CN212583873U - 环保高效智能风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种环保高效智能风力发电系统，设置挡风板，两挡风板之间形成导风槽，引导风从侧面流出，更好的提高了风能利用率，也拥有更大的扭矩力，对侧面来风进行阻挡，在风力作用下，驱动水平传动轴旋转，进一步提高风力利用效率，此外，能适应风向的随时变化；进一步设置部分覆盖侧边框的挡风板，方便侧面倾斜向的风吹入叶轮内，驱动叶轮转动，提高风力转换效率；设置调风板，对反作用的风进行阻挡，防止其进入叶轮内，防止无用功，提高风力转换效率；本实用新型的风力发电系统制造成本低、占用空间小、运输方便，更加环保，噪音小，不会对风场附近的飞禽造成伤害，微风即可发电，同等风场条件下发电量是水平轴的3‑6倍。

Description

环保高效智能风力发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种环保高效智能风力发电系统。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的的可再生能源能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，现代人们主要利用风力发电，非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。

目前的风力发电系统，一般包括叶轮、传动组件和发电机组，通过外界风力吹动叶轮转动，通过传动组件驱动发电机组发电。水平轴风力发电机叶轮的旋转轴与气流方向和地面平行，其主要的优点是风轮可以架设到离地面较高的地方，从而减少了地面扰动对风轮动态特性的影响；垂直轴风力发电机风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向，可以吸收来自任意方向风的能量，在风向改变的时候无需对风，不需要安装尾翼或者整流板。具体的，水平轴风力发电机有巨大的叶片和机舱轮毂构造，叶片制造成本高，由于发电机是与地面水平的，且发电机组放置塔架顶端，运输、安装维修成本高，不环保；垂直轴风力机可以多向受风而不需要偏航装置，可以在地面安装，便于安装维修、检修和控制，但其结构复杂。

针对水平轴风力发电机叶轮，为了保持叶轮获得最大的风阻，一般都需要安装尾翼或者整流板，使得叶轮正对风向，如此可获得最大的推力，提高发电效率。但是现实中，风向和风速时刻都在变化，所以风能具有不稳定性，如何使风力发电机的输出功率稳定是风力发电技术的一个重要的问题。由于现代的风力发电系统风轮尺寸越做越大，也越来越重，在风向发生变化时，尾翼或者整流板控制叶轮对准风向反应迟钝，难以跟上风向变化节奏，叶轮实际上永远与当前风向存在一定夹角，这导致其风电转换效率较低，且叶轮受力不稳，导致整个设备磨损较快，使用寿命降低；此外，当风速发生变化时，风力发电机的输出功率也随之变化，导致输出功率不稳。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种环保高效智能风力发电系统，无需尾翼或者整流板，且能提高风电转换效率、并稳定输出功率。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种环保高效智能风力发电系统，其包括发电机组(10)和竖直传动轴(20)，其中，发电机组(10)设置于地面并与竖直传动轴(20)传动连接，还包括水平传动轴(50) 和两叶轮(60)，水平传动轴(50)与竖直传动轴(20)传动连接，两叶轮(60) 左右对称设置且分别与水平传动轴(50)轴连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括固定筒(30)和旋转支架(40)，固定筒(30)竖直设置且竖直传动轴(20)从固定筒(30)内部穿过，所述旋转支架(40)左右对称设置且中间部位与固定筒(30)在水平面内可转动连接，两叶轮(60)对称设置于旋转支架(40)左右两侧，旋转支架(40)与水平传动轴(50)可转动连接。

优选的，还包括至少两推力球轴承(31)，所述推力球轴承(31)设置于固定筒(30)和旋转支架(40)之间且分别与二者固定，其中一推力球轴承(31) 设置于固定筒(30)顶部。

