CN117905643B - 一种适应寒冷气候的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于风力发电机领域的一种适应寒冷气候的风力发电机，包括壳体靠近机头的一端背风面设有开口，开口内沿一侧转动嵌设有闭合开口的振叶，振叶下端通过锁紧结构可分离的与其中一个腹板锁紧限位，振叶上端通过弹性限位组件与另一个腹板弹性连接，采用上述振叶结构，实现扇叶出现无序、轻微且频率较稳定的振动，从而使得附着在扇叶上的冰霜脱落，降低扇叶在寒冷环境下作业时的负载，从而保证了该适应寒冷气候的风力发电机的发电效率，并同时避免扇叶上附着冰霜可能对该适应寒冷气候的风力发电机造成的损害；相较于传统的电热快加热除冰霜，该适应寒冷气候的风力发电机能够实现自主无额外动力除冰霜，更加节能环保。

Description

一种适应寒冷气候的风力发电机

技术领域

本发明涉及的一种发电设备，特别是涉及应用于风力发电机领域的一种适应寒冷气候的风力发电机。

背景技术

风力发电机运行时，依靠风叶将风能转为机械能，再由机舱内的发电机等配件即将机械能转为动能，但是由于机舱为一个封闭的环境，长期运行后，产生的热量无法散开，导致内部温度增高，容易引起设备老化，部分机舱上增设了通风孔，便于通风散热，但是当外部环境温度降低时，如在寒冷的冬季，冷气流进入机舱内部，造成机舱内的零件在低温时发生龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变等现象，另外，低温时空气密度增大，会导致风电机组的额定输出功率增加，出现过载现象，同时，还会将外部空气中的灰尘、湿气引入机舱内，影响机舱内的清洁，且湿度过大时，还会对风机内部的各种部件造成腐蚀、老化等影响，进而降低了现有的风力发电机对多种气候的适应能力。

为解决冷气流进入机舱内部，造成机舱内的零件在低温时发生龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变等现象的问题，市场中的某基于物联网的适应气候能力强的智能型风力发电机采用可封闭式换气机构的设计，具有一定的市场占比。

中国专利CN108518309B说明书公开了一种基于物联网的适应气候能力强的智能型风力发电机，包括底座、塔架、机舱、封闭机构和两个换气机构，换气机构包括换气管和换气罩，换气管内设有过滤组件，过滤组件包括驱动单元、挤压板、挤压杆、海绵块、网板、振动单元和滤网，封闭机构包括封闭室和两个封闭管，封闭室内设有封闭组件，封闭管内设有封闭块和支杆，该基于物联网的适应气候能力强的智能型风力发电机通过换气机构实现机舱内部和外部的空气互换，便于通风散热，并利用过滤组件过滤空气中的水分和灰尘，不仅如此，在外部寒冷时，通过封闭机构堵住换气管，防止寒冷空气进入机舱内，导致机舱温度过低，影响机舱的稳定运行，从而提高了设备对气候的适应能力。

上述现有技术中，只对风力发电机的机舱内部进行了保温、散热，但风力发电机在寒冷气候下，其扇叶部分通常会附着有冰霜，甚至出现结冰现象，增加扇叶转动的负荷，甚至会影响风力发电机的发电效率；

现有技术中，通常会使用电热块搭载在扇叶内部，并通过电路连接蓄电池或外部电源对扇叶进行持续加热，祛除冰霜，但其需要消耗较多的电力能源，且内部搭载较多的线路和电热快，同样会对扇叶的转动造成不利影响。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是如何在节能的前提下对风力发电机扇叶上的冰霜进行去除，同时减少扇叶的负载，使风力发电机适应寒冷气候环境。

为解决上述问题，本发明提供了一种适应寒冷气候的风力发电机，包括塔体，塔体上端安装有机头，机头的轮毂上周向安装有扇叶，扇叶包括腹板以及包覆于腹板外部的壳体；

壳体靠近机头的一端背风面设有开口，开口内沿一侧转动嵌设有闭合开口的振叶，振叶下端通过锁紧结构可分离的与其中一个腹板锁紧限位，振叶上端通过弹性限位组件与另一个腹板弹性连接；

