CN202560485U - 垂直轴式风力发电机的动力传动系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种垂直轴式风力发电机的动力传动系统，所述垂直轴式风力发电机包括主塔和位于主塔顶部的回转架，所述回转架的四周设置有多个长形风兜，该主塔的内部设有竖直延伸的中心传动轴，所述主塔的底部设有伸出所述主塔的水平传动轴，其中，所述动力传动系统包括：在所述回转架和主塔之间设置的第一增速机构、在所述中心传动轴和水平传动轴之间设置的第二增速机构、以及在所述水平传动轴和发电机的动力输入轴之间设置的第三增速机构。在本实用新型中，第一增速机构布置在主塔顶部、第二增速机构布置在主塔的底部、第三增速机构布置在主塔的外部，其位置布局合理，将回转架的低转速提高至适合发电机的高转速，解决了增速传动的问题，设备造价低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种垂直轴式风力发电机，尤其涉及垂直轴式风力发电机的动力传动系统。
背景技术
目前，已商业化的风机均是水平横轴式风力发电机，其典型特征是桨叶围绕水平横轴转动，由于风能利用率很低，要获得足够的发电功率，桨叶半径均非常大，造成设备造价高，安装、维护困难、维修费用大，同时风机的使用寿命较短，使得电价居高不下，另外需要根据方向的改变来调节水平横轴的方位，因而结构较复杂。
垂直轴式风力发电机自身具有能够适应各种风场风向的优势，另外，将其叶片设计成长形风兜(请参见申请号为201010566629.7中国发明专利申请)的形状后，可使风机的风能利用率显著提高，如此，与同等功率的水平横轴式风力发电机相比，垂直轴式风力发电机的造价有大幅下降的空间。
在功率几十千瓦以上的垂直轴式风力发电机中，风机的设计转速很低，通常在7.5转/分左右，在此转速下发电机不能直接发电、需要增速。
如何布局动力传动系统，目前还没有成熟的设计方案供参考，迫于降低设备造价和安全性、可靠性、便于维护性的考虑，动力传动系统设计难度非常大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种垂直轴式风力发电机的动力传动系统，以使动力传动系统合理可靠并且能够降低设备总造价。
为此，本实用新型提供了一种垂直轴式风力发电机的动力传动系统，所述垂直轴式风力发电机包括主塔和位于主塔顶部的回转架，所述回转架的四周设置有多个长形风兜，该主塔的内部设有竖直延伸的中心传动轴，所述主塔的底部设有伸出所述主塔的水平传动轴，其中，所述动力传动系统包括：在所述回转架和主塔之间设置的第一增速机构、在所述中心传动轴和水平传动轴之间设置的第二增速机构、以及在所述水平传动轴和发电机的动力输入轴之间设置的第三增速机构。
进一步地，上述第一增速机构包括回转轴承和在所述中心传动轴上设置的中心齿轮，所述回转轴承包括与回转架固定连接的内保持圈及与主塔固定连接的外保持圈，其中，所述内保持圈上形成齿圈，所述齿圈与所述中心齿轮通过至少一过渡齿轮啮合传动。
进一步地，上述第二级增速机构为变速箱，所述变速箱包括一对啮合传动的伞齿轮。
进一步地，上述第二增速机构包括第一级皮带传动机构和第二级皮带传动机构。
进一步地，上述中心传动轴为空心轴。
进一步地，上述主塔包括若干可拆卸拼装的塔节。
进一步地，上述中心传动轴包括通过十字联轴器连接的若干轴段。
进一步地，上述回转架包括安装上悬臂的上筒体和安装下悬臂的下筒体，其中，所述上筒体和下筒体成对使用，所述上悬臂和下悬臂为桁架臂结构。
在本实用新型中，第一增速机构布置在主塔顶部、第二增速机构布置在主塔的底部、第三增速机构布置在主塔的外部，其位置布局合理，将回转架的低转速(7.5转/分)提高至适合发电机的高转速(≥600转/分)，解决了增速传动的问题。与强制于一变速箱中完成增速传动相比，动力传动系统的造价得到大幅降低，可由一百多万降至几十万元，并且降低了对中心传动轴、主塔的结构强度的要求，有助于降低设备的整体造价。
除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本实用新型具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本实用新型的附图示出了本实用新型的优选实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。图中：
图1示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的结构示意图；
图2示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的第一增速机构的结构示意图；
图3示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的第二增速机构的结构示意图；以及
