CN202381255U

CN202381255U - 兆瓦级风力发电系统风能转换装置

Info

Publication number: CN202381255U
Application number: CN2011205727743U
Authority: CN
Inventors: 杨道彤; 刘全芝; 刘传义; 吴刚; 吴长友; 冯广磊; 王艳妮
Original assignee: 杨道彤
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2021-12-31

Abstract

一种风能利用率高、维修方便的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，包括底座，底座上连接有外围塔架，底座上方设计有风轮机构，风轮机构包括垂直旋转轴，垂直旋转轴的下部连接有水平方向的齿盘，垂直旋转轴的下部和上部分别通过复合双轨滚珠轴承与底座相连接，垂直旋转轴上设计有固定座，固定座上连接有叶片支架，叶片支架上套有挡风叶片。

Description

兆瓦级风力发电系统风能转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电装置，尤其涉及一种兆瓦级风力发电系统风能转换装置。

背景技术

目前，我国的大部分大型风力发电装置为水平轴风力发电装置，这样的水平轴风力发电机的叶片设计目前普遍采用的是动量—叶素理论，但是由于叶素理论忽略了各叶素之间的流动干扰，同时在应用叶素理论设计叶片时都忽略了翼型的阻力，这种简化处理不可避免的造成了结果的不准确性，这种简化对叶片外形设计的影响较小，但是对风轮的风能利用率影响很大，这样实际的风能利用率比理论的风能的利用率要小的多。此外，水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样叶片所受的就是一个交变载荷，这对于叶片的疲劳强度是非常不利，另外，水平轴的发电机都置于几十米的高空，这给发电机的安装和维护检修带来了很多的不便。同时对环境也存在着一定的影响，水平轴风轮的尖速比一般在5-7左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生很大的气动噪音。同时水平轴风力发电装置的风片体积很大，需要较大的风速才能使其主轴旋转，风能的利用率较低，做功效率不高，且安装地区受到限制，只能安装在我国的沿海和沙漠地区，而不适合在居住人口较多的内陆地区安装。由于较大的体积和安装地理位置的限制，则使其投资建设成本较高，安装维修不便。而已存在的垂直轴风力发电装置的风片和风轮机构的设计不够完善，对风能的利用率不高，且发电量受限，不能实现大功率发电，而且以上各种形式的风力发电装置受风向的影响比较大，不能适任意方向。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种风能利用率高、维修方便的兆瓦级风力发电系统风能转换装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种兆瓦级风力发电系统风能转换装置，包括底座，底座上连接有外围塔架，其特征是：底座上方设计有风轮机构，风轮机构包括垂直旋转轴，垂直旋转轴的下部连接有水平方向的齿盘，垂直旋转轴的下部和上部分别通过复合双轨滚珠轴承与底座相连接，垂直旋转轴上设计有固定座，固定座上连接有叶片支架，叶片支架上套有挡风叶片。

此结构中，底座上设计有发电机，发电机上连接有齿轮，齿轮与齿盘相啮合，

此结构中，挡风叶片包括叶片本体，叶片本体的两侧设计有弧形侧叶片，叶片本体的上端设计有固定套。

此结构中，叶片支架固定连接有限位弹簧，限位弹簧与挡风叶片相对应，限位弹簧上设计有弹簧支架，弹簧支架与限位弹簧为一整体，弹簧支架位于挡风叶片后方。

此结构中，叶片支架上设计有支架凸起，限位弹簧位于支架凸起之间。

此结构中，固定座上开有螺孔，叶片支架的两端带有螺纹，叶片支架与固定座螺纹连接。

此结构中，叶片支架为多层，下层的叶片支架位于上层挡风叶片的后方。

此结构中，叶片支架的自由端连接有限位螺母。

此结构中，叶片支架的自由端与垂直旋转轴之间连接有斜拉线，所述叶片本体、弧形侧叶片和固定套为一整体。

此结构中，复合双轨滚珠轴承包括轴承，轴承内套有复合轴承内套，轴承与复合轴承内套之间装有滚珠座，滚珠座内装有滚珠。

本实用新型的优点效果在于：由于本实用新型这种结构，所以本实用新型的优点如下：

1. 发电量大，本风力发电系统的换能装置的发电机通过一个齿轮与齿盘直接啮合，传动比较大，在微风、弱风的程度下就能使垂直旋转轴获得很大的扭矩，单机容量可达到3-10兆瓦，可以使多个发电机同时发电。

