CN203175763U - 一种水陆两用风帆式风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种水陆两用风帆式风力发电机，涉及风力发电，解决海上和陆上风力发电成本高，难度大的问题。本实用新型包括：三叶片风轮、挡风帽、导风角、圆柱形浮箱，圆柱形浮箱可浮在水面，架起挡风帽和三叶片风轮，三叶片风轮在挡风帽和导风角的保护下，可在风轮主轴左右各带一台发电机发电。当风帆式风力发电机陆上使用时，圆柱形浮箱可改制为圆柱形底架塔筒，塔筒内设置固定内置转轴的隔板，隔板上面放置偏航系统、蓄电池组、控制系统；塔筒与地面基础连接。本实用新型用于风力发电，克服了涡轮式三风叶风轮受力面小，风能利用率低的缺点，并可水陆两用。

Description

一种水陆两用风帆式风力发电机

技术领域

实用新型涉及风力发电机，尤其涉及一种风帆式风力发电机。 

背景技术

现有的涡轮结构、水平轴三风叶风力发电机，机体巨大，受力面小，风能利用率低，尤其海上风力发电更是困难很多。 

CN101046190公开了一种“自制风、风洞、风轮、风力发电机组合”的技术方案，它是利用风洞自制风，采用含有四风叶风轮、挡风帽、导风角结构的风力发电机组。并提出了：将“风叶风轮、挡风帽、导风角置于高处，也可利用自然风带动风力发电机进行发电。”的构思，但尚无具体的技术方案。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种水陆两用风帆式风力发电机，解决现有技术中，利用自然风、采用含有风叶风轮、挡风帽、导风角结构的风力发电机尚无具体技术方案的问题，进而解决海上和陆上风力发电成本高，难度大的问题。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的： 

风帆式风力发电原理：帆船在大海中航行，利用风吹帆，帆带动船向前航行，可见帆的受力状况良好，如果船固定不动，而帆做成三叶片或者四叶片，中间有轴，两端用轴承和轴承架固定于船的左右两侧，形成三叶片风轮或者四叶片风轮。如图1所示：笫一个叶片1a立起受力，而其他叶片在船（相当于本申请的挡风帽）中，笫一个风叶1a受力倒下后，笫二个风叶1b开始受力，然后是第三个风叶1c受力，让整个叶片风轮单叶交替受力，风轮就会很快地转动起来。因帆的面积可做的很大，帆后阻力又很小，所以转动能量会很大，可带动设置在船左右两侧的发电机发电，同时，可使整个船能够保持平稳。 

基于上述原理，本实用新型的具体结构如下： 

一种水陆两用风帆式风力发电机，包括：固定在风轮主轴2上的三叶片 风轮1，支撑三叶片风轮1的挡风帽3，设置在挡风帽3前部的导风角5，三叶片风轮1的三叶片互成120度夹角，其特征在于；所述挡风帽3的底部通过连接盘13与圆柱形浮箱6的内置转轴12连接，在所述挡风帽3两侧设置发电机平台4，所述风轮主轴2两端通过增速装置21分别与两个发电机22连接；所述圆柱形浮箱6的内置转轴12包括：转轴外套、上下两盘轴承、厚壁空心管里轴和里轴下端细轴，所述里轴和连接盘13下端用螺丝连接，连接盘13上端与挡风帽用螺栓固定，所述里轴下端细轴与偏航系统14连接。圆柱型浮箱6内还设有隔板23，隔板23上安装蓄电池组15，控制系统16；所述圆柱形浮箱6内放入浮箱容积1/4～1/2的海水，在其底部设有电磁阀7、直流电潜水泵8，在浮箱周围水面以上的部位均匀安装4～8个阻尼筒11，阻尼筒下端与绳索或钢管支柱10的上端连接，绳索或钢管支柱10的下端与水泥沉块9连接。 

所述三叶片风轮1由叶片、风轮主轴2、两侧轴承、轴架组成，叶片由平面部分17和向外伸展部分18以及制作叶片的韧带19组成，向外伸展部分18与平面部分17的夹角为120～150度，在平面部分17可增加竖向和横向韧带。 

