CN208870738U - 一种被动式偏航风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种被动式偏航风力发电装置，包括底部固定在地面或建筑物上的塔筒、机舱、叶片及叶片轴，还包括头部导流罩、尾部导流罩以及旋转杆，所述旋转杆固定在所述机舱下方，旋转杆底部与所述塔筒顶部通过轴承连接，所述头部导流罩套在机舱的迎风端，机舱的末端安装有叶片轴，所述叶片轴外部套有尾部导流罩，所述叶片的底端穿过尾部导流罩与叶片轴键连接，叶片与叶片轴的转轴末端延伸线成锐角。本实用新型仅利用风力实现被动式偏航，当风向变化时，位于发电机两侧的旋转中的叶片受力发生变化，两侧的力矩不再相等，使整个装置以旋转杆为中心旋转，最终使叶片轴转轴方向与风向一致。

Description

一种被动式偏航风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电装置，特别涉及一种被动式偏航风力发电装置。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的设备，主要包括了叶片、发电机、整流逆变设备、偏航控制设备等。根据转轴的位置不同，分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，目前由于水平轴风力发电机的技术更加成熟，综合经济效益更高，因此在市场上占有绝对优势。

风力发电机的原理是利用风的运动带动风力发电机叶片的运动，风力发电机叶片的转动带动转子的运动，转子将扭矩输入到变速箱中，再进一步带动发电机中转子的转动进行发电。在叶片转动的过程中，其中一个非常重要的环节就是让叶片的迎风面尽可能地大，为了实现这个目的，目前通用的解决方案主要有增加叶片长度和利用偏航装置使叶片的转动面迎风。但是在实际操作过程中，叶片长度要根据叶片强度和当地风速来确定，并不能够无限延长；偏航装置的安装会增加风力发电机主体的重量，提高成本，增加电耗，增加故障率，同时也增加了维护的难度。

现有的大型风力发电机是通过外部设备对风向和风速进行检测后驱动偏航装置的运动对风力发电机进行转向操作，这种方法成本较高，系统较为复杂，且容易出错，使用寿命短，可靠性差。

申请号为CN201220020569.0的实用新型公开了一种大型风力发电机转向装置，其特征在于：它包括风向测定装置和风力发电机，所述风向测定装置包括风向标，风向标通过转轴安装在风向标支撑杆上，转轴的下端安装有循环码码盘，循环码码盘的信号输出端连接到单片机处理设备的信号输入端，单片机处理设备的信号输出端连接至发电机转动装置，所述风力发电机安装在发电机转动装置的转动轴上，发电机转动装置安装在风力发电机支撑架的上端。该实用新型可以收集风向的偏转角度信息，从而控制风力发电机的转向，使风机受风面始终保持与风向垂直，让更多的风能转化为电能，提高风能的利用率。但是该实用新型需要使用一套复杂的系统控制整个装置转动，成本较高且不利于维护。

申请号为CN201220193765.8的本实用新型公开了一种大型风力发电机，它包括在风机外壳内设有的风力发电机，风力发电机输出轴连接的变速传动装置,变速传动装置输出轴与安装有风机叶片的法兰盘连接，所述风力发电机设有转向装置，风力发电机与智能控制装置连接，智能控制装置与风速风向测试仪连接，所述风力发电机的转向装置的转向轴上设有转向刹车装置。该实用新型对风力发电机在强风中运行进行保护。但是该实用新型实现功能所需的组件较多，依靠传感器判断风向，成本较高不利于维护，如信号出错或被干扰就会判断错误影响偏航，可靠性不佳。

实用新型内容

现有的风电机偏航装置都是通过传感器检测后主动驱动电机完成偏航，这种系统较为复杂，可靠性较差且不利于维护，针对上述不足，本实用性提出了一种一种被动式偏航风力发电装置，通过改变风力发电装置本身的结构，利用风力实现被动式偏航，不再需要额外的偏航装置。