当振叶下端与其中一个腹板分离时，振叶上端在弹性限位组件的作用下打开并在一定范围内可转动；振叶上端打开时受环境风力影响产生振动。

在上述适应寒冷气候的风力发电机中，在寒冷环境中，当风力发电机的扇叶上附着有部分冰霜时，将锁紧结构打开，使得振叶上端在弹性限位组件的作用下打开并在一定范围内可转动，振叶上端打开时受环境风力影响产生振动，以此使得振叶与扇叶在风力与弹性限位组件的共同作用下产生不同频的相对振动，使得扇叶出现无序、轻微且频率较稳定的振动，从而使得附着在扇叶上的冰霜脱落，降低扇叶在寒冷环境下作业时的负载，从而保证了该适应寒冷气候的风力发电机的发电效率，并同时避免扇叶上附着冰霜可能对该适应寒冷气候的风力发电机造成的损害。

作为本申请的进一步补充，弹性限位组件包括固定板和限位滑柱，固定板下端与另一个腹板上端固定，限位滑柱一端活动贯穿固定板并与振叶靠近壳体内腔一侧固定，振叶与固定板之间通过弹性件弹性连接。

作为本申请的进一步补充，固定板上开设有供限位滑柱活动的通孔，通孔支持限位滑柱在一定范围内前后滑动以及随振叶进行一定角度的转动。

作为本申请的进一步补充，弹性件包括弹簧，弹簧套设于限位滑柱上，弹簧两端分别与固定板一侧以及振叶一侧固定。

作为本申请的进一步补充，固定板后侧固定有与其中一个上端固定的发热块，发热块上开设有供限位滑柱摩擦的摩擦槽，发热块具有一定的弹性并使得摩擦槽始终与限位滑柱接触。

作为本申请的进一步补充，锁紧结构包括锁紧环、限位杆和电动推杆，锁紧环固定于振叶一侧的下端，限位杆穿设在锁紧环内并对锁紧环进行限位，电动推杆驱动限位杆直线运动插入或脱离锁紧环，电动推杆固定于扇叶与机头连接的转轴内。

作为本申请的进一步补充，限位杆包括穿入杆和锁紧杆，穿入杆直径小于锁紧杆直径同时小于锁紧环内径，锁紧杆的直径与锁紧环内径相等穿入杆与锁紧杆之间设有锥形过渡部，锁紧杆远离穿入杆的一端与电动推杆的活塞杆端部固定，穿入杆前端还设有锥台头。

作为本申请的又一种改进，振叶设置有多个并沿壳体的开口处均匀分布，多个振叶相邻一侧的侧壁相互抵接，多个振叶上分别安装有多组弹性限位组件和多个锁紧环，限位杆包括锁紧杆，锁紧杆前端设置有锥台头，锥台头前端直径小于锁紧环内径的四分之一。

作为本申请的再一种改进，限位滑柱设置为弧形，固定板上供限位滑柱贯穿的通孔同样设置为弧形，限位滑柱随振叶转动时始终与固定板滑动连接。

综上所述，在寒冷环境中，当风力发电机的扇叶上附着有部分冰霜时，将锁紧结构打开，具体的，电动推杆驱使限位杆拔出锁紧环内时对振叶解除限位，使得振叶上端在弹性限位组件的作用下打开并在一定范围内可转动，振叶上端打开时受环境风力影响产生振动，以此使得振叶与扇叶在风力与弹性限位组件的共同作用下产生不同频的相对振动，具体的，振叶在弹簧的弹力作用下沿振叶下端的转动连接处发生转动，同时带动限位滑柱滑动，此时，振叶受弹簧和外部环境风力的多重影响产生振动，该振动受弹簧的变形量限制，从而使得振叶持续的产生无序振动，以此使得扇叶出现无序、轻微且频率较稳定的振动，从而使得附着在扇叶上的冰霜脱落，降低扇叶在寒冷环境下作业时的负载，从而保证了该适应寒冷气候的风力发电机的发电效率，并同时避免扇叶上附着冰霜可能对该适应寒冷气候的风力发电机造成的损害；

