带轮41始终是顺时针方向转的,且是始终跟随中心轴一起转动的,下过桥轴大带轮45始终是逆时针方向转的,也是跟随中心轴一起转动的不过通过换向后是反转。安装在固定机架不同位置的小型屏障阻力型风机有的是顺时针有的是逆时针转,有的转的快的有转的慢的和不转的;不管是顺、逆时针方向传递给过桥轴46的动力大小快慢,都是通过过桥轴46上的上、下单向轴承来处理的;顺时针方向来的动力且要达到过桥轴大带轮的转速才能由上单向轴承42传递到中心轴上去,过桥轴46的速度达不到过桥轴大带轮的速度时过桥轴只能空转;逆时针方向的同理,不过是通过下单向轴承44来传递;当然过桥轴不转对传输装置是无影响的。
上过桥轴大带轮41、齿轮轴小带轮413、齿轮轴大带轮412、齿轮轴411、换向齿轮、换向轴48、换向轴小带轮47、下过桥轴大带轮45是始终与中心轴一起转动的,只是换向轴48、换向轴小带轮47、下过桥轴大带轮45的转向相反而已;叶轮轴32受风力风向影响,有正反转与转的快慢之分;正反转的动力可由上下单向轴承传递给中心轴;动力大的转的要快,但传递到了中心轴后转速只能与中心轴同步,也就是对中心轴贡献了动力;动力小的转的慢的或不转的,不贡献动力,但对动力传输装置无影响。
本实施例1的发电动力:
本实施例1中,将风机3设定为:风叶直径3米、高度3米、叶片数量6片;固定机架1的外围直径30米,在固定机架1的圆周边上均匀布置24个小型屏障阻力型风机3;单层的扫风面积则为30米×3米=90平方米,实际高度每层要3+0.5=3.5米,则每层面积30×3.5=105平方。本实施例定为15层,则总高5米(基础)+15层×3.5=57.5米,总的扫风面积57.5×30=1725平方米。
单个小型屏障阻力型风机能产生的动力,计算公式:风压(KN/㎡)=风速²/1600;
3级风4.5米²/秒/1.6=12.8N/㎡,
4.5米风速功率=2π风压×面积×转速/60秒=6.28×12.8×4.5×28.7/60=173w,
9米风速功率=2π风压×面积×转速/60秒=6.28×50.6×4.5×57/60=1358w,
13.5米风速功率=6.28×113.9×4.5×85.7/60=4598w,
18米风速功率=6.28×202.5×4.5×114.7/60=10940w;
以每个小风机来统计整个风机的功率比较困难,应用整个风机的迎风面来计算,一层的迎风面积为30米×3=90平方,15层×90=1350平方米,风吹到迎风面上的风能不可能100%被吸收,能转换成机械能的在60%左右,动力传输装置转换效率92%,所以总效率在55%左右,面积为1350×55%=742平方米。则整个风机的功率有:
计算公式:功率=2π×风压×面积×转速/60秒=W,
4.5米风速功率=6.28×12.8×742×28.7/60=28.530Kw(3级风),
9米风速功率=6.28×50.6×742×57/60=223.995Kw(5级风),
13.5米风速功率=6.28×113.9×742×85.7/60=758.083Kw(6-7级风),
15米风速功率=6.28×140.6×742×95.54/60=1043.237Kw(7级风),
18米风速功率=6.28×202.5×742×114.7/60=1803.851Kw(8级风),
22.5米风速功率=6.28×316.4×742×143/60=3513.863Kw(9级风),
27米风速功率=6.28×455.6×742×172/60=6085.895Kw(10级风),
从数据可看到风速与风压的关系是平方,与功率是接近立方的关系。
与水平轴风机在同样在15米风速,功率1000KW的风机扫风面积相比,水平轴风轮直径φ60,轮毂高度70米,则在风场中实际占用面积为30×30×3.14+60×40米高=5228平方米。本风机在风场中在15米风速下也可达到1000KW,扫风总面积为57.5全高×30米直径=1725平方米,不到水平轴的1/3。水平轴风机设定风速一般在13-15米/秒,超过设定风速就要采取刹车或变桨来控制风轮速度、功率,也就是说能产生大功率的风能被浪费掉了;水平轴风机一般在风速23米(9级风)以上就要采取顺桨停车措施。
从数据上看风能在低风速时能产生的功率有限,真的有利用价值的是4级风(6-7米/秒)以上的,所以对于风场而言应着重考虑高风速时的高能量风能的利用。
本实施例1中,小型屏障阻力型风机产生的转速是低转速,设计上给电脑的参数分低风速时20转、中风50和高风速时75转多种模式;但由于初始速度过低,对传动效率和传动部件的机械强度不利,同时使中心轴尽可能的接近发电机的转速,所以要对其续步增速;首先从风机叶轮轴上的叶轮轴带轮33将动力传给过桥轴上的过桥轴小带轮43上得到增速,再经过二道增速后使到中心轴18上得到9倍的增速;即使20转的增到180转,75转的增到675转。发电机采用直驱式永磁发电机,低风(3-9米/秒)用100KW1台、200KW1台,中风(9-15米/秒)300KW3台,高风(15米/秒以上)300KW5台以上。低风时启用2台低速发电机,中、高风速时根据风机功率逐步启用300KW的发电机。采用多台直驱式永磁发电机的目的,一是考虑中心轴与发电机的连接宜用同步带轮连接,单台发电机功率过大用同步带连接不宜;二是多台发电机可以在固定机架内的多层上安装与多段中心轴连接,使总长度达几十米的中心轴在大功率时的径向力得到分散,使轴径大大减小。
