CN210396964U - 一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，包括底座、塔架、平台、机舱、轮毂、限速机构和若干风叶，限速机构包括圆环、支撑组件、驱动组件、齿轮、机壳、转轴、发电机、保护机构和若干凸齿，驱动组件包括伸缩单元、移动板和插杆，保护机构包括两个保护组件和若干侧杆，保护组件包括第一弹簧和两个调节单元，该用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备通过减速机构使得轮毂驱动齿轮和转轴转动，对发电机做功，降低轮毂转速的同时，进行额外发电，不仅如此，通过保护机构可进一步降低转轴的旋转速度，从而减缓风叶的转速，保证设备安全可靠的运行，从而提高了设备的实用性。

Description

一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备领域，特别涉及一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备。

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。广义地说，风能也是太阳能，所以也可以说风力发电机，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。

风力发电机中，风叶的转速取决于外部环境的风速，因此当风速过大时，容易导致风叶旋转速度过大，使得离心率大大增强，惯性趋势会打破风机自身的平衡，使得叶片容易折断，进而导致现有的风力发电机安全可靠性降低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，包括底座、塔架、平台、机舱、轮毂、限速机构和若干风叶，所述平台通过塔架固定在底座的上方，所述机舱固定在平台的上方，所述机舱内设有PLC，所述轮毂的一端设置在机舱内，所述风叶周向均匀分布在轮毂的另一端，所述限速机构与轮毂连接；

所述限速机构包括圆环、支撑组件、驱动组件、齿轮、机壳、转轴、发电机、保护机构和若干凸齿，所述轮毂位于圆环的内侧，所述凸齿周向均匀分布在圆环的外周，所述圆环通过支撑组件与机舱连接，所述齿轮位于圆环的下方，所述齿轮与凸齿啮合，所述圆环的内侧设有若干插板，所述插板周向均匀分布在圆环的内侧，所述驱动组件包括伸缩单元、移动板和插杆，所述伸缩单元设置在轮毂上，所述伸缩单元与移动板传动连接，所述插杆固定在移动板的远离轮毂的一侧，所述机壳固定在塔架上，所述转轴的一端同轴固定在齿轮的靠近机壳的一侧，所述转轴的另一端穿过机壳与发电机连接，所述发电机固定在机壳内，所述保护机构设置在机壳内；

所述保护机构包括两个保护组件和若干侧杆，所述侧杆周向均匀分布在转轴的外周，两个保护组件分别位于机壳内的顶部和底部，所述保护组件包括第一弹簧和两个调节单元，所述第一弹簧的两端分别与两个调节单元连接，所述第一弹簧与侧杆垂直。

作为优选，为了驱动移动板移动，所述伸缩单元包括气缸、平板、第二弹簧和四个限位单元，所述气缸的缸体固定在轮毂上，所述气缸与PLC电连接，所述气缸的气杆与平板固定连接，所述平板通过弹簧与移动板连接，四个定向单元分别设置在平板的四角处。

作为优选，为了实现气缸和插杆的同步转动，所述定向单元包括凸块和滑杆，所述凸块通过滑杆与移动板固定连接，所述平板套设在滑杆上。

作为优选，为了支撑圆环转动，所述支撑组件包括支撑板、环形槽和若干滑块，所述支撑板上设有开口，所述机舱的顶部固定在开口内的顶部，所述平台固定在开口的底部，所述环形槽设置在支撑板的靠近风叶的一侧，所述滑块周向均匀分布在圆环的远离风叶的一侧，所述滑块与环形槽滑动连接，所述滑块与环形槽相匹配。

作为优选，为了保证圆环的稳定转动，所述环形槽为燕尾槽。

作为优选，为了检测风叶转速，所述机舱上设有转速传感器，所述转速传感器与PLC电连接。

作为优选，为了调节第一弹簧的位置，所述调节单元包括固定板、移动单元和移动块，所述固定板固定在机壳的内壁上，所述移动单元设置在固定板上，所述移动单元与移动块传动连接，所述移动块与第一弹簧固定连接。