所述风轮主轴2为圆形中空管，两端焊接圆盖，在圆盖上焊接实心轴2.1，实心轴通过轴承固定在风轮支撑架20处，实心轴2.1两端与增速装置21连接。 

所述增速装置21为行星增速齿轮箱，或大齿轮圈传动小齿轮、大皮带轮传动小皮带轮。 

所述挡风帽3的两侧用轻体面板（薄铝板）覆盖。 

所述导风角5的外表面用轻体面板（薄铝板）覆盖。 

当风帆式风力发电机陆上使用时，所述圆柱形浮箱6改制为圆柱形底架塔筒，塔筒内距塔筒顶部1～3米处设置隔板23，与所述挡风帽3连接的内置转轴12下部固定在隔板23上，里轴下端细轴与偏航系统14连接，隔板23上安装蓄电池组15、控制系统16；圆柱形底架塔筒的直径1～5米，高1～10米，塔筒与地面基础连接，陆上风帆式风力发电机可改制为风帆式风力空调机。 

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果： 

本实用新型利用风帆原理的风轮改变了涡轮式三风叶风轮受力面小，风能利用率不高的缺点，而且可利用浮箱浮在水面或安装在地面、屋顶，解决了海上风力发电成本高，难度大的问题，同时，可利用地面风和高层建筑顶端的风进行发电。风帆式三叶片风轮受力面大，在挡风帽和导风角的支撑、保护和引导下，随偏航系统转动迎风，风轮叶片单叶交替受力转动，带动左右两台发电机或空调机进行发电。本实用新型用于风力发电，克服了涡轮式三风叶风轮受力面小，风能利用率低的缺点，并可水陆两用，陆上风帆式风力发电机可改制为风帆式风力空调机。 

附图说明

图1为风帆式水陆两用风力发电机的结构示意图（主视图）； 

图2为三叶片风轮和挡风帽的俯视图； 

图3为陆上使用的风帆式风力发电机的结构示意图。 

以下结合附图通过较佳实施例对本实用新型作进一步的说明。 

具体实施方式

如图1、2所示，一种水陆两用风帆式风力发电机，包括：固定在风轮主轴2上的三叶片风轮1，三叶片风轮1的三叶片互成120度夹角，支撑三叶片风轮1的挡风帽3（相当于风帆式发电原理的船），它的作用是支撑三叶片风轮1和两侧发电机，并可以随圆柱形浮箱6内置转轴12进行转动，使风轮的叶片正面迎风受力；挡风帽3的前部为了能够有更多风吹向受力叶片，设置了导风角5，导风角可引导风轮下部包括底仓部分的风沿斜坡向上，最终吹向受力叶片，同时让挡风帽中不需要受力的叶片免受风吹，可减小叶片阻力，导风角可加高、加长用于调整，以达到好的效果，挡风帽3两侧用轻体面板覆盖，让帽内叶片在小风阻下运行，只让挡风帽外立起的叶片受力。 

在所述挡风帽3两侧设置发电机平台4，发电机平台超出挡风帽的宽度，超出部分与发电机长度相当，图1标出为皮带、齿圈变速的发电机位置，如果采用齿轮箱增速，发电机平台的位置向上移动使发电机、齿轮箱与风轮主轴2同轴，原有平台可保留作为第二平台；所述风轮主轴2两端通过增速装 置21分别与两个发电机22连接，中大型风轮多采用增速器带动双馈异步发电机，发电机转数1500转/分钟。 

所述挡风帽3的底部通过连接盘13与圆柱形浮箱6内置转轴12连接，圆柱形浮箱6可支撑风帆式风力发电机浮在水面并高出水面，圆柱形浮箱6直径2～8米，高3～12米，为了防止摇摆，所述圆柱形浮箱6内放入浮箱容积1/4～1/2的海水，在其底部设有电磁阀7，可打开密封的水下电磁阀7（安装两台，一台为备用），放入海水到容积的1/3时关闭；直流电潜水泵8放置在浮箱底部，当水多时可开启排出，在风力发电机安装调试中也要用到水泵。 

