CN204663777U - 一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置 - Google Patents

一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及风力发电装置技术领域，具体为一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，由纵轴单元、叶片单元、基座组成，叶片单元垂直布置固定安装在纵轴单元上组成驱动单元，驱动单元设置不少于个，沿垂直方向依次连接后安装在基座上，轮轴单元由固定安装轴、两个环形轴承、外旋转套管组成，固定安装轴为管状结构或柱状结构，两个环形轴承套设在固定安装轴的外周，外旋转套管安装在环形轴承的外周，外旋转套管通过环形轴承可转动安装在固定安装轴上。本专利采用纵轴布置，叶片垂直安装在纵轴上，因此纵轴单元可根据需要垂直安装多个，使得本专利的装置达到较高的高度，充分利用高层风力较大的特点，达到较好的风力发电驱动效果。

Description

一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置
技术领域
本发明涉及风力发电装置技术领域，属于采用了垂直叶片布置的风力发电设备，具体未一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置。
背景技术
目前，风力发电机为获得更大的电力，大型化成为发展趋势。现有的风力发电机分为水平轴式发电机和竖直轴式发电机两种，这两种发电机，为了获得更大的采风量，叶轮叶片长度做得也越来越大。然而水平轴式发电机存在明显的技术缺陷，即当叶轮叶片尺寸增大后，转动半径以及叶片叶轮的重量随之增加，因此水平轴式发电机转速受到限制，人们逐渐开始关注竖直轴式发电机。
相对水平轴式发电机而言，竖直轴式发电机占地面积较小，叶轮叶片沿垂直方向向上步骤，解决占地面积和转动半径的问题。但是，几十吨、上百吨重的发电机组设置在100多米高的支架上端，高空的安装、调试和修理都必须配合大型升降机械高空作业。由于重心较高，所以这种风力发电机在强风下很容易倒塌，造成重大事故。
现有的水平轴式和竖直轴式单叶轮风力发电机在风力过大时实现减小采风面保护发电设备的安全都是通过变叶齿轮箱对叶片进行变向调节，而变叶齿轮箱结构复杂，容易损坏，由此导致该风力发电机的故障率很高，通常风力发电机80％的故障都出在变叶变速箱上。
垂直轴风力发电机受风向变化影响较小，风能利用率较高。但是由于现有技术中垂直轴风力发电装置中，一组风轮只能使用一个发电机，单位体积的发电量较少。另外，现有垂直轴风力发电装置的叶片一般为单叶片设计。这种单叶片设计在受风时，相邻两侧叶片同时受力会相互的抵消一部分作用力，输出力矩不大，因此将风能转化为动能时仍有能量的损耗，风能未完全利用，较小的风力条件下无法正常工作，较大的风力条件下出于安全因素考虑，也不能满负荷工作。现有的风轮大多只能单向旋转，在旋转过程中会发生共振，机械疲劳情况较为严重。
风力发电机的使用特点之一是要分散安置在旷野，大型风力发电机的风机叶片位于最高点，易受雷击。现有技术中的风力发电机的避雷装置要安装在叶片上，受限于叶片转动结构，避雷效果不佳，因此，时有风力发电机遭雷击的事故发生，而遭受雷击，常引起机电系统过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机等贵重部件被击穿和电器设备的损坏；除了这些部件设备损失之外，还造成修复其间无法发电带来的损失，所以，雷害也是威胁风机安全运行和经济运营的严重问题。
中国专利201210116248.5，名称为“垂直轴多级双叶片双向旋转风力发电装置及发电控 制方法”中，记载了一种垂直轴多级双叶片双向旋转风力发电装置，其特征在于：包括塔柱(2)，在所述塔柱(2)上安装有数量为偶数的若干个风轮(4)，所述风轮(4)两个为一组并在它们之间安装有发电机(7)构成一个发电模块；所述风轮(4)包括一安装在塔柱(2)上的风轮毂(5)，还包括通过支撑杆周向均布地安装在所述风轮毂(5)上的若干主叶片(10)；每个发电模块中，一个风轮(4)的风轮毂(5)与发电机(7)的转子(3)相连接，另一个风轮(4)的风轮毂(5)与发电机(7)的定子(6)相连接；在每一主叶片(10)的一侧还分别设置有一副叶片(11)，所述副叶片(11)通过副叶片角度调节杆(12)与风轮毂(5)相连接。上述专利给出了一种垂直叶片纵轴布置的技术方案，旨在解决上述的风力发电中的问题，但是该技术方案无法解决纵轴布置的叶片动能传递问题，在两组叶片间需要布置发电机，该问题决定了这种纵轴布置无法将尺寸做大，设备高度受到限制(高度太高、发电机自重太大会导致倾覆，设备完全损坏)，并且其中提到“每个风轮组的体积自上而下逐渐增大，在大风天气下不易损坏，适应高处风大的”，这种塔形布置也决定了该技术方案的高度是相当有限的。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的纵轴布置的风力发电设备传动难度大，设备无法布置到较高高度的问题，本发明提供了一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，彻底改变现有的纵轴式风力发电传动系统，解决上述的技术问题。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
本发明的垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，由纵轴单元、叶片单元、基座组成，叶片单元垂直布置、固定安装在纵轴单元上组成驱动单元，驱动单元设置不少于2个，沿垂直方向依次连接后安装在基座上，所述的纵轴单元由固定安装轴、环形轴承、外旋转套管组成，固定安装轴为管状结构或柱状结构，环形轴承套设在固定安装轴的外周，外旋转套管安装在环形轴承的外周，外旋转套管通过环形轴承可转动安装在固定安装轴上。
上述的垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，固定安装轴的顶部和底部分别设置有安装板，上下相邻的固定安装轴通过安装板和螺栓固定连接；外旋转套管顶部设置有凸起的上安装耳板、底部设置有凸起的下安装耳板，上下相邻的外旋转套管通过螺栓穿过上安装耳板、下安装耳板连接，在螺栓穿入下安装耳板的部分套设有软性安装套。
上述的垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，在上安装耳板外侧还设置有燕尾槽，下安装耳板外侧设置有燕尾卡扣，燕尾卡扣的最大宽度小于燕尾槽的槽口宽度，使得燕尾卡扣 能够放入燕尾槽中，燕尾槽、燕尾卡扣之间设置有软性燕尾槽卡块。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本专利采用纵轴布置，叶片垂直安装在纵轴上，因此纵轴单元可根据需要垂直安装多个，使得本专利的装置达到较高的高度，充分利用高层风力较大的特点，达到较好的风力发电驱动效果。
(2)本专利的纵轴布置使得装置整体在水平范围能占地面积较小，以往的水平布置叶片，为了获得较大的风力，因此需要设计较大的迎风面积，造成叶片较长、转动半径大、转速难以提高的问题，而本专利通过高度解决水平布置范围小造成的风力较小问题，转动时水平半径较小，容易获得高转速。
(3)本专利装置布置由于具有较大的垂直高度差，因此较高位置的叶片所受风力一般高于较低位置叶片，由于纵轴整体为同步转动，因此在上下纵轴单元之间形成扭转力矩。为克服此力矩，专利中外旋转套管上设置有上下相对应的安装耳板，其中下安装耳板与螺栓之间设置软性安装套，避免下安装耳板带动螺栓时的硬接触，软性安装套起到缓冲减震的目的，保护外旋转套管之间的连接结构稳定。
(4)本专利设置软性安装套，从而在使用多级纵轴单元布置时，解决各级纵轴单元之间的同心度问题，固定安装轴多节之间同心度存在略微偏移时，也能确保外旋转套管利用软性安装套确保连接稳固并同步转动。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为驱动单元结构示意图。
图3为图2中AA向剖视图。
图4为图3中BB向剖视图。
图5为图3中CC向剖视图。
图6为驱动单元连接发电装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明的一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，由纵轴单元1、叶片单元2、基座4组成，叶片单元2垂直布置固定安装在纵轴单元1上组成驱动单元，驱动单元设置不少于2个，沿垂直方向依次连接后安装在基座4上，形成完整的具有较高高度的 风力发电驱动装置。纵轴单元1整体呈圆柱形结构，如图2所示，由固定安装轴7、两个环形轴承5、外旋转套管6组成，固定安装轴7为管状结构或柱状结构，是纵轴单元1之间主要的承载受力单元，两个环形轴承5套设在固定安装轴7的外周，外旋转套管6安装在环形轴承5的外周，外旋转套管6通过环形轴承5可转动安装在固定安装轴7上。
如图6所示，纵轴单元1与发电装置连接时，基座4内部最下端的外旋转套管6底部固定有环形驱动齿轮16，环形驱动齿轮16带动发电机17。
如图3、4所示，固定安装轴7的顶部和底部分别设置有安装板8，上下相邻的固定安装轴7通过安装板8和螺栓9固定连接。外旋转套管6顶部设置有凸起的上安装耳板10、底部设置有凸起的下安装耳板11，上下相邻的外旋转套管6通过螺栓9穿过上安装耳板10、下安装耳板11连接，在螺栓9穿入下安装耳板11的部分套设有软性安装套12。
如图4、5所示，在上安装耳板10外侧还设置有燕尾槽13，下安装耳板11外侧设置有燕尾卡扣14，燕尾卡扣14的最大宽度小于燕尾槽13的槽口宽度，使得燕尾卡扣14能够放入燕尾槽13中，燕尾槽13、燕尾卡扣14之间设置有软性燕尾槽卡块15。
根据设计需要，本实施可以在纵轴单元1的顶部设置上盖板、避雷针等设备，起到防雨防雷效果，更加安全。