本实施例1中,采用多台发电机的另一个目的是可在中心轴上设置旋转编码器,旋转编码器连接计算系统,利用计算系统对所有的小型屏障阻力型风机的转速进行控制,比如在一个风速模式下超速了,可多启用一个发电机来增加中心轴的负载而达到降速的目的,如要再精准控制转速可启动一部分小型屏障阻力型风机上的刹车装置来调节;所以本风力发电机从理论上不受高风速的限制,所有风能都可发电。同时机体的结构可做到足够强以抵御强风的损坏。
在同样扫风面积下本发明的风力发电机所能产生的功率是水平轴、垂直轴风机的2-10倍以上;水平轴、垂直轴风机的设计风速一般在13-15M/秒,当风超过设计风速时要采用变桨或用限速装置来限制风轮的转速,以防超速;这就大大浪费了风能资源,因为风速大于1倍风的动能是4倍,而产生的动力是近8倍;如1个风机额定风速13米(6-7级风)能产生100KW功率的话,它在风速26米/秒(9-10级风)至少能产生800KW的动力;反之当风速在6.5米/秒(4级风)时只能产生100/8=12.5kw的动力。本发明的风力发电机用多个发电机来控制风机的转速,使叶尖速比由计算系统控制在0.2-0.8之间,低风速时叶尖速比取高,比如取0.7-0.8可使主轴转速在设定范围内,发电机只启用小功率发电机;中风速时叶尖速比取0.4-0.6,再启用1-2个发电机使主轴增加负载,迫逼主轴转速在设定范围内;高风速时叶尖比取0.2-0.4,启动所有发电机,使主轴转速在范围内;风再大时,发电机已全启用,主轴转速乃超速时启用部分小型屏障阻力型风机上的刹车装置,也就是关掉一部分动力,直到主轴在转速范围内;整个过程都由电脑计算系统控制。
如本实施例1中的风机的风叶直径在φ3米则周长为9.42米,设计启动风速4米/秒,则叶尖比在1:1的情况下,主轴转一圈为9.42/4=2.355秒,转速为60/2.355=25.5转/分,叶尖比取0.8则转速为25.5×0.8=20.4转/分;风速8米/秒(4-5级风)时9.42/8=1.1775秒,转速60/1.1775=51转/分,则尖速比为20.4/51=0.4;风速14米/秒时9.42/14=0.673秒,转速60/0.573=89转/分,如果要变成20.4转/分(低转速)的叶尖比为0.23已接近最低;所以应考虑再设定一个高转速,89×0.8=71转/分,这个转速可兼顾32米/秒(12级)的风速。因此本发明设计的主轴设定转速分高、中、低风多种模式,可减轻主轴、传动部分等的重量及尺寸,使风能转化效率最大化。
综上所述,本发明的风力发电机在采用了以上措施后可使整个风机的功率大型化,使风场的风能可以最大化的利用,同时规避了传统风电机对环境的不利因素。特别是本发明的动力传输装置能使在各个转动方向、不同位置、不同转速功率的小型屏障阻力型风机产生的动力集中到中心轴上;动力是由众多小型屏障阻力型风机组合而成,中心轴也是组合而成的,所以整个设备包括固定机架等的另部件都可实行模块化、系列标准化。本发明的各个部件避免了特大型部件,可对设备在山顶、偏远地区、海上等的安装运输等节约时间和成本,便于运输和安装。
以上仅是本发明的具体应用范例,对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案,均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风力发电机,其特征在于:它包括固定机架(1)、中心主轴(2)、多个风机(3)、动力传输装置(4)和发电装置,所述固定机架(1)为呈圆筒状,固定机架(1)上设置多层风机组件,风机组件设置在固定机架(1)的外壁,每层风机组件包括圆周均匀分布的多个风机(3),每个风机(3)通过动力传输装置(4)与中心主轴(2)连接,中心主轴(2)连接发电装置。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机,其特征在于:所述固定机架(1)的中心设有一根中心轴,所述中心轴由多段中心主轴(2)组成,相邻两段中心主轴(2)之间设置万向联轴器(22)连接,所述中心主轴(2)上套设有主轴轴承(21),所述主轴轴承(21)设置在万向联轴器(22)上方。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机,其特征在于:所述风机(3)包括叶轮(31),所述叶轮(31)套设在叶轮轴(32)上,所述叶轮轴(32)的顶端设有电磁刹车(35)。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机,其特征在于:所述叶轮轴(32)上套设有叶轮轴带轮(33),所述叶轮轴带轮(33)设置在电磁刹车(35)的下方。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电机,其特征在于:所述动力传输装置(4)包括依次设置在叶轮轴(32)和中心主轴(2)之间的过桥轴(46)、换向轴(48)和齿轮轴(411),所述过桥轴(46)的中部套设有过桥轴小带轮(43),所述过桥轴(46)的上端设有上单向轴承(42),所述上单向轴承(42)外套接有上过桥轴大带轮(41),所述过桥轴(46)的下端设有下单向轴承(44),所述下单向轴承(44)外套接有下过桥轴大带轮(45);所述换向轴(48)上套设有换向轴小带轮(47)和第一换向齿轮(49),所述齿轮轴(411)上由上至下依次套设有齿轮轴小带轮(413)、齿轮轴大带轮(412)和第二换向齿轮(410)。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机,其特征在于:所述中心主轴(2)上还套设有中心轴小带轮(23);所述齿轮轴大带轮(412)与中心轴小带轮(23)啮合,实现齿轮轴(411)带动中心主轴(2)的传动。
