CN201170154Y - 旋臂式大功率风力发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于风力发动机，特别是指一种可与发电机和其它机械配套的旋臂式大功率风力发动机。包括配合于基础底座上的主立轴、套装转动配合于主立轴外表面的旋臂轮、沿旋臂轮轴向间隔、径向设置的至少两组旋臂，设置于两组旋臂对应外端之间的工作帆、以及与旋臂轮或旋臂形成传动副的动力输出轮；工作帆通过转轴与旋臂外端配合，转轴连接有偏航控制装置，工作帆上还设有帆面调整机构。本实用新型解决了现有技术存在的在低速风场下启动力矩小、在单机大功率设计制造上受到很大的限制等问题。具有运行成本低、风能利用率高，能在不同的风场、风速(尤其是在低速风场和风速变化很大)下也能获得较大启动力矩和输出稳定工作的转速等优点。

Description

旋臂式大功率风力发动机
技术领域
本实用新型属于风力发动机，特别是指一种可与发电机和其它机械配套的旋臂式大功率风力发动机。
背景技术
目前的大型风力发动机大都采用螺旋桨叶片式能量转换的方式，其特点是系统结构较为简单，在高速风场的情况下易达到额定的输出功率，但在低速风场的情况下启动力矩小，在风速变化较大时，无法连续正常工作，其有效输出适应范围小，风能利用率相对低下，另因其结构特性，在单机大功率设计制造上受到很大的限制，存在维修维护成本高的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种风能利用率高、便于制造安装、维修维护成本小的旋臂式大功率风力发动机。
本实用新型的整体技术构思是：
旋臂式大功率风力发动机，包括配合于基础底座4上的主立轴2、套装转动配合于主立轴2外表面的旋臂轮1、沿旋臂轮1轴向间隔、径向设置的至少两组旋臂3，设置于两组旋臂3对应外端之间的工作帆6、以及与旋臂轮1或旋臂3形成传动副的动力输出轮17；工作帆6通过转轴5与旋臂3外端配合，转轴5连接有偏航控制装置，工作帆6上还设有帆面调整机构。
各工作帆6的翼型及与风向的相对角度由偏航控制装置控制，使各工作帆6在任何风向下受到的风力作用于旋臂轮1旋转方向的切向力最大；各工作帆6的受风面积由帆面调整机构控制，使各工作帆6的受风面积在风力发动机负载不变的情况下，风速过大时可减小面积，风速过小时可增大面积。
本实用新型的具体技术解决方案是：
为保证偏航控制机构的运行准确，还设有一风力风向检测装置18，以使偏航控制机构可以根据该装置所检测的风力风向情况进行调整。
为保证机构的运行稳定，旋臂3优选的布置方式为：每组旋臂3沿旋臂轮1径向等角度间隔设置。
为保证输出轴稳定的工作输出、以及在逆风区时工作帆可利用升力做功，帆面调整机构包括帆面面积和翼型调整机构，偏航控制装置、帆面调整机构包括但不局限于机械式、电动式(传感器配合蜗轮、蜗杆为主要构造)、液压式(液压缸)、气动式(气动马达)结构中的一种或其结合。
对于各工作帆6之间其偏航控制机构可以是独立的，也可是联动的，偏航控制机构优选的机械传动方式为：偏航控制装置包括与旋臂轮1同轴转动配合的传动齿盘或齿圈13，与传动齿盘或齿圈13形成传动副、且由偏航电机14驱动的齿轮15，偏航电机14固定在基础底座4上，与转轴5同轴固定的工作帆驱动齿轮12和传动齿盘或齿圈13形成传动副。
上述机械式偏航控制机构中优选的技术方案是：与转轴5同轴固定的工作帆驱动齿轮12经同轴固定的齿轮10、11和传动齿盘或齿圈13形成传动副。
各工作帆6的转动角度随时受旋臂轮1的转速和偏航电机14的同时控制，使各工作帆6在随旋臂轮1旋转到任一时刻和位置时，工作帆6所受的风力在旋臂轮1旋转方向的切向力为最大值。当风向变化时，偏航电机驱动传动齿盘的旋转角度与风向变化角度相同，起到当风向变化时各帆体的角度仍能使上述切向力保持最大值的作用。工作帆驱动齿轮12与传动齿盘或齿圈13的整体传动比为1∶2，即旋臂轮1顺时或逆时针每旋转720°，工作帆6同方向自转360°。