本实用新型的技术方案为：

一种被动式偏航风力发电装置，包括底部固定在地面或建筑物上的塔筒、机舱、叶片及叶片轴，还包括头部导流罩、尾部导流罩以及旋转杆，所述旋转杆固定在所述机舱下方，旋转杆底部与所述塔筒顶部通过轴承连接，所述头部导流罩套在机舱的迎风端，机舱的末端安装有叶片轴，所述叶片轴外部套有尾部导流罩，所述叶片的底端穿过尾部导流罩与叶片轴键连接，叶片与叶片轴的转轴末端延伸线成锐角。旋转杆与塔筒的连接处还设有阻尼制动装置，控制转动频率以及减少振动，本实用新型气流经过方向为从机舱到叶片，且叶片不再平行于迎风面，而是向远离机舱的方向倾斜，当风向变化时，本风力发电装置因为叶片受力不同，会随风转向，在偏航时叶片向后倾斜的设计可以使装置更稳定。

作为优选，所述轴承为推力圆柱滚子轴承，轴承的外圈固定在塔筒顶部内壁，轴承的内圈固定在旋转杆底部外壁，旋转杆外壁还设置有制动圈，制动圈位于轴承内圈上方，塔筒内壁的对应位置还设置有若干个摩擦块以及液压泵，摩擦块通过液压泵水平推动。推力圆柱滚子轴承可以承载较大重量，以维持本装置的运转，摩擦块通过液压泵控制，可以在需要时以合适的压力抵住制动圈，增加旋转阻力，防止整个装置频繁旋转和振动。

作为优选，所述机舱为圆筒形。横截面为圆形的机舱可以时气流均匀地分散到各个方向。

作为优选，所述头部导流罩为半椭球壳，罩口为头部导流罩横截面直径最大处，罩口直径与机舱直径一致，所述头部导流罩的罩口设有弹性材料制成的减振圈，所述减振圈沿机舱迎风端圆周固定。半椭球的头部导流罩可将气流均匀分流，实现对来流的整流和导流作用，减少空气阻力，降低塔筒和旋转杆的负荷，使来流更加稳定，提高风能利用效率，减振圈能吸收气流撞击导流罩带来的一部分振动，减少振动对机舱的影响，提高整个装置的稳定性。

作为优选，所述尾部导流罩为半椭球壳，罩口为尾部导流罩横截面直径最大处，罩口直径小于机舱直径。尾部导流罩可减小气流经过叶片后的湍流，减弱涡街的形成，提高风能的利用效率，保障设备的安全性。

本实用新型的有益效果为：结构简单，可靠性高，通过结构的设计使叶片旋转带动电机发电的同时，兼顾转向作用，将偏航装置结合到风力发电机中，不需要设置额外的检测及驱动电路，完全依靠风力就可实现风电装置的偏航。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为塔筒内部截面图；

图1包括塔筒1、旋转杆2、头部导流罩3、机舱4、叶片5以及尾部导流罩6；图2包括塔筒1、旋转杆2、轴承7、制动圈8以及摩擦块9。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本技术方案作进一步阐述。

如图1所示为一种被动式偏航风力发电装置，包括底部固定在地面或建筑物上的塔筒1、机舱4、叶片5及叶片轴，还包括头部导流罩3、尾部导流罩6以及旋转杆2，所述旋转杆2固定在所述机舱4下方，旋转杆2底部与所述塔筒1顶部通过轴承7连接，所述头部导流罩3套在机舱4的迎风端，机舱4的末端安装有叶片轴，所述叶片轴外部套有尾部导流罩6，所述叶片5的底端穿过尾部导流罩6与叶片轴键连接，叶片5与叶片轴的转轴末端延伸线成锐角。旋转杆2与塔筒1的连接处还设有阻尼制动装置，用于控制转动频率以及减少振动，本实用新型气流经过方向为从机舱4到叶片5，且叶片5不再平行于迎风面，而是向远离机舱4的方向倾斜，当风向变化时，本风力发电装置因为叶片5受力不同，会随风转向，在偏航时叶片5向后倾斜的设计可以使装置更稳定。

所述机舱4为圆筒形。横截面为圆形的机舱4可以时气流均匀地分散到各个方向。

所述头部导流罩3为半椭球壳，罩口为头部导流罩3横截面直径最大处，罩口直径与机舱4直径一致，所述头部导流罩3的罩口设有弹性材料制成的减振圈，所述减振圈沿机舱4的迎风端圆周固定。半椭球的头部导流罩3可将气流均匀分流，实现对来流的整流和导流作用，减少空气阻力，降低塔筒1和旋转杆2的负荷，使来流更加稳定，提高风能利用效率，减振圈能吸收气流撞击导流罩带来的一部分振动，减少振动对机舱4的影响，提高整个装置的稳定性。