作为优选，为了带动移动块移动，所述移动单元包括电机、轴承和丝杆，所述电机和轴承均固定在固定板上，所述电机与PLC电连接，所述电机与丝杆的一端传动连接，所述丝杆的另一端设置在轴承内，所述移动块套设在丝杆上，所述移动块抵靠在固定板上，所述移动块的与丝杆的连接处设有与丝杆匹配的螺纹。

作为优选，为了保证转轴的稳定转动，所述机壳内还设有两个固定环，所述固定环与调节单元一一对应，所述固定环套设在转轴上，所述固定环与固定板固定连接。

作为优选，为了方便转轴转动，所述固定环的内侧涂有润滑油。

本实用新型的有益效果是，该用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备通过减速机构使得轮毂驱动齿轮和转轴转动，对发电机做功，降低轮毂转速的同时，进行额外发电，不仅如此，通过保护机构可进一步降低转轴的旋转速度，从而减缓风叶的转速，保证设备安全可靠的运行，从而提高了设备的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备的结构示意图；

图2是本实用新型的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备的减速机构的结构示意图；

图3是本实用新型的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备的驱动组件的结构示意图；

图4是本实用新型的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备的机壳的剖视图；

图中：1.底座，2.塔架，3.平台，4.机舱，5.轮毂，6.风叶，7.圆环，8.齿轮，9.机壳，10.转轴，11.发电机，12.凸齿，13.插板，14.移动板，15.插杆，16.侧杆，17.第一弹簧，18.气缸，19.平板，20.第二弹簧，21.凸块，22.滑杆，23.支撑板，24.环形槽，25.滑块，26.转速传感器，27.固定板，28.移动块，29.电机，30.轴承，31.丝杆，32.固定环。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，包括底座1、塔架2、平台3、机舱4、轮毂5、限速机构和若干风叶6，所述平台3通过塔架2固定在底座1的上方，所述机舱4固定在平台3的上方，所述机舱4内设有PLC，所述轮毂5的一端设置在机舱4内，所述风叶6周向均匀分布在轮毂5的另一端，所述限速机构与轮毂5连接；

PLC，即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，其实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，一般用于数据的处理以及指令的接收和输出，用于实现中央控制

该风力发电设备中，底座1固定安装在地面上，通过塔架2对平台3进行支撑，增加平台3上方的机舱4的高度，便于接收高处的风能，风力吹在风叶6上，带动风叶6旋转的同时，轮毂5对机舱4内部进行做功，从而将风能转化为机械能，再由机械能转为电能，实现风力发电，为了避免风力过强而导致风叶6的转速过快，影响设备的安全运行，通过限速机构可在风力较强时对风叶6的旋转速度进行限制，保护设备，提高了设备的安全可靠性。

如图2和图4所示，所述限速机构包括圆环7、支撑组件、驱动组件、齿轮8、机壳9、转轴10、发电机2911、保护机构和若干凸齿12，所述轮毂5位于圆环7的内侧，所述凸齿12周向均匀分布在圆环7的外周，所述圆环7通过支撑组件与机舱4连接，所述齿轮8位于圆环7的下方，所述齿轮8与凸齿12啮合，所述圆环7的内侧设有若干插板13，所述插板13周向均匀分布在圆环7的内侧，所述驱动组件包括伸缩单元、移动板14和插杆15，所述伸缩单元设置在轮毂5上，所述伸缩单元与移动板14传动连接，所述插杆15固定在移动板14的远离轮毂5的一侧，所述机壳9固定在塔架2上，所述转轴10的一端同轴固定在齿轮8的靠近机壳9的一侧，所述转轴10的另一端穿过机壳9与发电机2911连接，所述发电机2911固定在机壳9内，所述保护机构设置在机壳9内；