2. 做功效率高，受风侧迎风面挡风叶片受力大，逆风侧背风挡风叶片几乎无阻力，使得风的利用率大大提高。

3. 风轮机构也具有合理的设计，上下层叶片支架相互交错成最佳角度，使挡风叶片的受力面积得到了最大限度的利用，从而提高了风的利用率。

4. 该装置对风向没有要求，适应任意风向，便于普及。

5. 与水平轴风力发电装置相比，其尖速比小，几乎无噪音。

6. 本装置的挡风叶片可以铰接在两种不同类型的支架上，适应不同地区不同风能的要求，无地域的局限性。

7. 与同类风力发电装置相比，本装置建设投资小，发电成本低，运营时间和使用寿命长，安装维修方便，适应环境能力强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一种结构示意图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为图1中挡风叶片、限位弹簧、弹簧支架和叶片支架连接结构示意图；

图5为图1中挡风叶片的结构示意图；

图6为图1中挡风叶片的使用状态参考图；

图7为图1中复合双轨滚珠轴承的结构示意图。

附图中：1、限位螺母； 2、垂直旋转轴； 3、固定座； 4、叶片支架； 5、挡风叶片； 6、外围塔架； 7、齿盘； 8、底座； 9、复合双轨滚珠轴承； 10、发电机； 11、齿轮； 12、限位弹簧； 13、支架凸起； 14、固定套； 15、叶片本体； 16、弧形侧叶片； 17、弹簧支架； 18、轴承； 19、滚珠； 20、复合轴承内套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种兆瓦级风力发电系统风能转换装置，包括底座8，底座8上连接有外围塔架6，其特征是：底座8上方设计有风轮机构，风轮机构包括垂直旋转轴2，垂直旋转轴2的下部连接有水平方向的齿盘7，垂直旋转轴2的下部和上部分别通过复合双轨滚珠轴承9与底座8相连接，垂直旋转轴2上设计有固定座3，固定座3上连接有叶片支架4，叶片支架4上套有挡风叶片5，在本实施例中，底座8上设计有发电机10，发电机10上连接有齿轮11，齿轮11与齿盘7相啮合齿轮与齿盘间的传动比大，齿盘周围可以啮合多个连接发电机的齿轮，上层和下层的叶片支架相互交错最佳的角度，使风能的利用率大大提高。在本实施例中，挡风叶片5包括叶片本体15，叶片本体15的两侧设计有弧形侧叶片16，叶片本体15的上端设计有固定套14，这种结构增大了风对挡风叶片的作用力，增大了垂直方向的扭矩，使垂直旋转轴更容易启动旋转。在本实施例中，叶片支架4固定连接有限位弹簧12，限位弹簧12与挡风叶片5相对应，限位弹簧12上设计有弹簧支架17，弹簧支架17与限位弹簧12为一整体，弹簧支架17位于挡风叶片5后方。在本实施例中，叶片支架4上设计有支架凸起13，限位弹簧12位于支架凸起13之间。使用本实用新型时，可以根据地理环境的不同，选择不同弹性系数的限位弹簧12，来适应不同的风速。挡风叶片下部无限位杆，可以翻转五级风以下时只能单向翻转，超过五级风时双向翻转。当挡风叶片受到微风的作用时，由于弹簧的弹力此时的弹力大于风对叶片的作用力使迎风面叶片保持竖直，背风侧叶片受到风的作用被抬起，推动垂直旋转轴的旋转，实现微风就能发电的目的。当受到强风此时的风速在五级以上的作用时，其对挡风叶片的作用力大于弹簧对叶片的弹力，此时弹簧失去作用，使叶片沿着风向被抬起，释放部分风能，使旋转轴转速不至于过大，防止强风对风轮机构及下部发电机造成损害。同时每个挡风叶片相互独立，不受其他挡风叶片损坏后的影响，方便维修。在本实施例中，固定座3上开有螺孔，叶片支架4的两端带有螺纹，叶片支架4与固定座3螺纹连接，连接方便；在本实施例中，叶片支架4为多层，下层的叶片支架4位于上层挡风叶片5的后方。在本实施例中，叶片支架4的自由端连接有限位螺母1，固定牢靠。在本实施例中，叶片支架4的自由端与垂直旋转轴2之间连接有斜拉线，提高本实用新型的稳固性和支撑力，所述叶片本体15、弧形侧叶片16和固定套14为一整体，整个装置牢固。在本实施例中，复合双轨滚珠轴承9包括轴承18，轴承18内套有复合轴承内套20，轴承18与复合轴承内套20之间装有滚珠座，滚珠座内装有滚珠19，利用复合双轨滚珠轴承9能够进一步减少阻力，本装置更容易启动，增加了风轮机构启动的灵敏性，效率高，发热量少，可以减少润滑油的消耗，维护方便。