图4示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的第二和第三增速机构的结构示意图。
附图标记说明
10回转架 11上悬臂
12下悬臂 13上筒体
14下筒体 20长形风兜
21恒速机构 30主塔
31中心传动轴 32水平传动轴
35塔节 36制动盘
40第一增速机构
41回转轴承 42中心齿轮
43过渡齿轮 411内保持圈
412外保持圈 50第二增速机构
51、52一对伞齿轮 60第三增速机构
61第一皮带轮 62第二皮带轮
63第一组皮带 64第三皮带轮
65第二组皮带 70第一刹车机构
71传动齿轮 80第二刹车机构
81碟式制动器 82弹簧储能气室制动分泵
83气控阀 84气源
90拉杆驱动机构 91拉杆
92驱动盘 93电机
921螺旋导轨 911导槽
931齿轮 922齿圈
94支撑辊 95定位压辊
100发电机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的动力传动系统的整体布局。如图1所示，垂直轴式风力发电机包括主塔30和位于主塔顶部的回转架10，回转架10的四周设置有多个长形风兜20，该主塔30的内部设有竖直延伸的中心传动轴31，主塔30的底部设有伸出主塔的水平传动轴32，其中，动力传动系统包括：在回转架10和主塔30之间设置的第一增速机构40、在中心传动轴31和水平传动轴32之间设置的第二增速机构50、以及在水平传动轴32和发电机100的动力输入轴之间设置的第三增速机构60。
在本实用新型中，第一增速机构40布置在主塔顶部、第二增速机构50布置在主塔的底部、第三增速机构60布置在主塔的外部，其位置布局合理，将回转架的低转速(7.5转/分)提高至适合发电机的高转速(≥600转/分)，解决了增速传动的问题。与强制于一变速箱中完成增速传动相比，动力传动系统的造价得到大幅降低，可由一百多万降至几十万元，并且降低了对中心传动轴、主塔的结构强度的要求，有助于降低设备的整体造价。
图2示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的第一增速机构的结构示意图。结合参照图1和图2，第一增速机构40包括回转轴承41和在中心传动轴31上设置的中心齿轮42，回转轴承41包括与回转架10固定连接的内保持圈411及与主塔30固定连接的外保持圈412，其中，内保持圈411上形成齿圈，齿圈与中心齿轮42通过至少一过渡齿轮43啮合传动。
通过第一增速机构40，可实现5至10倍增速，优选地，实现10倍增速，以将回转架的转速(即风机的转速)由7.5转/分提高至中心传动轴31的75转/分。
本发明的垂直轴式风机的工作原理如下：回转架10在长形风兜20的驱动下旋转，带动齿圈转动，该齿圈通过至少一过渡齿轮43向中心齿轮42传递动力，由中心齿轮42带动中心转动轴31向下传递动力，实现增速减扭。
在本发明中，回转架和主塔顶部之间形成由齿圈和中心齿轮之间形成的增速传动机构，该增速传动机构在高度方向上结构紧凑，塔顶和中心传动轴受力合理，解决了如何将垂直风机的动力传递至地面的难题。
图3示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的第二增速机构的结构示意图。结合参照图1和图3，第二增速机构50为变速箱，该变速箱包括啮合传动的一对伞齿轮51、52，实现变向传动。
优选地，通过该第二增速机构50，可实现2至6倍增速。优选地，实现4倍增速，以将中心转动轴31的转速75转/分提高至水平传动轴的转速300转/分。
图4示出了根据本实用新型的垂直轴式风力发电机的第二和第三增速机构的结构示意图。结合参照图1和图4，第三增速机构60为皮带传动机构。包括在水平传动轴32上设置的第一皮带轮61、第二皮带轮62、在第一皮带轮61和第二皮带轮62之间的第一组皮带63、在发电机输出轴上设置的第三皮带轮64、以及在第二皮带轮62和第三皮带轮63之间设置的第二组皮带65。
通过该第三增速机构60，可实现2至3倍柔性增速。优选地，2倍增速，以将水平传动轴32的转速300转/分提高至发电机的转速600转/分。
优选地，中心传动轴31包括通过十字联轴器连接的若干轴段。更优选地，各轴段为空心轴，可由无缝钢管加工而成。
优选地，主塔30包括若干可拆卸拼装的塔节35，以便于运输，该塔节35可参照塔式起重机的塔身标准节来构建。
优选地，上述回转架10包括安装上悬臂11的上筒体13和安装下悬臂12的下筒体14，其中，上筒体13和下筒体14设置成使上悬臂11和下悬臂12能够成对使用，以连接同一长形风兜。进一步地优选地，上悬臂11和下悬臂12呈V形张开，如此可减小回转架的高度，进而增加塔架的稳定性。
再如图2所示，垂直轴式风力发电机还包括第一刹车机构70，该第一刹车机构70通过传动齿轮71与内齿圈(即内保持圈411)实现啮合。通过设置内齿圈，不仅易于实现增速传动，还易于实现回转架10的刹车。
