CN201262133Y - 一种风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电装置，包括塔架、安置在塔架上的对风机构、安装在塔架上并由对风机构带动转动的风力转换机构、风向监测机构、以及根据风向监测机构来控制对风机构动作的控制机构。风力转换机构包括安装在塔架上作为固定转动轴心的中空芯轴；对风机构包括。动力源、套设在芯轴外围的转动支座、以及连接在动力源与转动支座之间并带动转动支座绕芯轴旋转的传动组件；风力转换机构设置在转动支座上。通过风向监测机构来检测风向，然后由控制机构控制对风机构的动力源动作，并通过传动组件带动转动支座转动，进而带动风力转换机构转动一定角度，而得到风轮与风向处于合适的角度，具有结构简单、调节方便、可根据需要调整功率的优点。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术，更具体地说，涉及一种用于液体传动式风力发电装置的旋转机。

背景技术

在石化、燃煤能源日渐枯的今天，风力发电已成为人类能源开发的重点方向之一。资料表明，全球可开发风能资源的总量大约为人类能源需求总量的2倍。风能的丰富性和可自然再生性是最具吸引力的理由。

风力发电技术起源于欧洲，其中丹麦、荷兰、德国等国家对风力发电的开发和倡导已经有超过20年的历史了。风力发电技术诞生以来，经历了不断的改进，进而发展成为目前比较成熟的水平轴、三叶片、锥形管式塔等结构形式。目前的大型风力发电机通常采用水平轴型式，它由塔架、风轮、变速箱(加速齿轮箱)、发电机、偏移装置、控制系统等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气体流动性能良好的叶片装在轮轴上所组成，低速转动的风轮通过传动机构由加速齿轮箱增速，进而将动力传递给发电机。风轮由高大的塔架支撑，由于风向会经常改变，为了有效地利用风能，必须要有自动迎风的偏移装置，它根据风向感测仪测得的风向信号，进而推动风轮使之一直面对迎风面。然而这种传统的风力发电装置存在以下一些问题：1、为了满足功率规模和抗灾害性风力的强度，会导致制造成本大大增加；2、为满足功率规模，会对环境产生负面影响；3、风轮超低转速与发电机经济转速之间的矛盾导致成本再增；4、独立运作的机组结构增大了建设成本。

为此，本实用新型人研制出了如中国实用新型专利申请200510120802.7号的风力发电装置和系统。通过风轮带动液压泵转动，使液压泵对输入其中的传动液体(通常为液压油)进行加压并通过输液管输出到液压马达，液压马达在高压液体的驱动下产生转动，进而带动发电机转动而发电。进一步的，为了使得风轮具有理想的迎风角度，需要风轮绕塔架转动一定角度，为了避免输液管的缠绕，风轮通过旋转机安装在塔架上，旋转机的结构如中国实用新型专利申请200610060905.3号。然而，这种结构的风力发电装置采用的是自适应的对风机构，无法很好的控制风轮的对风角度，而调整风轮的输出功率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有的风力发电装置风轮的对风角度难以控制的问题，提供一种可控制风轮的对风角度而调整风轮的输出功率的风力发电装置。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案为：提供一种风力发电装置，包括塔架、安置在所述塔架上的对风机构、安装在所述塔架上并由所述对风机构带动转动的风力转换机构、风向监测机构、以及根据所述风向监测机构来控制所述对风机构动作的控制机构；

