CN204163926U - 一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构，包括支撑爪法兰，支撑爪法兰四周设置有多个支撑爪，每个支撑爪外端连接有支撑臂；支撑臂远离支撑爪法兰端设置有叶片安装块-和拉绳固定块，拉绳固定块上设置有拉绳伸出孔，拉绳伸出孔上设置有拉绳与支撑爪法兰上的拉绳拉紧螺栓相连接。该实用新型装置中的支撑臂的直径大幅度减小，整个系统的重量减轻，节约了钢材。减小迎风阻力，降低系统的转动惯量，降低启动风速，降低发电风速，增加风能利用范围，提高整个系统的效率。

Description

一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构

技术领域

本实用新型涉及一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构，属于风力发电技术领域。

背景技术

风能作为一种绿色能源，在世界是有着丰富的储量。据不完全统计，我们国家在离地10米高处的风能能量约有32.26亿千瓦，其中可以开发和利用的资源约有2.53亿千瓦。随着风能开发和利用技术的日益成熟，越来越多的人们认识到风能资源的重要性。现在利用风能为人类服务的风力机主要阻力型和升力型。其中升力型又有水平轴风力发电装置和垂直轴风力发电装置。现在水平轴风力发电装置是主流，相对水平轴而言垂直轴由于技术不太成熟，所以没有大规模商业化生产。

垂直轴风力发电装置有以下优点：(1)噪音低，不伤害鸟类。水平轴风力机噪声大，高速时对鸟类构成较大的威胁，而H形垂直轴风力机高速运转时，看到的是一个圆柱体，鸟类会自动避让。(2)无需对风装置。水平轴风力机侧需要通过偏航系统来调整才能启动。而H形垂直轴侧可以接受任何方向的风，不需要进行对风，不受风向影响，没有沉重的机仓及变速齿轮箱，大大降低了系统成本，增强了系统的可靠性。(3)塔架低，日常维护方便，且塔架承载性能好。水平轴风力机的发电机及变速制动装置等需要安装在几十高的塔架上，日常修理很不方便。而H形垂直轴风力的塔架则很低，甚至可以安装在较高地面或楼顶上，所以日常维护非常方便。水平轴风力机对塔架有较大的风载荷，影响塔架的使用寿命，且由于要避免和风轮叶片相互影响，不能使用张索，这样就要靠增加塔架直径来加大承载水平，造成高昂的成本，而H形垂直轴风力则对塔架的风载荷小，且可通过使用张索来加大承载水平，承载性能好。(4)叶片具有较大的受力强度。水平轴风力机叶片受力情况类似于悬臂梁，根部弯矩产生的应力较大，还受周期性的风剪作用，会引起叶片的疲劳破坏。H形垂直轴的叶片侧不会有这些情况出现。(5)叶片制造工艺简单。水平轴风力机的叶片需要扭转及变截面，制造复杂，加工成本高。H形垂直轴风力机叶片是直线型的，加工非常容易，成本较低，可以通过机械化批量生产。所以现在人们更加注重对垂直轴风力发电装置的研究。

在最重要的效率方面，研究认为垂直轴风力发电装置效率底与水平轴，一部分是由于垂直轴风力发电装置有水平支撑臂来安装叶片，产生了较大的迎风阻力，对叶片充分吸收风能有一定的影响，尤其是大型风力更加突出，成为影响其商业化，大型化主要因素。因为风力机在整个旋转过程中，所受的空气阻力与其支撑臂在迎风方向的垂直投影面积成正比，有资料研究表明，支撑臂在风力机工作过程中所产生的阻力占整机阻力的10％以上，所以这个影响是十分巨大的。支撑臂在垂直方向主要支撑叶片的重量及其安装箍的重量，在水平方向主要承受在50m/s停机风速时，风在叶片上产生的气动拉力，而这个水平方向的拉力远远大于叶片的重量及其安装箍的重量。为使水平方向是悬臂梁状态的支撑臂具有一定的强度来承受这个水平拉力，人们不得不采用直径较大的支撑臂，因为悬臂梁是所有梁结构中效果最差的一种，这样就使风力机所受的迎风阻力大增加，并增大了系统的转动惯量，使风力机的启动风速偏高，降低了风机的风能利用范围，使整个系统的效率变小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构，以采用拉绳结构来改变支撑臂水平方向是悬臂梁的状态，减小支撑臂的直径，减小风力机所受的迎风阻力，减小系统的转动惯量，降低启动风速，降低发电风速，增加风能利用范围，提高整个系统的效率。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构，包括支撑爪法兰，支撑爪法兰四周设置有多个支撑爪，每个支撑爪外端连接有支撑臂；支撑臂远离支撑爪法兰端设置有叶片安装块和拉绳固定块，拉绳固定块上设置有拉绳伸出孔，拉绳伸出孔上设置有拉绳与支撑爪法兰上的拉绳拉紧螺栓相连接。