再优选的，还包括一齿轮箱(21)、两锥齿轮(22)和一圆锥滚子轴承(23)，所述齿轮箱(21)固定设置于固定筒(30)顶部的推力球轴承(31)上表面，水平传动轴(50)穿过齿轮箱(21)并与之可转动连接，竖直传动轴(20)伸入齿轮箱(21)内，两锥齿轮(22)分别嵌套、固定在水平传动轴(50)和竖直传动轴(20)上，两锥齿轮(22)相互啮合，圆锥滚子轴承(23)设置于竖直传动轴(20)上的锥齿轮(22)与齿轮箱(21)之间并与二者固定。

更优选的，还包括风塔(70)和加强座(71)，所述风塔(70)顶端呈圆锥形且顶部设置有连接筒(72)，竖直传动轴(20)穿过连接筒(71)并伸入风塔(70)内，发电机组(10)设置于风塔(70)内，固定筒(30)底部嵌套在连接筒(72)外侧，加强座(71)嵌套在固定筒(30)外侧且上下端面分别抵持一推力球轴承(31)和风塔(70)顶端。

优选的，所述叶轮(60)包括若干叶片(64)，各叶片(64)以水平传动轴(50)为中心轴旋转对称设置，叶片(64)沿水平传动轴(50)径向安装且叶片(64)表面为弧形弯曲面的风斗。

再优选的，所述叶轮(60)包括至少两固定座(61)、若干支撑杆(62) 和若干连杆(63)，固定座(61)嵌套在水平传动轴(50)上并与之固定，若干支撑杆(62)以水平传动轴(50)为中心轴旋转对称设置，各支撑杆(62) 一端与固定座(61)连接另一端通过连杆(63)一次连接成环，叶片(64)两侧分别与两固定座(61)上正对的两支撑杆(62)固定。

更优选的，所述旋转支架(40)包括两底托(41)、四个侧边框(42)和四个挡风板(43)，两底托(41)左右对称设置且分别与固定筒(30)在水平面内可转动连接，每个底托(41)上固定两个侧边框(42)，侧边框(42)嵌套在水平传动轴(50)上并与之可转动连接，叶轮(60)设置于两侧边框(42) 之间，每个侧边框(42)表面固定挡风板(43)。

进一步优选的，以通过水平传动轴(50)中心轴的铅垂面为参照，所述挡风板(43)遮挡所述铅垂面左侧或者右侧的侧边框(42)。

更进一步优选的，所述旋转支架(40)包括调风板(44)，所述调风板(44) 两侧与两侧边框(42)固定，调风板(44)沿侧边框(42)圆周向延伸并包覆侧边框(42)远离挡风板(43)的一侧下部1/4圆周。

本实用新型的环保高效智能风力发电系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置水平传动轴、竖直传动轴和两叶轮，外界风力推动叶轮转动，进而驱动水平传动轴和竖直传动轴转动，驱动发电机组发电，在此过程中，叶轮既绕水平传动轴自转又绕竖直传动轴公转，无论哪个方向的来风都能驱动其转动，无需设置尾翼或者整流板，适应风向随时变化，能提高风电转换效率；左右对称式的设计，对设备磨损小，使用寿命长；设置左右对称的两个叶轮，在风速发生变化时，可以依靠叶轮转动惯性做功，平滑风力发电机的输出功率；

(2)风塔顶端呈圆锥形且顶部设置有连接筒，设置加强座，便于安装，同时提高整体受力性能；

(3)设置挡风板，两挡风板之间形成导风槽，引导风从侧面流出，更好的提高了风能利用率，也拥有更大的扭矩力；不会产生噪音，在野外也不会对植被、鸟类的迁徙与栖息造成影响；另外一方面，对侧面来风进行阻挡，在风力作用下，驱动水平传动轴旋转，进一步提高风力利用效率，此外，能适应风向的随时变化；进一步设置部分覆盖侧边框的挡风板，方便侧面倾斜向的风吹入叶轮内，驱动叶轮转动，提高风力转换效率；