所述风力转换机构包括安装在所述塔架上作为固定转动轴心的中空芯轴；

所述对风机构包括由所述控制机构控制工作的动力源、套设在所述芯轴外围的转动支座、以及连接在所述动力源与所述转动支座之间并带动所述转动支座绕所述芯轴旋转的传动组件；

所述风力转换机构设置在所述转动支座上。

在本实用新型的风力发电装置中，所述动力源为由所述控制机构控制动作的驱动电机。

在本实用新型的风力发电装置中，所述传动组件包括由所述驱动电机带动转动的输入齿轮、以及由所述输入齿轮带动转动的输出齿轮；所述输出齿轮与所述转动支座固定连接。

在本实用新型的风力发电装置中，所述驱动电机与所述输入齿轮之间设有减速机构，所述减速机构设有输出轴，所述输入齿轮固定安装在所述输出轴上。

在本实用新型的风力发电装置中，所述塔架顶部设有转接板。

在本实用新型的风力发电装置中，所述风力转换机构包括风轮、主传动轴、主传动轴座、液压泵、旋转机、外壳、底板；

所述外壳安装在所述底板上，并将所述主传动轴、主传动轴座、液压泵、旋转机包裹于其中；

所述主传动轴的一端伸出所述外壳，与所述风轮固定连接，并由所述风轮带动所述主传动轴转动；

所述主传动轴的另一端与所述液压泵连接，带动所述液压泵工作；

所述主传动轴通过轴承安装在所述主传动轴座上；

所述主传动轴固定安装在所述底板上；

所述液压泵与所述旋转机通过进液管和出液管连接，输出和输入工作液。

在本实用新型的风力发电装置中，所述旋转机包括所述作为固定转动轴心的中空芯轴、以及可转动安装在所述中空芯轴外围的旋转环；

所述中空芯轴内部安装有芯轴进液管和芯轴出液管，并且在所述中空芯轴的侧壁开设有分别与所述芯轴进液管和芯轴出液管连通的芯轴进液口和芯轴出液口；

所述旋转环包括分别与所述芯轴进液管和芯轴出液管连通的进液通道和出液通道，所述进液通道的进口与所述液压泵的进液管固定连接，而所述出液通道的出口与所述液压泵的出液管固定连接；并且，当旋转环安装到中空芯轴上时，进液通道和出液通道相隔绝；

该旋转环与所述底板之间设有固定于底板上的连接板，所述旋转环的下端通过销子与所述连接板定位连接；

所述底板设置在所述对风机构的转动支座上，并通过轴承安装在所述中空芯轴的外围，由所述对风机构带动所述底板绕所述中空芯轴转动。

在本实用新型的风力发电装置中，所述主传动轴上还设有用于制动所述主传动轴的刹车机构，所述刹车机构包括固定安装在所述主传动轴上的刹车盘、以及安装在所述外壳内的制动所述刹车盘的制动器和超越离合器。

在本实用新型的风力发电装置中，所述主传动轴上还设有增速机构，所述增速机构包括固定安装在所述主传动轴上的变速齿轮、安装在外壳内的增速电机、超越离合器和增速齿轮；所述增速电机的输出轴与所述超越离合器连接，并且所述超越离合器连接带动所述增速齿轮转动，所述增速齿轮带动与其啮合的所述变速齿轮转动。

实施本实用新型的风力发电装置，具有以下有益效果：通过风向监测机构来检测风向，然后由控制机构控制对风机构的动力源动作，并通过传动组件带动转动支座转动，进而带动风力转换机构转动一定角度，从而得到风力转换机构的风轮与风向处于合适的角度，具有结构简单、调节方便、可根据需要调整功率的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型液压风力发电装置的原理示意图；

图2是本实用新型风力发电装置的剖视示意图；

图3是本实用新型风力发电装置的芯轴的剖视示意图；

图4是本实用新型风力发电装置增加行星增速器的示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型一个优选实施例中，本实用新型的风力发电装置包括塔架10、安装在塔架10上的对风机构、风力转换机构30、风向监测机构(图未示)以及控制机构(图未示)。其中，风向检测机构可以采用现有的风向计等，而控制机构可以采用单片机、工业控制机等。通过风向监测机构检测风向，并将风向数据传送给控制机构，控制机构根据接收到的风向数据发出动作信号，驱动对风机构动作，带动风力转换机构30转动一定角度，以适应不同的风向，例如风轮31与风向正对或成一定夹角，从而得到理想的输出功率。

如图所示，在塔架10的顶部设有转接板11，用于作为安装部件，供风力转换机构30、对风机构等的安装。

该风力转换机构30包括风轮31、主传动轴32、主传动轴座33、连接板34、液压泵35、旋转机36、外壳37、底板38等。风轮31与主传动轴32一端固定连接，并设在外壳37的外侧，在风力的推动下旋转，从而带动主传动轴32转动。主传动轴32通过圆锥滚子轴承安装在主传动轴座33上，而主传动轴座33通过螺钉、螺栓等固定安装在底板38上；而底板38设置在对风机构上，由对风机构带动转动。主传动轴32的输出端通过梅花形弹性联轴器39与液压泵35的输入轴连接，从而带动液压泵35工作提升油压。液压泵35的进液管351和出液管352分别与旋转机36的进液口和出液口固定连接，而旋转机36的出液口连接至液压马达，利用高压液体进行发电；而旋转机36的进液口与储油箱(图未示)连接，输入工作液体至液压泵35(图未示)，形成工作液体循环的回路。

