CN213392484U - 大型风车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大型风车，包括立式布置的风车转塔，风车转塔包括立式布置的转轴，转轴的旁侧连有风叶板，风力吹动风叶板带动转轴转动，所述风车转塔沿转轴的轴向布置有至少两层，上下相邻的两根转轴同芯连接，最下层转轴的下端为扭矩输出端用于连接能源转换装置，转轴与机架之间设置有转动支撑结构用于轴向支撑转轴及所连风叶板。上述方案中通过风车转塔的多层布置能够在同一安装面积的区域布置更多的风车，从而最大化利用风力，尤其适用于城市区域的工厂等用户在较小面积内布置使用该风车的风力发电机，从而降低用电成本节约能源的目的。

Description

大型风车

技术领域

本实用新型涉及风能利用的技术领域，具体涉及一种风车。

背景技术

大型风车的转塔立式布置，即转塔轴立式布置，风叶板的板面位于铅垂面内，风叶板公转时自身自转，由于制造及安装的需求，风叶板及转塔轴较难制造出庞大的结构，导致单个立式风车的迎风面较小无法在固定的安装面积内收效最大限度的风力功，因此如何在同样的安装面积内尽可能安装更多的单体立式风车是无法避免的设计难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大型风车，其能够在固定的安装面积内布置多层。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种大型风车，包括立式布置的风车转塔，风车转塔包括立式布置的转轴，转轴的旁侧连有风叶板，风力吹动风叶板带动转轴转动，所述风车转塔沿转轴的轴向布置有至少两层，上下相邻的两根转轴同芯连接，最下层转轴的下端为扭矩输出端用于连接能源转换装置，转轴与机架之间设置有转动支撑结构用于轴向支撑转轴及所连风叶板。

上述方案中通过风车转塔的多层布置能够在同一安装面积的区域布置更多的风车，从而最大化利用风力，尤其适用于城市区域的工厂等用户在较小面积内布置使用该风车的风力发电机，从而降低用电成本节约能源的目的。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2、3为本实用新型的结构示意图；

图4、5、9为风车底座结构示意图；

图6为图5的A-A面剖视图；

图7、10为风车底座的拆分示意图；

图8为本实用新型的工作原理图；

图11为转轴刹车结构示意图。

具体实施方式

一种大型风车，包括立式布置的风车转塔，风车转塔包括立式布置的转轴30，转轴30的旁侧连有风叶板50，风力吹动风叶板50带动转轴30转动，所述风车转塔沿转轴30的轴向布置有至少两层，上下相邻的两根转轴30转轴同芯连接，最下层转轴30的下端为扭矩输出端用于连接能源转换装置，转轴30与机架90之间设置有转动支撑结构34用于轴向支撑转轴30及所连风叶板50。

上述方案中，布置有多层风车转塔，再连接各风车转塔的转轴30从而将多层风车转塔因风力吹动所产生的扭矩从同一根轴上输出，这样在立式布置的多层风车转塔上只需布置一组能源转换装置即可，且能源转换装置也只需与其中一根转轴30连接即可，通过风车转塔的多层布置能够在同一安装面积的区域布置更多的风车，提升迎风面积，从而最大化利用风力，尤其适用于城市区域的工厂等用户在较小面积内布置使用该风车的风力发电机，从而降低用电成本节约能源的目的。

所述机架90顶端四角通过斜拉索与地面相连。当风车叠加到一定高度时需要通过斜拉索对其进行斜拉固定，机架90倒塌。

所述转轴30上端设置有法兰盘，转轴30的下端穿过平台91与下连接轴33构成轴向、周向限位的同芯插接配合，下连接轴33下端设置有法兰盘，转轴30上端的法兰盘与相邻的上层风车转塔的下连接轴33法兰盘连接。通过法兰盘连接上下转轴30将多层风车的动力整合在一根轴上，由于需要在转轴30的上下端分别设置法兰盘以便于连接，这样完整的转轴便较难穿过平台91，故将同一根转轴拆分为多段，同时也便于转轴的加工、安装、和运输。

转轴30自上下方向穿置通过径向轴承，所述径向轴承设置在机架90上的轴承座70内，机架90上的第一支撑台80上布置有调节并固定轴承座70水平位置的调芯螺栓81，所述调芯螺栓81在圆柱台状的轴承座70的周向均匀间隔布置有至少三个，调芯螺栓81的轴芯位于水平方向并沿轴承座70的径向位移与锁定，调芯螺栓81尾端抵靠在轴承座70的外周壁上。多层布置的风车转塔各层的转轴30所对应的轴承及轴承座70易出现偏置和偏心现象，这样容易设备磨损和能量损失且拆装较为困难，调芯螺栓81沿轴承座70的径向位移调节其尾端的位置，这样所有调芯螺栓81尾端所在的圆弧的圆心位置便会改变，而该圆心位置即为轴承座70的轴芯位置，这样便能调节上下层轴承座70安装时的同心度，对转轴30的轴芯位置进行调节，使转轴30上下端的轴芯一致不会产生较大的偏置，避免了因偏芯偏置造成的零部件损坏。