一种适应寒冷气候的风力发电机，具有以下有益效果：

相较于传统的电热快加热除冰霜，该适应寒冷气候的风力发电机能够实现自主无额外动力除冰霜，更加节能环保，且减少风力发电机内部搭载的电路电缆，降低风力发电机在寒冷气候下的能源消耗，提高发风力发电机的发电效率。

附图说明

图1为本申请第1种实施方式的整体结构示意图；

图2为本申请第1种实施方式的扇叶侧剖图；

图3为本申请第1种实施方式振叶打开时的扇叶侧剖图；

图4为本申请第1种实施方式的限位杆图；

图5为本申请第1种实施方式的固定板与发热块结构示意图；

图6为本申请第2种实施方式的单片振叶与单组弹性限位组件结构示意图；

图7为本申请第2种实施方式的多振叶不同步振动示意图；

图8为本申请第3种实施方式的限位滑柱结构示意图。

图中：1、塔体；2、机头；3、扇叶；31、腹板；32、壳体；4、振叶；5、弹性限位组件；51、固定板；52、限位滑柱；53、弹簧；6、锁紧环；7、限位杆；71、穿入杆；72、锁紧杆；73、锥形过渡部；74、锥台头；8、发热块；81、摩擦槽；9、电动推杆。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的3种实施方式作详细说明。

实施例1、本发明提供了一种适应寒冷气候的风力发电机，如图1-图2所示，包括塔体1，塔体1上端安装有机头2，机头2的轮毂上周向安装有扇叶3，扇叶3包括腹板31以及包覆于腹板31外部的壳体32；

其中，塔体1、机头2内还安装有现有技术中常用且适用于本实施例的风力发电机常用组件，包括，定子、转子、轮毂、变桨机构、低速转轴、高速转轴、齿轮箱等，以用与进行正常的发电作业。

壳体32靠近机头2的一端背风面设有开口，开口内沿一侧转动嵌设有闭合开口的振叶4，振叶4下端通过锁紧结构可分离的与其中一个腹板31锁紧限位，振叶4上端通过弹性限位组件5与另一个腹板31弹性连接；

当振叶4下端与其中一个腹板31分离时，振叶4上端在弹性限位组件5的作用下打开并在一定范围内可转动；振叶4上端打开时受环境风力影响产生振动。

基于上述结构，在寒冷环境中，当风力发电机的扇叶3上附着有部分冰霜时，将锁紧结构打开，使得振叶4上端在弹性限位组件5的作用下打开并在一定范围内可转动，振叶4上端打开时受环境风力影响产生振动，以此使得振叶4与扇叶3在风力与弹性限位组件5的共同作用下产生不同频的相对振动，使得扇叶3出现无序、轻微且频率较稳定的振动，从而使得附着在扇叶3上的冰霜脱落，降低扇叶3在寒冷环境下作业时的负载，从而保证了该适应寒冷气候的风力发电机的发电效率，并同时避免扇叶3上附着冰霜可能对该适应寒冷气候的风力发电机造成的损害；

相较于传统的电热快加热除冰霜，该适应寒冷气候的风力发电机能够实现自主无额外动力除冰霜，更加节能环保，且减少风力发电机内部搭载的电路电缆，降低风力发电机在寒冷气候下的能源消耗，提高发风力发电机的发电效率。

如图2和图5所示，弹性限位组件5包括固定板51和限位滑柱52，固定板51下端与另一个腹板31上端固定，限位滑柱52一端活动贯穿固定板51并与振叶4靠近壳体32内腔一侧固定，振叶4与固定板51之间通过弹性件弹性连接；固定板51上开设有供限位滑柱52活动的通孔，通孔支持限位滑柱52在一定范围内前后滑动以及随振叶4进行一定角度的转动；弹性件包括弹簧53，弹簧53套设于限位滑柱52上，弹簧53两端分别与固定板51一侧以及振叶4一侧固定。