该旋转机36包括中空芯轴361、可转动安装在中空芯轴361外围的旋转环362、以及密封件367等。该中空芯轴361为中空的，内部安装有芯轴进液管363和芯轴出液管364，并且在芯轴的侧壁开设有分别与芯轴进液管363和芯轴出液管364连通的芯轴进液口和芯轴出液口。该中空芯轴361的下端通过焊接、螺钉、螺栓连接等方式固定在管道固定座365上，而管道固定座365同样可以通过焊接、螺钉、螺栓连接等方式固定安装在塔架10的转接板11上，从而使得中空芯轴361不转动，而作为整个风机转换机构的旋转轴心。

该旋转环362包括分别与芯轴进液管363和芯轴出液管364连通的环状进液通道3621和出液通道3622，进液通道3621的进口与液压泵35的进液管351固定连接，而出液通道3622的出口与液压泵35的出液管352固定连接。并且，当旋转环362安装到中空芯轴361上时，进液通道3621和出液通道3622相隔绝。该旋转环362的下端与连接板34通过销子366定位连接，而连接板34通过螺钉、螺栓等连接方式与底板38固定连接，而底板38设置在对风机构上，并通过轴承安装在中空芯轴361的外围，由对风机构带动底板38转动，从而带动连接板34转动，而带动旋转环362转动，避免了液压泵35的进液管351和出液管352的打结、缠绕等问题。

在组装旋转机36时，进液通道3621和出液通道3622之间设有密封件367，从而将进液通道3621和出液通道3622相隔绝。并且在进液通道3621与轴承之间、出液通道3622与轴承之间同样设置密封件367，从而避免通道内的液体的泄漏。为了便于密封件367、轴承的安装，可以在中空芯轴361的外围套设轴套，为密封件367和轴承提供安装位便于安装。在中空芯轴361顶部还固定安装有压板，压制旋转环362，避免旋转环362脱出中空芯轴361。

该对风机构包括有控制机构控制工作的动力源、套设在芯轴外围的转动支座22、以及连接在动力源和转动支座22之间并带动转动支座22绕芯轴旋转的传动组件。在本实施例中，动力源为驱动电机21；传动组件包括由驱动电机21带动转动的输入齿轮23、以及由输入齿轮23带动转动的输出齿轮24。该输出齿轮24与转动支座22固定连接，带动转动支座22转动；在本实施例中，输出齿轮24与转动支座22做成一体式结构；可以理解的，输出齿轮24与转动支座22也可以做成分体式的，通过螺钉、螺栓、铆钉、焊接的方式固定连接即可。

进一步的，在驱动电机21与输入齿轮23之间还设有减速机构25(例如减速齿轮组等)，从而降低驱动电机21的输出转速。减速机构25的输出轴与输入齿轮23固定连接，带动输入齿轮23转动。如图所示，驱动电机21和减速机构25安装在转接板11的下方，而输入齿轮23设置在转接板11的上方，因此，在转接板11上设有通孔，以供输出轴穿过，在通孔与输出轴之间通过轴承连接，在本实施例中，为两个轴承，两个轴承之间还设有轴套，并且在上端的轴承外侧设有压紧轴承的轴承压盖26。在输出轴的顶端还通过螺钉锁紧有齿轮压盖27，防止输入齿轮23脱出输出轴。

外壳37包裹在底板38的外围，并通过螺钉固定在底板38上，同时在转接板11和底板38之间设有防护罩28，从而将主传动轴32、主传动轴座33、旋转机36、转动支座22、传动组件等包裹起来，并在连接部位设置密封垫圈等，起到防尘、防水的作用。

当风向监测机构监测风向、风速等的转变时，输出信号至控制机构，由控制机构发出指令，驱动驱动电机21动作；驱动电机21带动减速机构25动作，并由输出轴带动输入齿轮23转动，输入齿轮23带动与其啮合的输出齿轮24转动，由输出齿轮24带动转动支座22转动，从而带动设置再转动支座22上的底板38转动，从而带动底板38上外壳37、主传动轴座33、旋转环362等转动，进而带动安装在主传动轴32上的风轮31绕中空芯轴361转动一定角度，以获得理想的对风角度。

进一步的，在主传动轴32上还设有刹车机构，用于制动主传动轴32。该刹车机构包括固定安装在主传动轴32上的刹车盘41、以及安装在外壳37内的制动器42和超越离合器43。通过制动器42和超越离合器43来制动刹车盘，从而制动主传动轴32。