限速机构中，通过支撑组件对圆环7进行支撑，使得圆环7可在风叶6和机舱4之间进行转动，当外部风力过强导致风叶6旋转速度过快后，驱动组件启动，通过伸缩单元带动移动板14远离轮毂5，使得移动板14上的插杆15插入圆环7内侧的某相邻的两个插板13之间，风叶6带动轮毂5旋转，螺杆通过伸缩单元带动移动板14和插杆15旋转，插杆15作用在插板13上，设备插杆15通过插板13带动圆环7在支撑组件的支撑作用下转动，圆环7转动后，带动凸齿12转动，凸齿12作用在与之啮合的齿轮8上，使得齿轮8旋转，进而可带动转轴10转动，对机壳9内部的发电机2911进行做功，一方面可限制轮毂5和风叶6的转速，另一个方面可进行额外的发电，提高高风力发电设备的发电量，当风叶6的转速仍然较快时，可进一步通过机壳9内的保护机构降低风叶6的转速，使得该风力发电设备安全可靠的运行。

如图4所示，所述保护机构包括两个保护组件和若干侧杆16，所述侧杆16周向均匀分布在转轴10的外周，两个保护组件分别位于机壳9内的顶部和底部，所述保护组件包括第一弹簧17和两个调节单元，所述第一弹簧17的两端分别与两个调节单元连接，所述第一弹簧17与侧杆16垂直。

当驱动组件带动圆环7转动，使得齿轮8和转轴10转动后，在机壳9的内部，固定在转轴10上的侧杆16进行旋转，为了降低转轴10的速度，此时第一弹簧17的两端的调节单元运行，带动第一弹簧17靠近转轴10移动，使得侧杆16在旋转过程中与第一弹簧17进行接触，拉伸第一弹簧17，并克服第一弹簧17进行做功，将转轴10部分旋转的机械能转为第一弹簧17的弹性势能，转轴10的旋转机械能减小，使得转轴10的速度降低，通过控制第一弹簧17与转轴10的距离，可控制侧杆16旋转过程中脱离第一弹簧17需要做的功，进而可调节转轴10降低的速度大小，保证该风力发电设备安全可靠的运行。

如图3所示，所述伸缩单元包括气缸18、平板19、第二弹簧20和四个限位单元，所述气缸18的缸体固定在轮毂5上，所述气缸18与PLC电连接，所述气缸18的气杆与平板19固定连接，所述平板19通过弹簧与移动板14连接，四个定向单元分别设置在平板19的四角处。

PLC控制气缸18启动，调节气缸18的缸体内的空气量，带动气缸18的气杆移动，实现平板19的移动，当平板19移动时，通过第二弹簧20带动移动板14进行移动，便于移动板14带动插杆15插入两个插板13之间，当插杆15与插板13的远离圆环7内壁的一端接触时，气缸18继续带动平板19移动，使得第二弹簧20受到压缩，随着圆环7带动插板13旋转，压缩的第二弹簧20推动移动板14远离轮毂5，使得插杆15插入两个插板13之间。

作为优选，为了实现气缸18和插杆15的同步转动，所述定向单元包括凸块21和滑杆22，所述凸块21通过滑杆22与移动板14固定连接，所述平板19套设在滑杆22上。当轮毂5旋转时，带动气缸18的缸体转动，使得平板19转动，平板19作用在滑杆22上，使得滑杆22带动移动板14和插杆15进行同步的旋转，而当第二弹簧20的形变量发生变化时，移动板14沿着滑杆22的轴线进行移动，利用凸块21避免了平板19脱离滑杆22。

如图1所示，所述支撑组件包括支撑板23、环形槽24和若干滑块25，所述支撑板23上设有开口，所述机舱4的顶部固定在开口内的顶部，所述平台3固定在开口的底部，所述环形槽24设置在支撑板23的靠近风叶6的一侧，所述滑块25周向均匀分布在圆环7的远离风叶6的一侧，所述滑块25与环形槽24滑动连接，所述滑块25与环形槽24相匹配。