当锁紧结构打开使得振叶4下端与其中一个腹板31分离时，振叶4在弹簧53的弹力作用下沿振叶4下端的转动连接处发生转动，同时带动限位滑柱52滑动，此时，振叶4受弹簧53和外部环境风力的多重影响产生振动，该振动受弹簧53的变形量限制，从而使得振叶4持续的产生无序振动（主要受外部，局部相对不稳定的气流影响），以此达到带动扇叶3产生无序、轻微且频率较稳定的振动的目的，最终实现振动的除冰霜效果。

如图2和图5所示，固定板51后侧固定有与其中一个31上端固定的发热块8，发热块8上开设有供限位滑柱52摩擦的摩擦槽81，发热块8具有一定的弹性并使得摩擦槽81始终与限位滑柱52接触。

在限位滑柱52随振叶4同步来回移动时，限位滑柱52与发热块8的摩擦槽81发生来回摩擦，从而将限位滑柱52运动的机械能转化为热能，并进一步将热量通过腹板31传导至壳体32上，实现对壳体32的辅助加热，使壳体32上的冰霜更易脱落，从而更好的除去冰霜，使风力发电机更加适应寒冷气候。

如图1和图4所示，锁紧结构包括锁紧环6、限位杆7和电动推杆9，锁紧环6固定于振叶4一侧的下端，限位杆7穿设在锁紧环6内并对锁紧环6进行限位，电动推杆9驱动限位杆7直线运动插入或脱离锁紧环6，电动推杆9固定于扇叶3与机头2连接的转轴内，该电动推杆9采用现有技术中常用且能耗较低的微型电动推杆，从而达到降低能源消耗的目的。

通过将限位杆7插入锁紧环6内对振叶4进行限位，使得振叶4位置固定，将限位杆7拔出时对振叶4解除限位，使得振叶4能够打开并发生振动，以此使得振叶4能够在固定和打开两种形态之间进行切换，降低振叶4对扇叶3转动的影响，从而降低振叶4对该适应寒冷气候的风力发电机的正常发电作业的影响。

如图3所示，限位杆7包括穿入杆71和锁紧杆72，穿入杆71直径小于锁紧杆72直径同时小于锁紧环6内径，锁紧杆72的直径与锁紧环6内径相等穿入杆71与锁紧杆72之间设有锥形过渡部73，锁紧杆72远离穿入杆71的一端与电动推杆9的活塞杆端部固定，穿入杆71前端还设有锥台头74，同时锁紧环6在随振叶4移动时，其内径使用在横向延伸上包裹于锥台头74外部。

通过锥形过渡部73和锥台头74的设置，使得穿入杆71更加容易穿入锁紧环6内，进而通过锁紧杆72对锁紧环6进行限位，从而完成对振叶4的限位，以此便于对振动状态下的振叶4进行限位。

实施例2、本发明提供了一种适应寒冷气候的风力发电机，如图6和图7所示，振叶4设置有多个并沿壳体32的开口处均匀分布，多个振叶4相邻一侧的侧壁相互抵接，多个振叶4上分别安装有多组弹性限位组件5和多个锁紧环6，限位杆7包括锁紧杆72，锁紧杆72前端设置有锥台头74，锥台头74前端直径小于锁紧环6内径的四分之一。

通过多个振叶4的设置，多个振叶4能够不同步的产生振动，从而避免单个振叶4带动扇叶3振动时出现的振动幅度过大的状况，且能够增加多组振动频率，从而提高扇叶3的振动频率，提高除冰霜效果。其它与实施例1相同。

实施例3、本发明提供了一种适应寒冷气候的风力发电机，如图8所示，限位滑柱52设置为弧形，固定板51上供限位滑柱52贯穿的通孔同样设置为弧形，限位滑柱52随振叶4转动时始终与固定板51滑动连接。

