CN1840895A - 一种大型风能动力装置的风轮 - Google Patents

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李锋
王树全
庞兵
程钰
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李锋
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Abstract

本发明公开了一种大型风能动力装置的风轮，它由风轮和立轴组成，所述立轴上套接有轴套，轴套上连接有悬臂，所述悬臂上连接有叶片，所述轴套、悬臂与叶片组成一个单元风轮，所述单元风轮沿所述立轴的高度方向装在立轴上，在所述立轴上至少安装有两层单元风轮。上述的风轮结构不仅减小了风轮叶片的应力，还易于调制风轮的重量分布避开共振频点，能够降低风轮的重量从而提高风机的风能利用效率和降低成本。

Description

一种大型风能动力装置的风轮
技术领域
本发明涉及一种大型风能动力装置的风轮，特别是涉及大型立轴风能动力装置的风轮。
技术背景
由于风电机的大型化是并网型风电机降低发电成本的主要途径，所以兆瓦级风电机是目前的主流机型。但由于受到翼片结构和制作材料重量的限制，水平轴风力发电机的极限容量是5兆瓦。欲发展更大型的风电机，人们把目光投向了立轴式风电机。虽然结构上立轴风电机的容量可以达到100兆瓦，但它的叶片需要悬臂才能构成风轮。因此随立轴风机的叶片增大时，悬臂也要增大、重量也随之增加，这是影响大型立轴风电机效率和实施的主要因素。为此，我们作了两项发明以增加立轴叶片的实度、降低立轴风轮的重量、提高立轴风机的效率。
但对于大型立轴风电机，还必须解决其大型叶片所受的应力过大和大型结构转动时具有的共振这样的关键问题。由于在近百米的高度上，风能的变化可以达到数倍，使大型叶片受到很大的应力。另一方面，大型叶片运动时在共振点产生的震动足以使风机毁坏。过长的大型叶片其制造、安装和运输都很困难，而且成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种应力小、又能对较轻的分段叶片在圆周上进行质量分布调制以避开共振频率的一种大型风能动力装置的风轮。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种风能动力装置的风轮，它由风轮和立轴组成，所述立轴上套接有轴套，轴套上连接有悬臂，所述悬臂上连接有叶片，所述轴套、悬臂与叶片组成一个单元风轮，所述单元风轮沿所述立轴的高度方向装在立轴上，在所述立轴上至少安装有两层单元风轮。
上述发明方案是将大型立轴风机的叶片沿高度方向分段，这样既能解决大型叶片存在的应力问题、又能对较轻的分段叶片在圆周上进行质量分布调制以避开共振频率。它不仅可以随着高度增加使单元风轮扫风面积减小，而且可以调整不同单元风轮悬臂之间的夹角以减小整体风轮力矩的输出沿圆周的波动、提高平均力矩输出。另一方面，由于数个单元风轮沿竖向组合成大风轮，使原来很长的大型叶片由数个单元风轮的短叶片代替，这不仅解决了通常大风轮叶片存在的上下端产生的很大应力，同时由于不同单元风轮可以用错开方式组合使得应力分散分布，还易于调制风轮的重量分布避开共振频点。
在保持整体风轮捕获风能的情况下，通过改变不同的上述单元风轮的性能解决风能随高度的变化，从而减小了整体扫风面积、减小整个大风轮的重量，提高上述整体风轮的风能利用效率。
此外，由上述的单元风轮组成的整体风轮，其制造难度和成本大为降低，安装和运输成本也大为降低。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明第二种实施例的结构轮示意图。
图3是本发明第三种实施例的结构轮示意图。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述
从图1中可以看出，本发明所述的一种风能动力装置的风轮，由单元风轮5a、单元风轮5b和立轴1组成，所述立轴1上套接有轴套2，轴套2上连接有悬臂3，所述悬臂3上连接有叶片4，所述轴套2、悬臂3与叶片4组成一个单元风轮5，所述单元风轮5a和单元风轮5b串装在立轴1上。所述单元风轮5可以设置2至50个；各层的单元风轮5可以是相同的、也可以是不相同的。单元风轮5可以有2至16个悬臂3。组成风轮的不同单元风轮5的悬臂3之间的夹角可以在0至165度的范围上取值。在一个单元风轮5的叶片4可以是相同的、也可以是不相同的。
从图2可以看出，本发明所述的一种风能动力装置的风轮，上述风轮由3个串装在立轴1上的单元风轮5组成，立轴1呈阶梯状，底部直径最大，中间部分较小，上部直径最小，三个单元风轮5的大小是不相同的，他们的形式相近，都是有四对悬臂3分别连接叶片4，单元风轮5的直径从底部到上部依次变小。组成风轮的不同单元风轮5的悬臂3之间的夹角可以在0至165度的范围上取值。单元风轮5的叶片4的可以是相同的、也可以不相同的。
从图3可以看出，本发明所述的一种风能动力装置的风轮，其上述风轮由三个形式不相同的单元风轮5串装在立轴1上组成，立轴1呈阶梯状，底部直径最大，中间部分较小，上部直径最小，底部的单元风轮有四对悬臂3分别连接4个叶片4，中间的单元风轮的两对悬臂3是由一个主臂连接两个支臂构成，相互对应的支臂分别连接叶片4，上层的单元风轮5有三对悬臂3，每对悬臂3分别连接两组叶片4，三个单元风轮5的直径从底部到上部依次变小。

Claims (6)

1.一种风能动力装置的风轮，它由风轮和立轴组成，其特征在于：所述立轴(1)上套接有轴套(2)，轴套(2)上连接有悬臂(3)，所述悬臂(3)上连接有叶片(4)，所述轴套(2)、悬臂(3)与叶片(4)组成一个单元风轮(5)，所述单元风轮(5)沿所述立轴(1)的高度方向装在立轴(1)上，在所述立轴(1)上至少安装有两层单元风轮(5)。
2.根据权利要求1所述的一种风能动力装置的风轮，其特征在于：所述单元风轮(5)可以是3至50个，所述各层的单元风轮(5)的可以是相同的、也可以是不相同的。
3.根据权利要求1或2所述的一种风能动力装置的风轮，其特征在于：所述每个单元风轮(5)可以有2至16个悬臂(3)。
4.根据权利要求1或2所述的一种风能动力装置的风轮，其特征在于：所述相邻单元风轮(5)的悬臂(3)以相互错开的方式排列，所述不同单元风轮(5)的悬臂(3)之间的夹角可以在O至165度的范围上取值。
5.根据权利要求1或2所述的一种风能动力装置的风轮，其特征在于：所述单元风轮(5)的叶片(3)可以是相同的、也可以不相同的。
6.根据权利要求1或2所述的一种风能动力装置的风轮，其特征在于：所述所有的单元风轮(5)的轴套(2)可以由一根整体轴套构成。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101949362A (zh) * 2010-09-21 2011-01-19 青海风发科技发展有限公司 一种垂直轴风力机
CN102953928A (zh) * 2012-10-17 2013-03-06 李洪泽 调桨长的万向风车
CN106224158A (zh) * 2016-08-23 2016-12-14 广州科技职业技术学院 变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机

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