7.根据权利要求5所述的一种风力发电机,其特征在于:所述风机(3)包括叶轮(31),所述叶轮(31)套设在叶轮轴(32)上,所述叶轮轴(32)上套设有叶轮轴带轮(33),所述过桥轴小带轮(43)与叶轮轴(32)的叶轮轴带轮(33)啮合,实现叶轮轴(32)带动过桥轴(46)传动。
8.根据权利要求5所述的一种风力发电机,其特征在于:所述上过桥轴大带轮(41)与齿轮轴小带轮(413)啮合,实现顺时针风向时过桥轴(46)带动齿轮轴(411)传动。
9.根据权利要求5所述的一种风力发电机,其特征在于:所述下过桥轴大带轮(45)与换向轴小带轮(47)啮合,第一换向齿轮(49)与第二换向齿轮(410)啮合,实现逆时针风向时过桥轴(46)通过换向轴(48)换向传动给齿轮轴(411)。
10.根据权利要求1所述的一种风力发电机,其特征在于:所述发电装置包括多个发电机(5),所述发电机(5)采用离合器与中心主轴(2)连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211593270.9A CN116163880A (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种风力发电机 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211593270.9A CN116163880A (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种风力发电机 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116163880A true CN116163880A (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=86413919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211593270.9A Withdrawn CN116163880A (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种风力发电机 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116163880A (zh) |
-
2022
- 2022-12-13 CN CN202211593270.9A patent/CN116163880A/zh not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR960007401B1 (ko) | 복합 입력형 풍력장치(The Multi-unit Rotor Blade system Integrated wind Turbine) | |
US8008798B2 (en) | Wind turbine drivetrain system | |
CN201187405Y (zh) | 风力发电机组轮毂 | |
WO2021233197A1 (zh) | 风车 | |
CN206889168U (zh) | 一种半直驱型风力发电机 | |
US20240301867A1 (en) | Wind energy converter | |
CN107956644A (zh) | 无电控涡轮式中型离网风力发电机 | |
WO2024119658A1 (zh) | 一种用于兆瓦级的风力发电机组 | |
CN108361148B (zh) | 一种实时变桨h型垂直轴风力发电机 | |
CN218971344U (zh) | 一种用于风力发电的动力传输单元 | |
CN116163880A (zh) | 一种风力发电机 | |
CN206458785U (zh) | 一种变桨减速器 | |
CN213928634U (zh) | 一种防护型风力机 | |
CN112302878A (zh) | 一种半直驱串列双风轮风电机组 | |
CN103726991B (zh) | 行星式增速风轮立轴风力发电机 | |
CN207647690U (zh) | 无电控涡轮式中型离网风力发电机 | |
CN201835983U (zh) | 多层风力发电风帆 | |
CN101943114B (zh) | 一种多层风力发电风帆 | |
CN218882417U (zh) | 集能式风力发电机的供能装置 | |
CN203685481U (zh) | 行星式增速风轮立轴风力发电机 | |
CN221003014U (zh) | 一种新型垂直轴风力发电机 | |
CN216131026U (zh) | 增速管筒水平轴换向传动风力发电系统 | |
CN214304168U (zh) | 一种半直驱串列双风轮风电机组 | |
CN220667720U (zh) | 一种共轴式反向双叶轮传动链结构及风力发电机组 | |
CN204082448U (zh) | 一种小风力发电装置及发电系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20230526 |