在主传动轴32上还进一步的设有启动机构，该启动机构包括固定安装在主传动轴32上的启动齿轮51、安装在外壳37内的启动电机52、超越离合器53和变速齿轮54。启动电机52的输出轴与超越离合器53连接，通过超越离合器53带动变速齿轮54转动，再由变速齿轮54带动与其啮合的启动齿轮51转动，从而通过启动电机52来输入额外的动力，来启动主传动轴32，在初始阶段增加动力来带动主传动轴转动。

针对较大功率的风力发电装置，如图4所示，可以在主32与液压泵35之间设置行星增速器60，已另案申请(申请号为200720171397.6)，主传动轴32通过联轴器61(如膜片联轴器等)与行星齿轮增速器60连接，通过行星齿轮增速器60提高转速，以达到提高输出功率的作用。

Claims (9)

1、一种风力发电装置，包括塔架、安置在所述塔架上的对风机构、安装在所述塔架上并由所述对风机构带动转动的风力转换机构、风向监测机构、以及根据所述风向监测机构来控制所述对风机构动作的控制机构；

所述风力转换机构包括安装在所述塔架上作为固定转动轴心的中空芯轴；

其特征在于，所述对风机构包括由所述控制机构控制工作的动力源、套设在所述芯轴外围的转动支座、以及连接在所述动力源与所述转动支座之间并带动所述转动支座绕所述芯轴旋转的传动组件；

所述风力转换机构设置在所述转动支座上。

2、根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述动力源为由所述控制机构控制动作的驱动电机。

3、根据权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，所述传动组件包括由所述驱动电机带动转动的输入齿轮、以及由所述输入齿轮带动转动的输出齿轮；所述输出齿轮与所述转动支座固定连接。

4、根据权利要求3所述的风力发电装置，其特征在于，所述驱动电机与所述输入齿轮之间设有减速机构，所述减速机构设有输出轴，所述输入齿轮固定安装在所述输出轴上。

5、根据权利要求1-4任一项所述的风力发电装置，其特征在于，所述塔架顶部设有转接板。

6、根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，所述风力转换机构包括风轮、主传动轴、主传动轴座、液压泵、旋转机、外壳、底板；

所述外壳安装在所述底板上，并将所述主传动轴、主传动轴座、液压泵、旋转机包裹于其中；

所述主传动轴的一端伸出所述外壳，与所述风轮固定连接，并由所述风轮带动所述主传动轴转动；

所述主传动轴的另一端与所述液压泵连接，带动所述液压泵工作；

所述主传动轴通过轴承安装在所述主传动轴座上；

所述主传动轴固定安装在所述底板上；

所述液压泵与所述旋转机通过进液管和出液管连接，输出和输入工作液。

7、根据权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于，所述旋转机包括所述作为固定转动轴心的中空芯轴、以及可转动安装在所述中空芯轴外围的旋转环；

所述中空芯轴内部安装有芯轴进液管和芯轴出液管，并且在所述中空芯轴的侧壁开设有分别与所述芯轴进液管和芯轴出液管连通的芯轴进液口和芯轴出液口；

所述旋转环包括分别与所述芯轴进液管和芯轴出液管连通的进液通道和出液通道，所述进液通道的进口与所述液压泵的进液管固定连接，而所述出液通道的出口与所述液压泵的出液管固定连接；并且，当旋转环安装到中空芯轴上时，进液通道和出液通道相隔绝；

该旋转环与所述底板之间设有固定于底板上的连接板，所述旋转环的下端通过销子与所述连接板定位连接；

所述底板设置在所述对风机构的转动支座上，并通过轴承安装在所述中空芯轴的外围，由所述对风机构带动所述底板绕所述中空芯轴转动。

8、根据权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于，所述主传动轴上还设有用于制动所述主传动轴的刹车机构，所述刹车机构包括固定安装在所述主传动轴上的刹车盘、以及安装在所述外壳内的制动所述刹车盘的制动器和超越离合器。

9、根据权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于，所述主传动轴上还设有增速机构，所述增速机构包括固定安装在所述主传动轴上的变速齿轮、安装在外壳内的增速电机、超越离合器和增速齿轮；所述增速电机的输出轴与所述超越离合器连接，并且所述超越离合器连接带动所述增速齿轮转动，所述增速齿轮带动与其啮合的所述变速齿轮转动。

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