再如图4所示，垂直轴式风力发电机还包括第二刹车机构80。该第二刹车机构80优选为断气刹车机构，其包括碟式制动器81和两个或两个以上弹簧储能气室制动分泵82，该碟式制动器81与水平传动轴32上设置的制动盘36相适配。当向弹簧储能气室控制分泵82提供压缩空气时，碟式制动器81释放制动盘36，当切断弹簧储能气室控制分泵82中的压缩空气时，碟式制动器81抱死制动盘36。
上述断气刹车机构可以从市购获得，例如购自中国上海唐奕电子有限的DBH型(卧式)空压碟式制动器。
弹簧储能气室制动分泵82连接至气控阀83，气控阀83连接至气源84，通过操作气控阀83，可以控制碟式制动器81释放或抱死制动盘36。如此，能在断气和断电以后能自动抱死制动盘，以保证制动效果。
通过设置第一刹车机构70和第二刹车机构80，在检修维护时，能够可靠地实现刹车。
回转架内还设有拉杆驱动机构90，该拉杆驱动机构90包括与控制长形风兜20启闭的恒速装置21连接的拉杆91、在回转架10中水平设置的驱动盘92、以及使驱动盘92转动的电机93，其中，驱动盘92的盘面上设有螺旋导轨921，各拉杆91伸入回转架10的内腔中并且具有与驱动盘92的螺旋导轨921传动配合的导槽911。
其中，电机93的输出轴上设有齿轮931，驱动盘92的盘面上设有与齿轮931啮合传动的齿圈922。
拉杆驱动机构90的工作过程如下：当需要打开长形风兜20时，电机驱动驱动盘92沿预定方向转动，拉杆91向回转架10外伸出，消除长形风兜20打开的阻力，长形风兜20在风力的作用下打开，以及时放走多余风能；当需要闭合长形风兜20时，电机驱动驱动盘92沿预定方向的反方向转动，拉杆91向回转架10内回缩移动，增加长形风兜20打开的阻力，长形风兜20逐渐闭合。
长形风兜优选采用对称打开方式，该长形风兜的结构在中国发明专利说明书(申请号201010566629.7)中有详细描述，其全部内部结合于此供参考。
采用上述拉杆驱动机构90可实现拉杆缓慢移动，非常符合长形风兜的启闭要求。另外拉杆驱动机构90结构较简单，可以满足多个拉杆例如5～9个拉杆同时启闭的要求。
优选地，驱动盘92的圆周上均布有多个支撑辊94和定位压辊95，以此可水平转动地设置在回转架10的内腔中，该驱动盘92的安装方式具有结构简单、便于拆卸维护的优势。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种垂直轴式风力发电机的动力传动系统，所述垂直轴式风力发电机包括主塔(30)和位于主塔(30)顶部的回转架(10)，所述回转架(10)的四周设置有多个长形风兜(20)，其特征在于，所述主塔(30)的内部设有竖直延伸的中心传动轴(31)，所述主塔(30)的底部设有伸出所述主塔(30)的水平传动轴(32)，其中，所述动力传动系统包括：在所述回转架(10)和主塔(30)之间设置的第一增速机构(40)、在所述中心传动轴(31)和水平传动轴(32)之间设置的第二增速机构(50)、以及在所述水平传动轴(32)和发电机(100)的动力输入轴之间设置的第三增速机构(60)。
2.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述第一增速机构(40)包括回转轴承(41)和在所述中心传动轴(31)上设置的中心齿轮(42)，所述回转轴承(41)包括与回转架(10)固定连接的内保持圈(411)及与主塔(30)固定连接的外保持圈(412)，其中，所述内保持圈(411)上形成齿圈，所述齿圈与所述中心齿轮(42)通过至少一过渡齿轮(43)啮合传动。
3.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述第二级增速机构(50)为变速箱，所述变速箱包括一对啮合传动的伞齿轮(51、52)。
4.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述第三增速机构(60)为皮带传动机构。
5.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述中心传动轴(31)为空心轴。
6.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述主塔(30)包括若干可拆卸拼装的塔节(35)。
7.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述中心传动轴(31)包括通过十字联轴器连接的若干轴段。
8.根据权利要求1所述的垂直轴式风力发电机的动力传动系统，其特征在于，所述回转架(10)包括安装上悬臂(11)的上筒体(13)和安装下悬臂(12)的下筒体(14)，其中，所述上筒体(13)和下筒体(14)成对使用，所述上悬臂(11)和下悬臂(12)为桁架臂结构。
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