所述调芯螺栓81尾端与轴承座70的外周壁之间设置有垫块。避免调芯螺栓81转动时其尾端直接摩擦轴承座70的外周，同时可以在使用较短的调芯螺栓81的情况下通过增减垫块实现更大的调节范围，以免使用较长调芯螺栓81在较大的受力状态下断裂。

所述转动支撑结构34包括磁性单元一、二A、B，磁性单元一、二A、B中的其一与每层的风车转塔的转轴30相连，另外一个磁性单元与机架90相连，磁性单元一、二A、B相互配合提供悬浮磁力用于抵消转轴30及所连风叶板50的重力。上述方案中的每层转轴30及所连风叶板50的重力由磁性单元一、二A、B之间的磁力来承担，无需径向轴承承担，而径向轴承对转轴30实施径向扶持支撑，这对于大型风机来讲极为重要，因为转轴30、风叶板50构成的转塔重量较大，依据具体规格，其重量可达几吨甚至十几吨，若采用端面轴承来承担如此重负且保持持续的转动工作状态，轴承寿命将难以保证，即使通过改进轴承的规格和材质，其体积也将会显著增加、成本难以降低。所以本实用新型选择磁悬浮的方案来承担转塔的重量，其回转轴芯的定位由径向轴承承担。磁悬浮机构避免了径向轴承磨损造成的转动摩擦力增大而降低了能源转换率，且磁悬浮端转动时摩擦力较小有利于提升能源的转换率，磁性单元一、二A、B可以为永磁体，当风车整体重量过大时也可以采用电磁铁，其中一个磁性单元与机架90相连是由于在本实用新型中磁性单元与机架90距离更近，其实质是其中一个磁性单元相对于大地固定连接。

第一支撑台80上同心且上、下间隔布置两个径向轴承11、71，过渡转接轴32的轴身置于径向轴承11、71内且与轴承内圈构成小间隙动配合，过渡转接轴32的下端连接磁性单元一、二A、B其中之一，另一个磁性单元垂吊式连接在每层平台91上的第一支撑台80上。小间隙的动配合就是要保证径向轴承11、71与过渡转接轴32的轴身之间避免传递轴向力，又可保证过渡转接轴32转动时轴芯出现偏心现象，这样径向轴承的受力也在其承受能力范围内；另外，当过渡转接轴32的轴芯出现些许偏移时，上、下两个径向轴承11、71提供具有一定间距、方向相反的径向力以弯矩的方式作用在过渡转接轴32实施扶持归位；设置过渡转接轴32并使其与径向轴承11、71配合，可以保证过渡转接轴32的加工精度，同时方便安装，否则将一根较长的转轴30加工到所需精度是极为困难的，并且鉴于长度过长，其与径向轴承11、71装配工序也难以实现，对于一米左右长度的过渡转接轴32来讲加工极为方便，安装亦非难事，尤其是初装时，磁性单元未安装完毕，过渡转接轴32的重量由径向轴承暂时承担也不会造成轴承损坏。同时每层每层每层风车转塔的重量由各层平台91承担大大降低了最下层转轴30的轴向压力，提升了转轴的使用寿命，保证的安全性。

转轴30所连的过渡转接轴32的下端连接有下连接轴33，下连接轴33和过渡转接轴32为空心管状轴且两者插接连接后轴向、周向限位连接，下连接轴33与磁性单元一、二A、B中的其一相连，下连接轴33的下端设置连接法兰。下连接轴33和过渡转接轴32为空心管状结构可以显著降低自身重量，又保证具有足够的抗弯、抗扭性能，如此也保证了转轴30获得的扭矩自上而下实现传递，并驱动布置在低位处的发电机等设备。

所述转轴30与机架90之间设置有限制转轴30转动的刹车装置。抱紧刹车装置的作用是当需要检修时可通过刹车装置将风车停机，同时也避免在拆装过程中风车的转动造成安全隐患。

各层转轴30与机架90之间分别设置有转轴刹车。由于风车转塔的多层布置导致转轴30的总长度较长，若只在某一层转轴30处设置刹车，风力吹动风车产生巨大扭矩极易对转轴30造成一定的变形甚至扭断，因此在每层均设置转轴刹车限制转轴30的转动防止事故的发生。

所述转轴刹车包括在转轴30上同心设置的转轴刹盘37，转轴刹钳38抱合转轴刹盘37限制转轴30转动，各层转轴刹车同步工作。盘刹结构简单，适应各种复杂环境，能够承受高频率频繁刹车，适用于风向经常改变的区域设置的小型风车。

所述转轴刹车包括在转轴30上同心设置的转轴刹鼓36，转轴刹鼓36抱合转轴30限制其转动，各层转轴刹车同步工作。刹鼓可以使用较低的油压，且刹车力较大，适用于风向稳定的大型风车结构。