进一步地，拉绳拉紧螺栓一端上连接有拉绳接头螺栓，另一端上连接有拉绳拉紧锁固螺母，拉绳拉紧锁固螺母与支撑爪外壁之间设置有垫片。

进一步地，每个支撑爪上有设置有至少两个安装孔，用来安装支撑臂。

进一步地，支撑臂包括连接杆，连接杆一端上设置有支撑爪法兰连接套，支撑爪法兰连接套侧壁上设置有拉绳拉紧螺母安装孔和支撑臂螺栓安装孔，支撑爪法兰连接套端面上设置有支撑爪法兰插入孔。

进一步地，拉绳的两端各设置有一个蘑菇头，用来把拉绳卡在支撑臂上的安装孔和拉绳接头螺栓的孔中。拉绳的直径根据承受的力量大小来选择。

进一步地，拉绳接头螺栓上设置有一个比拉绳直径略大但小于拉绳两端蘑菇头的通孔，外表面设置有螺纹。

进一步地，拉绳拉紧螺栓上设置有与拉绳接头螺栓外螺纹相匹配的内螺纹。

该实用新型的有益效果在于：该实用新型装置，充分利用材料抗拉强度和抗压强度远大于其抗弯强度的特性，在水平方向相邻的支撑臂间增加了一根拉绳，拉绳的一端在前一支撑臂靠近叶片附近，另一端在后一支撑臂靠近支撑爪法兰附近，从而改变了支撑臂在水平方向是悬臂梁的状态，使其成为强度较高的拉索梁，将支撑从原来承受的纯弯曲力状态改变为以压力为主略有弯曲力的状态，这样可以大幅度减小支撑臂的外径，减小迎风阻力，降低系统的转动惯量，降低启动风速，降低发电风速，增加风能利用范围，提高整个系统的效率。经过实验及计算，本结构的迎风阻力约为原来的70％，安全系数比原来提高约40％，转动惯量减少约4％，启动风速降低约15％，发电风速降低约12％，整个系统的效率提高约10％。该实用新型装置中的支撑臂的直径大幅度减小，整个系统的重量减轻，节约了钢材。减小迎风阻力，降低系统的转动惯量，降低启动风速，降低发电风速，增加风能利用范围，提高整个系统的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例中所使用装置结构示意图。

图2是本实用新型实施例中所使用装置中支撑爪法兰放大结构示意图。

图3是本实用新型实施例中所使用装置中支撑臂结构示意图。

图4是本实用新型实施例中所使用装置中拉绳接头螺栓结构示意图。

图中标记说明：1、支撑爪法兰；2、支撑臂；3、拉绳；4、拉绳接头螺栓；5、垫片；6、拉绳拉紧螺栓；7、拉绳拉紧锁固螺母；2-1、叶片安装块；2-2、拉绳固定块；2-3、拉绳伸出孔；2-4、连接杆；2-5、支撑爪法兰连接套；2-6、拉绳拉紧螺母安装孔；2-7、支撑臂螺栓安装孔；2-8、支撑爪法兰插入孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本实用新型。