支撑组件中，支撑板23的位置固定，从而固定了环形槽24的位置，使得滑块25的滑动轨迹固定，由于滑块25与圆环7固定连接，从而实现了圆环7的稳定转动。

作为优选，为了保证圆环7的稳定转动，所述环形槽24为燕尾槽。由于环形槽24为燕尾槽，使得滑块25在滑动过程中无法脱离环形槽24，进而保证了圆环7的稳定转动，

作为优选，为了检测风叶6转速，所述机舱4上设有转速传感器26，所述转速传感器26与PLC电连接。利用转速传感器26检测轮毂5的转速，并将转速数据传递给PLC，便于PLC获取风叶6的旋转速度，控制减速机构运行。

作为优选，为了调节第一弹簧17的位置，所述调节单元包括固定板27、移动单元和移动块28，所述固定板27固定在机壳9的内壁上，所述移动单元设置在固定板27上，所述移动单元与移动块28传动连接，所述移动块28与第一弹簧17固定连接。利用固定板27便于固定移动单元的位置，PLC通过控制移动单元运行，可带动移动块28进行平移，调节第一弹簧17与转轴10的距离。

作为优选，为了带动移动块28移动，所述移动单元包括电机29、轴承30和丝杆31，所述电机29和轴承30均固定在固定板27上，所述电机29与PLC电连接，所述电机29与丝杆31的一端传动连接，所述丝杆31的另一端设置在轴承30内，所述移动块28套设在丝杆31上，所述移动块28抵靠在固定板27上，所述移动块28的与丝杆31的连接处设有与丝杆31匹配的螺纹。PLC控制电机29启动，带动丝杆31在轴承30的支撑作用下旋转，丝杆31通过螺纹作用在移动块28上，使得移动块28紧贴着固定板27的表面，沿着丝杆31的轴线方向进行移动。

作为优选，为了保证转轴10的稳定转动，所述机壳9内还设有两个固定环32，所述固定环32与调节单元一一对应，所述固定环32套设在转轴10上，所述固定环32与固定板27固定连接。利用固定板27固定了固定环32的位置，从而对转轴10进行辅助支撑，便于转轴10的稳定转动。

作为优选，为了方便转轴10转动，所述固定环32的内侧涂有润滑油。通过润滑油减小了固定环32内侧和转轴10外周之间的摩擦，便于转轴10的转动。

该风力发电设备在运行期间，当外部风力过大后，可通过驱动机构使得轮毂5带动圆环7进行同步转动，进而驱动齿轮8转动，对发电机2911进行额外做功，减小风叶6转速，若此时风叶6转速仍过高，可通过调节单元带动第一弹簧17靠近转轴10移动，使得转轴10上的侧杆16旋转时需要克服第一弹簧17的作用力，减弱转轴10的旋转速度，进而降低风叶6的转速，保证设备安全可靠的运行，从而提高了设备的实用性。

与现有技术相比，该用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备通过减速机构使得轮毂5驱动齿轮8和转轴10转动，对发电机2911做功，降低轮毂5转速的同时，进行额外发电，不仅如此，通过保护机构可进一步降低转轴10的旋转速度，从而减缓风叶6的转速，保证设备安全可靠的运行，从而提高了设备的实用性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，包括底座(1)、塔架(2)、平台(3)、机舱(4)、轮毂(5)、限速机构和若干风叶(6)，所述平台(3)通过塔架(2)固定在底座(1)的上方，所述机舱(4)固定在平台(3)的上方，所述机舱(4)内设有PLC，所述轮毂(5)的一端设置在机舱(4)内，所述风叶(6)周向均匀分布在轮毂(5)的另一端，所述限速机构与轮毂(5)连接；