翼型调整机构为一可随动力驱动产生表面翼型变化的膜结构、腔结构或其结合。包括但不局限于机械式(如机械驱动构架支撑的膜结构)、电动式(如电机驱动构架支撑的膜结构)、液压式(液压缸驱动构架支撑的膜结构)、气动式(充气的腔体结构)构造或其结合等多种实现方式，其中帆面的翼型其前后可以是对称的，也可以是不对称的，整个帆面也可以是平面的。
为保持相对恒定的转速(转矩)，帆面调整机构包括设置于工作帆6上、下两端的转动电机7、9，转动电机7、9的输出轴与工作帆6的上、下侧边固定连接。
帆面调整机构优选的连接方式为：转动电机7、9通过与其输出轴固定装配的工作辊或卷扬轮8与工作帆6的上、下侧边固定连接。其中转动电机7、9的设置位置可以根据需要采用换向装置(如滑轮)进行调整，并不脱离本实用新型的实质。
动力输出机构包括但不局限于齿轮传动、链轮传动、皮带传动等多种具体方式，其中优选的连接方式为：位于下部的旋臂轮1或旋臂3下侧同轴固定有传动轮16，动力输出轮17为沿传动轮16径向分布、并与其传动配合的至少一个。当风速减小时，工作帆6全部升起也不能满足输出要求时，可减少动力输出轮17的输出轴的工作数量，起到风力与输出匹配、稳定工作的作用。
本实用新型所取得的技术进步在于：
1、因主立轴、旋臂轮、动力输出轮可相互分离，摆脱了大功率设计、加工、安装上的限制。
2、主立轴、旋臂轮均可采用钢架结构，不仅制造、运输方便，而且安装、维护时不再需要大型吊装设备，使运行成本降低。
3、每个工作帆帆体运行在顺风区时主要是风阻做功，在逆风区时可利用升力做功，帆面的迎风角度可由偏航控制装置随时调整在最佳位置，且帆面运行速度可很小，风差增大，风能利用率大大提高。
4、由于帆面的面积可从零到最大值进行连续调整，并且可方便的采用多轴输出，使风力发动机能在不同的风场，不同的风速下与输出负载相互匹配调整，尤其是在低速风场和风速变化很大时也能获得较大的启动力矩和输出稳定工作的转速。
附图说明
本实用新型的附图有：
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型的帆面调整机构结构示意图。
图3是本实用新型的偏航控制装置示意图。
图4是本实用新型的动力输出结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述，但不作为对本实用新型的限定。
本实施例的结构如前述，其中包括配合于基础底座4上的主立轴2、套装转动配合于主立轴2外表面的旋臂轮1、沿旋臂轮1轴向间隔、径向设置的至少两组旋臂3，设置于两组旋臂3对应外端之间的工作帆6、以及与旋臂轮1或旋臂3形成传动副的动力输出轮17；工作帆6通过转轴5与旋臂3外端配合，转轴5连接有偏航控制装置，工作帆6上还设有帆面调整机构。
为保证偏航控制机构的运行准确，还设有一风力风向检测装置18，以使偏航控制机构可以根据该装置所检测的风力风向情况进行调整。
为保证机构的运行稳定，旋臂3布置方式为：每组旋臂3沿旋臂轮1径向呈60°等角度间隔设置。
偏航控制装置包括与旋臂轮1同轴转动配合的传动齿盘或齿圈13，与传动齿盘或齿圈13形成传动副、且由偏航电机14驱动的齿轮15，偏航电机14固定在基础底座4上，与转轴5同轴固定的工作帆驱动齿轮12和传动齿盘或齿圈13形成传动副。
与转轴5同轴固定的工作帆驱动齿轮12经同轴固定的齿轮10、11和传动齿盘或齿圈13形成传动副。
各工作帆6的转动角度随时受旋臂轮1的转速和偏航电机14的同时控制，使各工作帆6在随旋臂轮1旋转到任一时刻和位置时，工作帆6所受的风力在旋臂轮1旋转方向的切向力为最大值。当风向变化时，偏航电机驱动传动齿盘的旋转角度与风向变化角度相同，起到当风向变化时各帆体的角度仍能使上述切向力保持最大值的作用。工作帆驱动齿轮12与传动齿盘或齿圈13的整体传动比为1∶2，即旋臂轮1顺时或逆时针每旋转720°，工作帆6同方向自转360°。