(4)设置调风板，对反作用的风进行阻挡，防止其进入叶轮内，防止无用功，提高风力转换效率；

(5)叶片沿水平传动轴径向设置，保证该风轮具有大迎风面，高风阻、大扭矩力、风阻衰减快等特点，风能利用率极高，同等功率下需要的风速较小，并且在微风条件下亦能进行良好发电，同等风场条件下发电量是水平轴的3-6倍；叶片表面为弧形弯曲面的风斗，迎风面积最大，背面阻力最小，结构强度最强，材料成本最小，屏蔽了逆风面，动能转化最高，能自动寻风；

(6)本实用新型的风力发电系统制造成本低、占用空间小、运输方便，更加环保，噪音小，不会对风场附近的飞禽造成伤害，微风即可发电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的环保高效智能风力发电系统的立体图；

图2为本实用新型的环保高效智能风力发电系统的俯视图；

图3为图2A-A向的剖视图；

图4为图3中上部圆圈区域的放大图；

图5为图3中下部圆圈区域的放大图；

图6为本实用新型的环保高效智能风力发电系统的叶轮部分的立体图；

图7为本实用新型的环保高效智能风力发电系统的旋转支架部分的立体图；

图8位本实用新型的环保高效智能风力发电系统工作状态下的风向示意图；

图9位本实用新型的环保高效智能风力发电系统工作状态下的风向示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，结合图2～图5，本实用新型的环保高效智能风力发电系统，其包括发电机组10、竖直传动轴20、固定筒30、旋转支架40、水平传动轴50、两叶轮60和风塔70。

其中，发电机组10设置于地面并与竖直传动轴20传动连接。具体的，在本实施方式中，所述发电机组10转轴与竖直传动轴20呈90°垂直设置，二者通过两斜齿轮啮合连接，通过竖直传动轴20驱动发电机组10发电。具体的，所述发电机组10设置于风塔70内。

水平传动轴50与竖直传动轴20传动连接。通过水平传动轴50在水平面内转动，驱动竖直传动轴20转动。

两叶轮60左右对称设置且分别与水平传动轴50轴连接。通过叶轮60转动，驱动水平传动轴50转动。

在本实施方式中，还包括固定筒30和旋转支架40。

固定筒30，作为受力支撑部件，其竖直设置且竖直传动轴20从固定筒30 内部穿过。

旋转支架40，作为水平传动轴50的第二种驱动方式，在风力作用下推动水平传动轴50水平转动。

如图4，旋转支架40左右对称设置且中间部位与固定筒30在水平面内可转动连接，两叶轮60对称设置于旋转支架40左右两侧，旋转支架40与水平传动轴50可转动连接。具体的，还包括至少两推力球轴承31，所述推力球轴承31 设置于固定筒30和旋转支架40之间且分别与二者固定，其中一推力球轴承31 设置于固定筒30顶部。如此，旋转支架40即可绕固定筒30水平转动，当外界风力推动旋转支架40转动时，旋转支架40驱动水平传动轴50水平转动，进行发电。

如图4，作为水平传动轴50与竖直传动轴20传动连接的具体实施方式，还包括一齿轮箱21、两锥齿轮22和一圆锥滚子轴承23，所述齿轮箱21固定设置于固定筒30顶部的推力球轴承31上表面，水平传动轴50穿过齿轮箱21并与之可转动连接，竖直传动轴20伸入齿轮箱21内，两锥齿轮22分别嵌套、固定在水平传动轴50和竖直传动轴20上，两锥齿轮22相互啮合，圆锥滚子轴承23 设置于竖直传动轴20上的锥齿轮22与齿轮箱21之间并与二者固定。如此，水平传动轴50部分的重量可经过推力球轴承31传到至固定筒30。

如图5，作为固定筒30底部固定部分的具体实施方式，还包括风塔70和加强座71，所述风塔70顶端呈圆锥形且顶部设置有连接筒72，竖直传动轴20穿过连接筒71并伸入风塔70内，发电机组10设置于风塔70内，固定筒30底部嵌套在连接筒72外侧，加强座71嵌套在固定筒30外侧且上下端面分别抵持一推力球轴承31和风塔70顶端。风塔70顶端呈圆锥形，可将承重均匀分散到建筑立柱上，防止受力不均。旋转支架40和叶轮60的重量经推力球轴承31传到至固定筒30或者风塔70顶端。发电机组10设置于风塔70内，而非设置于高空位置，便于安装和检修。