使用本实用新型时，下层的叶片支架4即可以作为上层的挡风叶片5的限位杆，当受风侧的迎风面叶片受到风的作用力时，此时限位杆与挡风叶片接触，挡风叶片顺风的方向翻转，推动旋转轴的转动，进而使下部的齿盘带动发电机工作，逆风侧的背风面挡风叶片受到风的作用力被释放掉背风面基本上无阻力，同时弧形的叶片垂直安装在支架上，与已现有的横放的弧形叶片装置相比，在雪天不会造成大雪的堆积，对支架造成破坏，不受恶劣天气的影响，此时风轮结构受到力偶作用，产生围绕中心轴旋转的力矩，在微风、弱风的程度下就能通过旋转轴下端的大齿轮带动发电机转动，发出兆瓦级的电量。

本实用新型可以在很小的风速下使旋转轴获得很大的转矩，可以同时使用多个发电机工作进行发电，且单机容量可达到3-10兆瓦。

使用本实用新型时，可以根据不同地区发电量的需求和风速的要求，可以垂直串联安装多组风轮机构，也可以水平并联多组风轮机构，达到对电量的需求，最大限度的利用风能。

叶片支架的上层和下层相互交错最佳角度，这样的设计相对增加了风的方向与受风侧的迎风面叶片垂直接触的时间，风对叶片连续性做功，使迎风面叶片的受力面积达到最大，风推动风叶做连续性旋转，与同等产品相比本装置大大的提高了风的利用率，实现了微风就能发电的目的。

本实用新型的每个层面中有三个挡风支架相互夹角120度，且上下层支架相互交错最佳角度。

Claims

1.一种兆瓦级风力发电系统风能转换装置，包括底座（8），底座（8）上连接有外围塔架（6），其特征是：底座（8）上方设计有风轮机构，风轮机构包括垂直旋转轴（2），垂直旋转轴（2）的下部连接有水平方向的齿盘（7），垂直旋转轴（2）的下部和上部分别通过复合双轨滚珠轴承（9）与底座（8）相连接，垂直旋转轴（2）上设计有固定座（3），固定座（3）上连接有叶片支架（4），叶片支架（4）上套有挡风叶片（5）。

2.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的底座（8）上设计有发电机（10），发电机（10）上连接有齿轮（11），齿轮（11）与齿盘（7）相啮合。

3.根据权利要求2所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的挡风叶片（5）包括叶片本体（15），叶片本体（15）的两侧设计有弧形侧叶片（16），叶片本体（15）的上端设计有固定套（14）。

4.根据权利要求3所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的叶片支架（4）固定连接有限位弹簧（12），限位弹簧（12）与挡风叶片（5）相对应，限位弹簧（12）上设计有弹簧支架（17），弹簧支架（17）与限位弹簧（12）为一整体，弹簧支架（17）位于挡风叶片（5）后方。

5.根据权利要求4所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的叶片支架（4）上设计有支架凸起（13），限位弹簧（12）位于支架凸起（13）之间。

6.根据权利要求5所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的固定座（3）上开有螺孔，叶片支架（4）的两端带有螺纹，叶片支架（4）与固定座（3）螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的叶片支架（4）为多层，下层的叶片支架（4）位于上层挡风叶片（5）的后方。

8.根据权利要求6或7所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的叶片支架（4）的自由端连接有限位螺母（1）。

9.根据权利要求8所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的叶片支架（4）的自由端与垂直旋转轴（2）之间连接有斜拉线，所述叶片本体（15）、弧形侧叶片（16）和固定套（14）为一整体。

10.根据权利要求9所述的兆瓦级风力发电系统风能转换装置，其特征在于：所述的复合双轨滚珠轴承（9）包括轴承（18），轴承（18）内套有复合轴承内套（20），轴承（18）与复合轴承内套（20）之间装有滚珠座，滚珠座内装有滚珠（19）。