在浮箱周围水面以上的部位均匀安装4～8个阻尼筒11，可随波浪放松、拉紧，可防绳索被拉断；阻尼筒下端与绳索或钢管支柱10上端连接，绳索或钢管支柱下端与水泥沉块9连接。 

所述圆柱形浮箱6的内置转轴12包括：转轴外套、上下两盘轴承、厚壁空心管里轴和里轴下端细轴，所述里轴和连接盘13下端用螺丝连接，连接盘13上端与挡风帽用螺栓固定，所述里轴下端细轴与偏航系统14连接，隔板23上还设有偏航系统14、蓄电池组15，控制系统16。 

所述三叶片风轮1由叶片、风轮主轴2、两侧轴承、轴架组成，叶片由平面部分17和向外伸展部分18组成，向外伸展部分18与平面部分17的夹角为120～150度，可增大控风能力；小型叶片长1.5～3.5米，宽1.3～3米，中型叶片长3.5～7米，宽3米～6米，大型叶片长7～12米，宽6.5～10米；在平面部分17增加竖向和横向韧带19，小中型风轮可用多条轻钢韧带焊制，覆盖叶片的轻体面板用铝柳钉固定于韧带之上，中大型风轮可用铝合金制作韧带然后用连接件进行紧固，铝合金板单面或双面蒙皮。 

所述风轮主轴2为圆形中空管，两端焊接圆盖，在圆盖上焊接实心轴2.1，实心轴通过轴承固定在风轮支撑架20处，实心轴2.1两端与增速装置21连接。大中型风轮增速装置为行星增速齿轮箱，增速比1:50，也可用大齿轮圈带动发电机的小齿轮来达到变速的目的，中小型风轮也可采用小型增速齿轮箱、大齿轮圈带小齿轮、大皮带轮带小皮带轮来达到变速目的，大齿轮圈或大皮带轮直径1～3米，制作尽量要轻便、结实。 

如图3所示，当风帆式风力发电机陆上使用时，所述圆柱形浮箱6改制为圆柱形底架塔筒6.1，塔筒内距塔筒顶部1～3米处设置隔板23，与挡风帽3连接的内置转轴12下部固定在隔板23上，隔板上安装偏航系统14、蓄电池组15、控制系统16；圆柱形底架塔筒的直径1～5米，高1～10米，塔筒放在屋顶或开阔地，与地面基础连接。 

本实用新型还可以改制为风帆式风力空调机：安装在屋顶或地面，利用风帆式三风叶风轮或四风叶风轮带动两侧安装在发电机平台上1:50—1:60增速装置21，调整后转速1500—1800转，可带动平台上左右两台容积式或螺杆式空调压缩机22进行转动，换热装置安装在第二平台，在风轮左右两侧同时带动空调压缩机进行制冷、制热。可左侧安装发电机，右侧安装空调压缩机，发电和制冷、制热同时进行。其余设备和陆上风帆式风力发电机相同。 

本实用新型安装与运输： 

水上风帆式风力发电机，将挡风帽、风轮、增速器、发电机、水泥沉块分别放在船上，密封的浮箱放入海水中，设置钢丝绳与船尾相连，拖挂前行。到达地点后，打开浮箱底部的电磁阀放入海水，并让浮箱逐渐立起，当到达沉入海里3/4时关闭电磁阀，在浮箱周围5～6米处用连接浮箱用的较长绳索将水泥沉块缓慢放下，到达水底后把绳索与阻尼筒连接，当所有绳索都连接完毕后打开浮箱内潜水泵排出一部分海水，让绳索绷紧。安装蓄电池、控制系统，吊装挡风帽与浮箱连接，同时排出海水始终保持绳索的紧绷，吊装风轮与挡风帽连接，吊装增速器、发电机等并进行调试，在吊装风轮时，风会影响它的吊装。 