作为风动部分，如图6，所述叶轮60包括若干叶片64，各叶片64以水平传动轴50为中心轴旋转对称设置，叶片64沿水平传动轴50径向安装且叶片64 表面为弧形弯曲面的风斗。叶片作为风力发电机主要的捕获风能的装置，叶片结构直接影响了发电机的效能，对其不断地探索、改进将极大地有助于提高风力发电的效率。目前，国内外主要的叶片结构的改进有5种：(1)针对叶片前缘的结构改进，主要是在叶片前缘增加辅助叶片，该辅助叶片的上游边缘位于主转子叶片的前缘下游，以此来获得叶片更好的空气动力学性能；(2)针对叶片后缘做出的结构改进，主要是改为钝尾缘及延伸后缘，以更好地适应风速的变化；(3)针对叶片叶尖做出的结构改进，在叶片的叶尖添加翼稍装置，即叶尖小翼，可降低转子叶片叶尖处产生的翼展向气流，从而减少转子叶片上的诱导阻力；(4)针对叶片表面做出的结构改进，叶片表面增加固定的凸起、加可调节的扰流板、对扰流板的开合的控制以及在叶片表面开孔等，使得空气降低尖端处的噪声，并改善叶片表面的涡流；(5)分裂叶片，将叶片后缘改为多个小翼，降低运输难度的同时还能提高叶片的气动性能。本实用新型的叶片64沿水平传动轴50径向设置，保证该风轮具有大迎风面，高风阻、大扭矩力、风阻衰减快等特点，风能利用率极高，同等功率下需要的风速较小，并且在微风条件下亦能进行良好发电，同等风场条件下发电量是水平轴的3-6倍。叶片64表面为弧形弯曲面的风斗，迎风面积最大，背面阻力最小，结构强度最强，材料成本最小，屏蔽了逆风面，动能转化最高，能自动寻风。

具体的，每个叶轮60包括6瓣叶片64。

具体的，所述叶轮60包括至少两固定座61、若干支撑杆62和若干连杆63，固定座61嵌套在水平传动轴50上并与之固定，若干支撑杆62以水平传动轴50 为中心轴旋转对称设置，各支撑杆62一端与固定座61连接另一端通过连杆63 一次连接成环，叶片64两侧分别与两固定座61上正对的两支撑杆62固定。

具体的，如图7，所述旋转支架40包括两底托41、四个侧边框42和四个挡风板43，两底托41左右对称设置且分别与固定筒30在水平面内可转动连接，每个底托41上固定两个侧边框42，侧边框42嵌套在水平传动轴50上并与之可转动连接，叶轮60设置于两侧边框42之间，每个侧边框42表面固定挡风板43。所述挡风板43，如图8所示，一方面，形成导风槽，引导风从侧面流出，更好的提高了风能利用率，也拥有更大的扭矩力。不会产生噪音，在野外也不会对植被、鸟类的迁徙与栖息造成影响；另外一方面，对侧面来风进行阻挡，在风力作用下，驱动水平传动轴50旋转，进一步提高风力利用效率，此外，能适应风向的随时变化。

作为一种优选实施方式，以通过水平传动轴50中心轴的铅垂面为参照，所述挡风板43遮挡所述铅垂面左侧或者右侧的侧边框42。由于叶轮60的风力利用效率高于挡风板43，将挡风板43设计为包覆侧边框42一侧的区域，便于另一侧倾斜向进风，驱动叶轮60旋转。