所述尾部导流罩6为半椭球壳，罩口为尾部导流罩6横截面直径最大处，罩口直径小于机舱4直径。尾部导流罩6可减小气流经过叶片5后的湍流，减弱涡街的形成，提高风能的利用效率，保障设备的安全性。

如图2所示为塔筒1与旋转杆2连接处的截面图，所述轴承7为推力圆柱滚子轴承，轴承7的外圈固定在塔筒1顶部内壁，轴承7的内圈固定在旋转杆2底部外壁，旋转杆2外壁还设置有制动圈8，制动圈8位于轴承7内圈上方，塔筒1内壁的对应位置还设置有若干个摩擦块9以及液压泵，摩擦块9通过液压泵水平推动。推力圆柱滚子轴承可以承载较大重量，以维持本装置的运转，摩擦块9通过液压泵控制，可以在需要时以合适的压力抵住制动圈8，增加旋转阻力，防止整个装置频繁旋转和振动。

本实施例中，叶片5与叶片轴转轴尾部方向夹角为80度，叶片5使用强度高、质量轻且耐腐蚀性好的复合材料。相对于传统的风力发电机，本装置的叶片5不光有带动发电机的作用，还有导向的作用，叶片5设置在气流末端且倾斜的设计使风向变化时装置运作更为稳定。

本实施例在运作时，气流首先经过头部导流罩3均匀分流，由于头部导流罩3迎风设置，气流会使头部导流罩3出现振动，此时经过减振圈，可以吸收掉一部分的振动，保护机舱4，随后气流经过机舱4均匀流向叶片5，叶片5由于风力的作用而转动，带动机舱4内变速器以及发电机等设备转动，随后气流继续向后流动，一部分直接离开本装置，一部分经过尾部导流罩6整流后离开本装置；当风向发生变化后，叶片5旋转到机舱4两端时受到的风力不同，产生的力矩不同，使叶片5带动机舱4以旋转杆2为中心旋转，当再次达到风力平衡后，偏航完成，整个装置再次正面迎风，同时在偏航过程中，位于塔筒1内壁的摩擦块9通过液压泵的推力可以与制动圈8摩擦，产生一定的阻力，控制装置旋转的速度和频率，并且还可以减少振动，增加稳定性。

应当说明的是，该具体实施例仅用于对技术方案的进一步阐述，不用于限定该技术方案的范围，任何基于此技术方案的修改、等同替换和改进等都应视为在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种被动式偏航风力发电装置，包括底部固定在地面或建筑物上的塔筒、机舱、叶片及叶片轴，其特征在于，还包括头部导流罩、尾部导流罩以及旋转杆，所述旋转杆固定在所述机舱下方，旋转杆底部与所述塔筒顶部通过轴承连接，所述头部导流罩套在机舱的迎风端，机舱的末端安装有叶片轴，所述叶片轴外部套有尾部导流罩，所述叶片的底端穿过尾部导流罩与叶片轴键连接，叶片与叶片轴的转轴末端延伸线成锐角。

2.根据权利要求1所述的一种被动式偏航风力发电装置，其特征在于，所述轴承为推力圆柱滚子轴承，轴承的外圈固定在塔筒顶部内壁，轴承的内圈固定在旋转杆底部外壁，旋转杆外壁还设置有制动圈，制动圈位于轴承内圈上方，塔筒内壁的对应位置还设置有若干个摩擦块以及液压泵，摩擦块通过液压泵水平推动。

3.根据权利要求1所述的一种被动式偏航风力发电装置，其特征在于，所述机舱为圆筒形。

4.根据权利要求3所述的一种被动式偏航风力发电装置，其特征在于，所述头部导流罩为半椭球壳，罩口为头部导流罩横截面直径最大处，罩口直径与机舱直径一致，所述头部导流罩的罩口设有弹性材料制成的减振圈，所述减振圈沿机舱迎风端圆周固定。

5.根据权利要求3所述的一种被动式偏航风力发电装置，其特征在于，所述尾部导流罩为半椭球壳，罩口为尾部导流罩横截面直径最大处，罩口直径小于机舱直径。