Claims (3)

1.一种垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，其特征在于：由纵轴单元、叶片单元、基座组成，叶片单元垂直布置、固定安装在纵轴单元上组成驱动单元，驱动单元设置不少于2个，沿垂直方向依次连接后安装在基座上，所述的纵轴单元由固定安装轴、环形轴承、外旋转套管组成，固定安装轴为管状结构或柱状结构，环形轴承套设在固定安装轴的外周，外旋转套管安装在环形轴承的外周，外旋转套管通过环形轴承可转动安装在固定安装轴上。
2.根据权利要求1所述的垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，其特征在于：固定安装轴的顶部和底部分别设置有安装板，上下相邻的固定安装轴通过安装板和螺栓固定连接；外旋转套管顶部设置有凸起的上安装耳板、底部设置有凸起的下安装耳板，上下相邻的外旋转套管通过螺栓穿过上安装耳板、下安装耳板连接，在螺栓穿入下安装耳板的部分套设有软性安装套。
3.根据权利要求2所述的垂直叶片纵轴布置的风力发电驱动装置，其特征在于：在上安装耳板外侧还设置有燕尾槽，下安装耳板外侧设置有燕尾卡扣，燕尾卡扣的最大宽度小于燕尾槽的槽口宽度，使得燕尾卡扣能够放入燕尾槽中，燕尾槽、燕尾卡扣之间设置有软性燕尾槽卡块。
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