为保持相对恒定的输出转速(或风速、转矩)，帆面调整机构包括设置于工作帆6上、下两端的转动电机7、9，转动电机7、9的输出轴与工作帆6的上、下侧边固定连接。
转动电机7、9通过与其输出轴固定装配的工作辊或卷扬轮8与工作帆6的上、下侧边固定连接。
位于下部的旋臂轮1或旋臂3下侧同轴固定有传动轮16，动力输出轮17为沿传动轮16径向等角度间隔分布、并与其传动配合的三个。当风速减小时，工作帆6全部升起也不能满足输出要求时，可减少动力输出轮17的输出轴的工作数量，起到风力与输出匹配、稳定工作的作用。
其余构造如前述。

Claims (10)

1、旋臂式大功率风力发动机，包括配合于基础底座(4)上的主立轴(2)、套装转动配合于主立轴(2)外表面的旋臂轮(1)、沿旋臂轮(1)轴向间隔、径向设置的至少两组旋臂(3)，设置于两组旋臂(3)对应外端之间的工作帆(6)、以及与旋臂轮(1)或旋臂(3)形成传动副的动力输出轮(17)；其特征在于所述工作帆(6)通过转轴(5)与旋臂(3)外端配合，转轴(5)连接有偏航控制装置，工作帆(6)上还设有帆面调整机构。
2、根据权利要求1所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于还设有一风力风向检测装置(18)。
3、根据权利要求1所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于每组旋臂(3)沿旋臂轮(1)径向等角度间隔设置，帆面调整机构包括帆面面积和翼型调整机构，偏航控制装置、帆面调整机构选用机械式、电动式、液压式、气动式结构中的一种或其结合。
4、根据权利要求1所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述的偏航控制装置包括与旋臂轮(1)同轴转动配合的传动齿盘或齿圈(13)，与传动齿盘或齿圈(13)形成传动副、且由偏航电机(14)驱动的齿轮(15)，偏航电机(14)固定在基础底座(4)上，与转轴(5)同轴固定的工作帆驱动齿轮(12)和传动齿盘或齿圈(13)形成传动副。
5、根据权利要求4所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述的与转轴(5)同轴固定的工作帆驱动齿轮(12)经同轴固定的齿轮(10)、(11)与传动齿盘或齿圈(13)形成传动副。
6、根据权利要求4或5所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述工作帆驱动齿轮(12)与传动齿盘或齿圈(13)的整体传动比为1∶2。
7、根据权利要求3所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述的帆面面积调整机构包括设置于工作帆(6)上、下两端的转动电机(7)、(9)，转动电机(7)、(9)的输出轴与工作帆(6)的上、下侧边固定连接。
8、根据权利要求7所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述的转动电机(7)、(9)通过与其输出轴固定装配的工作辊或卷扬轮(8)与工作帆(6)的上、下侧边固定连接。
9、根据权利要求3所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述的翼型调整机构为一可随动力驱动产生表面翼型变化的膜结构、腔结构或其结合。
10、根据权利要求1或3所述的旋臂式大功率风力发动机，其特征在于所述的位于下部的旋臂轮(1)或旋臂(3)下侧同轴固定有传动轮(16)，动力输出轮(17)为沿传动轮(16)径向分布、并与其传动配合的至少一个。
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