陆上风帆式风力发电机：大、中型挡风帽的主体部分、风轮支撑架、发电机平台，叶片、主轴、塔筒等主要零部件，运到使用地，先组装挡风帽，把两端风轮架立起和底仓转轴中心托架进行焊接，中心托架两端分别延长和发电机平台同长并进行焊接。再连接前后挡风帽的主体部分（角钢制作部分）和导风角，可用螺丝进行固定，把挡风帽按图1、图2要求组装完毕。把主轴两端的轴承、轴架与挡风帽的叶轮轴架进行螺丝固定，三个叶片分别与风轮主轴进行螺丝连接。安装变速装置、发电机等，完成挡风帽、叶轮、发电机 的安装后，立起塔筒与地基连接，在塔筒内安装蓄电池、控制系统，偏航系统在塔筒立起前已安装完毕。最后吊起挡风帽和叶轮发电机的组合体与塔筒进行螺丝连接，进行调试后，就可以使用了。 

控制系统测风向，偏航系统转动，使风轮正面迎风，风轮转动带动增速发电机进行发电，停机可转动偏航系统使风轮侧面迎风。 

Claims (6)

1.一种水陆两用风帆式风力发电机，包括：固定在风轮主轴（2）上的三叶片风轮（1），支撑三叶片风轮（1）的挡风帽（3），设置在挡风帽（3）前部的导风角（5），三叶片风轮（1）的三叶片互成120度夹角，其特征在于；所述挡风帽（3）的底部通过连接盘（13）与圆柱形浮箱（6）的内置转轴（12）连接，在所述挡风帽（3）两侧设置发电机平台（4），所述风轮主轴（2）两端通过增速装置（21）分别与两个发电机（22）连接；所述圆柱形浮箱（6）内置转轴（12）包括：转轴外套、上下两盘轴承、厚壁空心管里轴，所述里轴与连接盘（13）下端连接，连接盘（13）上端与挡风帽用螺栓固定，所述里轴下端细轴与偏航系统（14）连接，所述圆柱形浮箱还设有隔板（23），隔板（23）上设置蓄电池组（15），控制系统（16）；所述圆柱形浮箱（6）内放入浮箱容积1/4～1/2的海水，在其底部设有电磁阀（7）、直流电潜水泵（8），在浮箱周围水面以上的部位均匀安装4～8个阻尼筒（11），阻尼筒下端与绳索或钢管支柱（10）的上端连接，绳索或钢管支柱（10）的下端与水泥沉块（9）连接。 

2.根据权利要求1所述水陆两用风帆式风力发电机，其特征在于：所述三叶片风轮（1）由叶片、风轮主轴、两侧轴承、轴架组成，叶片由平面部分（17）和向外伸展部分（18）组成，向外伸展部分（18）与平面部分（17）的夹角为120～150度，在平面部分（17）增加竖向和横向韧带（19）。 

3.根据权利要求1所述水陆两用风帆式风力发电机，其特征在于：所述风轮主轴（2）为圆形中空管，两端焊接圆盖，在圆盖上焊接实心轴（2.1），实心轴通过轴承固定在风轮支撑架（20）处，实心轴（2.1）两端与增速装置（21）连接。 

4.根据权利要求3所述水陆两用风帆式风力发电机，其特征在于：所述增速装置（21）为行星增速齿轮箱，或大齿轮圈传动小齿轮，或大皮带轮传动小皮带轮。 

5.根据权利要求1所述水陆两用风帆式风力发电机，其特征在于：所述挡风帽（3）的两侧用轻体面板覆盖，所述导风角（5）的外表面用轻体面板覆盖。 

6.根据权利要求1所述水陆两用风帆式风力发电机，其特征在于：当风帆式风力发电机陆上使用时，所述圆柱形浮箱（6）改制为圆柱形底架塔筒，塔筒内距塔筒顶部1～3米处设置隔板（23），与所述挡风帽（3）连接的内置转轴（12）下部固定在隔板（23）上，内置转轴（12）下端细轴与偏航系统（14）连接，隔板（23）上面放置偏航系统（14）、蓄电池组（15）、控制系统（16）；圆柱形底架塔筒的直径1～5米，高1～10米，塔筒与地面基础连接。 

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