所述旋转支架40包括调风板44，所述调风板44两侧与两侧边框42固定，调风板44沿侧边框42圆周向延伸并包覆侧边框42远离挡风板43的一侧下部 1/4圆周。如图9所示，从侧边框42侧面吹来的风，一部分其实会阻挡叶片64 转动，通过设置调风板44，对这部分风进行阻挡，可提高风力利用效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保高效智能风力发电系统，其包括发电机组(10)和竖直传动轴(20)，其中，发电机组(10)设置于地面并与竖直传动轴(20)传动连接，其特征在于：还包括水平传动轴(50)和两叶轮(60)，水平传动轴(50)与竖直传动轴(20)传动连接，两叶轮(60)左右对称设置且分别与水平传动轴(50)轴连接。

2.如权利要求1所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：还包括固定筒(30)和旋转支架(40)，固定筒(30)竖直设置且竖直传动轴(20)从固定筒(30)内部穿过，所述旋转支架(40)左右对称设置且中间部位与固定筒(30)在水平面内可转动连接，两叶轮(60)对称设置于旋转支架(40)左右两侧，旋转支架(40)与水平传动轴(50)可转动连接。

3.如权利要求2所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：还包括至少两推力球轴承(31)，所述推力球轴承(31)设置于固定筒(30)和旋转支架(40)之间且分别与二者固定，其中一推力球轴承(31)设置于固定筒(30)顶部。

4.如权利要求3所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：还包括一齿轮箱(21)、两锥齿轮(22)和一圆锥滚子轴承(23)，所述齿轮箱(21)固定设置于固定筒(30)顶部的推力球轴承(31)上表面，水平传动轴(50)穿过齿轮箱(21)并与之可转动连接，竖直传动轴(20)伸入齿轮箱(21)内，两锥齿轮(22)分别嵌套、固定在水平传动轴(50)和竖直传动轴(20)上，两锥齿轮(22)相互啮合，圆锥滚子轴承(23)设置于竖直传动轴(20)上的锥齿轮(22)与齿轮箱(21)之间并与二者固定。

5.如权利要求4所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：还包括风塔(70)和加强座(71)，所述风塔(70)顶端呈圆锥形且顶部设置有连接筒(72)，竖直传动轴(20)穿过连接筒(72)并伸入风塔(70)内，发电机组(10)设置于风塔(70)内，固定筒(30)底部嵌套在连接筒(72)外侧，加强座(71)嵌套在固定筒(30)外侧且上下端面分别抵持一推力球轴承(31)和风塔(70)顶端。

6.如权利要求2所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：所述叶轮(60)包括若干叶片(64)，各叶片(64)以水平传动轴(50)为中心轴旋转对称设置，叶片(64)沿水平传动轴(50)径向安装且叶片(64)表面为弧形弯曲面的风斗。

7.如权利要求6所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：所述叶轮(60)包括至少两固定座(61)、若干支撑杆(62)和若干连杆(63)，固定座(61)嵌套在水平传动轴(50)上并与之固定，若干支撑杆(62)以水平传动轴(50)为中心轴旋转对称设置，各支撑杆(62)一端与固定座(61)连接另一端通过连杆(63)一次连接成环，叶片(64)两侧分别与两固定座(61)上正对的两支撑杆(62)固定。

8.如权利要求6所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：所述旋转支架(40)包括两底托(41)、四个侧边框(42)和四个挡风板(43)，两底托(41)左右对称设置且分别与固定筒(30)在水平面内可转动连接，每个底托(41)上固定两个侧边框(42)，侧边框(42)嵌套在水平传动轴(50)上并与之可转动连接，叶轮(60)设置于两侧边框(42)之间，每个侧边框(42)表面固定挡风板(43)。

9.如权利要求8所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：以通过水平传动轴(50)中心轴的铅垂面为参照，所述挡风板(43)遮挡所述铅垂面左侧或者右侧的侧边框(42)。

10.如权利要求9所述的环保高效智能风力发电系统，其特征在于：所述旋转支架(40)包括调风板(44)，所述调风板(44)两侧与两侧边框(42)固定，调风板(44)沿侧边框(42)圆周向延伸并包覆侧边框(42)远离挡风板(43)的一侧下部1/4圆周。

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