如图1所示的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构，包括支撑爪法兰1，支撑爪法兰1四周设置有多个支撑爪，每个支撑爪外端连接有支撑臂2；支撑臂2远离支撑爪法兰1端设置有叶片安装块2-1和拉绳固定块2-2，拉绳固定块2-2上设置有拉绳伸出孔2-3，拉绳伸出孔2-3上设置有拉绳3与支撑爪法兰1上的拉绳拉紧螺栓6相连接。

拉绳拉紧螺栓6一端上连接有拉绳接头螺栓4，另一端上连接有拉绳拉紧锁固螺母7，拉绳拉紧锁固螺母7与支撑爪外壁之间设置有垫片5。

每个支撑爪上有设置有至少两个安装孔，用来安装支撑臂。

支撑臂2包括连接杆2-4，连接杆2-4一端上设置有支撑爪法兰连接套2-5，支撑爪法兰连接套2-5侧壁上设置有拉绳拉紧螺母安装孔2-6和支撑臂螺栓安装孔2-7，支撑爪法兰连接套2-5端面上设置有支撑爪法兰插入孔2-8。

拉绳3的两端各设置有一个蘑菇头，用来把拉绳3卡在支撑臂2上的安装孔和拉绳接头螺栓4的孔中。拉绳3的直径根据承受的力量大小来选择。

拉绳接头螺栓4上设置有一个比拉绳3直径略大但小于拉绳3两端蘑菇头的通孔，外表面设置有螺纹。

拉绳拉紧螺栓4上设置有与拉绳接头螺栓4外螺纹相匹配的内螺纹。

该实用新型装置具体实施时，支撑臂2通过其上的支撑爪法兰插入孔2-8连接到支撑爪法兰1上并用螺栓固定，拉绳3的一端从支撑臂2上支撑爪法兰1穿入并从拉绳伸出孔2-3穿出，然后做好该端的蘑菇头，接着拉绳3的另一端从拉绳3接头螺栓的六角头端通过内孔穿出，再做好这端的蘑菇头，并将拉绳拉紧锁固螺母7拧在拉绳接头螺栓4上，将垫片5套在拉绳拉紧螺栓6上，把拉绳拉紧螺栓6放置拉绳拉紧螺母安装孔2-6中，接着把拉绳接头螺栓4拧入拉绳拉紧螺栓6以拉紧拉绳3，最后用拉绳拉紧锁固螺母7拧紧，防止它们松脱。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种减少阻力的直轴风力机支撑臂结构，包括支撑爪法兰，其特征在于：所述支撑爪法兰四周设置有多个支撑爪，每个支撑爪外端连接有支撑臂；所述支撑臂远离支撑爪法兰端设置有叶片安装块和拉绳固定块，所述拉绳固定块上设置有拉绳伸出孔，所述拉绳伸出孔上设置有拉绳与支撑爪法兰上的拉绳拉紧螺栓相连接。

2.根据权利要求1所述的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构其特征在于：所述拉绳拉紧螺栓一端上连接有拉绳接头螺栓，另一端上连接有拉绳拉紧锁固螺母，所述拉绳拉紧锁固螺母与支撑爪外壁之间设置有垫片。

3.根据权利要求1所述的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构其特征在于：每个支撑爪上设置有至少两个安装孔。

4.根据权利要求1所述的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构其特征在于：所述支撑臂包括连接杆，所述连接杆一端上设置有支撑爪法兰连接套，所述支撑爪法兰连接套侧壁上设置有拉绳拉紧螺母安装孔和支撑臂螺栓安装孔，所述支撑爪法兰连接套端面上设置有支撑爪法兰插入孔。

5.根据权利要求1所述的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构其特征在于：所述拉绳的两端各设置有一个蘑菇头。

6.根据权利要求1所述的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构其特征在于：所述拉绳接头螺栓上设置有一个比拉绳直径略大但小于拉绳两端蘑菇头的通孔，外表面设置有螺纹。

7.根据权利要求1所述的减少阻力的直轴风力机支撑臂结构其特征在于：所述拉绳拉紧螺栓上设置有与拉绳接头螺栓外螺纹相匹配的内螺纹。