所述限速机构包括圆环(7)、支撑组件、驱动组件、齿轮(8)、机壳(9)、转轴(10)、发电机(29)(11)、保护机构和若干凸齿(12)，所述轮毂(5)位于圆环(7)的内侧，所述凸齿(12)周向均匀分布在圆环(7)的外周，所述圆环(7)通过支撑组件与机舱(4)连接，所述齿轮(8)位于圆环(7)的下方，所述齿轮(8)与凸齿(12)啮合，所述圆环(7)的内侧设有若干插板(13)，所述插板(13)周向均匀分布在圆环(7)的内侧，所述驱动组件包括伸缩单元、移动板(14)和插杆(15)，所述伸缩单元设置在轮毂(5)上，所述伸缩单元与移动板(14)传动连接，所述插杆(15)固定在移动板(14)的远离轮毂(5)的一侧，所述机壳(9)固定在塔架(2)上，所述转轴(10)的一端同轴固定在齿轮(8)的靠近机壳(9)的一侧，所述转轴(10)的另一端穿过机壳(9)与发电机(29)(11)连接，所述发电机(29)(11)固定在机壳(9)内，所述保护机构设置在机壳(9)内；

所述保护机构包括两个保护组件和若干侧杆(16)，所述侧杆(16)周向均匀分布在转轴(10)的外周，两个保护组件分别位于机壳(9)内的顶部和底部，所述保护组件包括第一弹簧(17)和两个调节单元，所述第一弹簧(17)的两端分别与两个调节单元连接，所述第一弹簧(17)与侧杆(16)垂直。

2.如权利要求1所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述伸缩单元包括气缸(18)、平板(19)、第二弹簧(20)和四个限位单元，所述气缸(18)的缸体固定在轮毂(5)上，所述气缸(18)与PLC电连接，所述气缸(18)的气杆与平板(19)固定连接，所述平板(19)通过弹簧与移动板(14)连接，四个定向单元分别设置在平板(19)的四角处。

3.如权利要求2所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述定向单元包括凸块(21)和滑杆(22)，所述凸块(21)通过滑杆(22)与移动板(14)固定连接，所述平板(19)套设在滑杆(22)上。

4.如权利要求1所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述支撑组件包括支撑板(23)、环形槽(24)和若干滑块(25)，所述支撑板(23)上设有开口，所述机舱(4)的顶部固定在开口内的顶部，所述平台(3)固定在开口的底部，所述环形槽(24)设置在支撑板(23)的靠近风叶(6)的一侧，所述滑块(25)周向均匀分布在圆环(7)的远离风叶(6)的一侧，所述滑块(25)与环形槽(24)滑动连接，所述滑块(25)与环形槽(24)相匹配。

5.如权利要求4所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述环形槽(24)为燕尾槽。

6.如权利要求1所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述机舱(4)上设有转速传感器(26)，所述转速传感器(26)与PLC电连接。

7.如权利要求1所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述调节单元包括固定板(27)、移动单元和移动块(28)，所述固定板(27)固定在机壳(9)的内壁上，所述移动单元设置在固定板(27)上，所述移动单元与移动块(28)传动连接，所述移动块(28)与第一弹簧(17)固定连接。

8.如权利要求7所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述移动单元包括电机(29)、轴承(30)和丝杆(31)，所述电机(29)和轴承(30)均固定在固定板(27)上，所述电机(29)与PLC电连接，所述电机(29)与丝杆(31)的一端传动连接，所述丝杆(31)的另一端设置在轴承(30)内，所述移动块(28)套设在丝杆(31)上，所述移动块(28)抵靠在固定板(27)上，所述移动块(28)的与丝杆(31)的连接处设有与丝杆(31)匹配的螺纹。

9.如权利要求8所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述机壳(9)内还设有两个固定环(32)，所述固定环(32)与调节单元一一对应，所述固定环(32)套设在转轴(10)上，所述固定环(32)与固定板(27)固定连接。

10.如权利要求9所述的用于供电网络的具有限速功能的风力发电设备，其特征在于，所述固定环(32)的内侧涂有润滑油。

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