通过将限位滑柱52设置为弧形，从而使得限位滑柱52能够始终贴合固定板51滑动，从而提高振叶4在振动过程中的侧向稳定性，避免振叶4在震动过程中产生侧向偏移，导致振叶4与扇叶3之间相互磨损。其它与实施例2相同。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适应寒冷气候的风力发电机，包括塔体（1），所述塔体（1）上端安装有机头（2），所述机头（2）的轮毂上周向安装有扇叶（3），所述扇叶（3）包括腹板（31）以及包覆于腹板（31）外部的壳体（32），其特征在于：所述壳体（32）靠近所述机头（2）的一端背风面设有开口，所述开口内沿一侧转动嵌设有闭合开口的振叶（4），所述振叶（4）下端通过锁紧结构可分离的与其中一个腹板（31）锁紧限位，所述振叶（4）上端通过弹性限位组件（5）与另一个腹板（31）弹性连接；

当所述振叶（4）下端与其中一个所述腹板（31）分离时，所述振叶（4）上端在弹性限位组件（5）的作用下打开并在一定范围内可转动；所述振叶（4）上端打开时受环境风力影响产生振动；

所述弹性限位组件（5）包括固定板（51）和限位滑柱（52），所述固定板（51）下端与另一个腹板（31）上端固定，所述限位滑柱（52）一端活动贯穿固定板（51）并与振叶（4）靠近壳体（32）内腔一侧固定，所述振叶（4）与固定板（51）之间通过弹性件弹性连接；

所述锁紧结构包括锁紧环（6）、限位杆（7）和电动推杆（9），所述锁紧环（6）固定于振叶（4）一侧的下端，所述限位杆（7）穿设在锁紧环（6）内并对锁紧环（6）进行限位，所述电动推杆（9）驱动限位杆（7）直线运动插入或脱离锁紧环（6），所述电动推杆（9）固定于扇叶（3）与机头（2）连接的转轴内；

所述限位杆（7）包括穿入杆（71）和锁紧杆（72），所述穿入杆（71）直径小于锁紧杆（72）直径同时小于锁紧环（6）内径，锁紧杆（72）的直径与锁紧环（6）内径相等，所述穿入杆（71）与锁紧杆（72）之间设有锥形过渡部（73），所述锁紧杆（72）远离穿入杆（71）的一端与电动推杆（9）的活塞杆端部固定，所述穿入杆（71）前端还设有锥台头（74）。

2.根据权利要求1所述的一种适应寒冷气候的风力发电机，其特征在于：所述固定板（51）上开设有供限位滑柱（52）活动的通孔，所述通孔支持限位滑柱（52）在一定范围内前后滑动以及随振叶（4）进行一定角度的转动。

3.根据权利要求2所述的一种适应寒冷气候的风力发电机，其特征在于：所述弹性件包括弹簧（53），所述弹簧（53）套设于限位滑柱（52）上，所述弹簧（53）两端分别与固定板（51）一侧以及振叶（4）一侧固定。

4.根据权利要求1所述的一种适应寒冷气候的风力发电机，其特征在于：所述固定板（51）后侧固定有与其中一个（31）上端固定的发热块（8），所述发热块（8）上开设有供限位滑柱（52）摩擦的摩擦槽（81），所述发热块（8）具有弹性并使得摩擦槽（81）始终与限位滑柱（52）接触。

5.根据权利要求1所述的一种适应寒冷气候的风力发电机，其特征在于：所述振叶（4）设置有多个并沿壳体（32）的开口处均匀分布，多个所述振叶（4）相邻一侧的侧壁相互抵接，多个所述振叶（4）上分别安装有多组弹性限位组件（5）和多个锁紧环（6），所述限位杆（7）包括锁紧杆（72），所述锁紧杆（72）前端设置有锥台头（74），所述锥台头（74）前端直径小于锁紧环（6）内径的四分之一。

6.根据权利要求2所述的一种适应寒冷气候的风力发电机，其特征在于：所述限位滑柱（52）设置为弧形，所述固定板（51）上供限位滑柱（52）贯穿的通孔同样设置为弧形，所述限位滑柱（52）随振叶（4）转动时始终与固定板（51）滑动连接。