包括转动座10，转动座10上立式布置有作为动力输出轴的转轴30，转轴30的周向固定设置有转动架40，转动架40上铰接有风叶板50，所述风叶板50的铰接轴51轴芯方向与转轴30轴芯方向平行，风叶板50在转轴30的周向均匀间隔布置有至少两个，风叶板50绕转轴30轴芯公转α时风叶板50绕其铰接轴51轴芯自转β，风叶板50的公转α方向与风叶板50的自转β方向相同或相反，调向机构驱动转动座10依据风向作追随风向的姿态调整转动，姿态调整转动满足以下适配关系，铰接轴51轴芯与转轴30轴芯所在的平面垂直于风向时，一侧风叶板50的板面垂直于风向，该风叶板50随转轴30公转180°时风叶板50自转90°使其板面平行于风向，转轴30与机架90之间设置有转动支撑结构34用于轴向支撑转轴30及所连风叶板50；

上述方案中，当铰接轴51轴芯与转轴30轴芯所在的平面垂直于风向时，风向上的一侧风叶板50的板面垂直于风向迎风，另一侧风叶板50的板面平行于风向顺风，这样风向上的两侧风叶板50的迎风面积存在巨大的差距，从而保证转轴30的转向不变且转动扭矩最大，使风力利用率达到最大化，本实用新型的实质是通过风叶板50的自转β使得风叶板50在不同位置时其迎风面积不同，这样便会使转轴30在风向上的一侧的合力矩大于另一侧的合力矩，从而实现风叶板50绕转轴30的轴芯公转α。风叶板50公转α的同时伴随着自转β，风叶板50公转180°时风叶板50自转90°，即风叶板50公转α角度：风叶板50自转β角度＝2：1，由于风叶板50为两侧对称的板状结构，因此其自转β为180°与自转β为360°时其板面与风向夹角相同，这样保证了风叶板50公转α至各位置时其在同一位置上的迎风面积是相同的，这样风车便能持续稳定的工作。转动座10依据风向作追随风向的姿态的实质是：设转动座10正对风向某点为0号位，当风向发生改变时，调向机构驱动转动座10转动使其0号位正对风向。本实用新型中的转动支撑结构34为轴向支撑轴承或磁悬浮机构，本实用新型中风车的迎风面较大，可以最大程度利用风力推动整个风车转动，在微风下风车依然能够转动，进一步提高了风能的利用率，同时本实用新型中的转动座10可以随风向转动，这样本实用新型中的风车便可以在任意风向下保持稳定转动，风车便能随风力保持转向不变的转动。

所述风叶板50的公转α与风叶板50相对于大地的自转β转速比为2：1。这样才能保证风叶板50转动至相同位置时其与风向夹角一致。

风叶板50的公转α方向与风叶板50相对于大地的自转β方向相同。风叶板50的公转α方向与风叶板50的自转β方向相同是指：俯视风车时公转α与自转β均为逆时针或顺时针转动，其中自转β的方向为相对于大地的自转β方向，由于风叶板50公转的同时自转其相对于大地的自转β等于公转α减去其本身相对于其铰接轴51的转动角度，其本身相对于铰接轴51的转动方向与公转α方向相反。

所述铰接轴51轴芯与转轴30轴芯所在的平面平行于风向时，风叶板50板面与风向夹角为45°。风叶板50处于该位置时风向上前位置风叶板50与后位置风叶板50板面之间的夹角为90°，风叶板50从前位置转动至后位置时自转90°。

所述风叶板50与调向机构之间的传动路径上设置有限制转动座10转动的刹车装置。当风向未发生变化时需要通过刹车装置对转动座10进行限位防止其在外力作用下偏转。

所述转动座10上固定设置有与转轴30同芯的锥形基齿轮13，风叶板50的铰接轴51上同芯固定设置有锥形从动齿轮52，轴芯方向位于水平面的传动轴60的两端同芯布置有锥齿轮61，两锥齿轮61分别与锥形基齿轮13及锥形从动齿轮52啮合，锥形基齿轮13与锥形从动齿轮52之间的传动比为2：1，所述锥形基齿轮13及锥形从动齿轮52的锥底的朝向相同，两锥齿轮61与锥形基齿轮13及锥形从动齿轮52的啮合侧位于对应齿轮远离转轴30的一侧。上述方案中的传动轴60等联动机构随转动座10既可以布置在风叶板50上方也可以布置在风叶板50下方，该方案通过机械结构完成了风叶板50公转α与自转β的联动简单方便不易出错，且相对于电动控制省去了复杂的布线，并且轴传动相较于链传动不易掉链损坏，便于维护管理。锥形基齿轮13及锥形从动齿轮52的锥底朝向设置目的是保证公转α与自转β的方向相同，本实用新型中锥形基齿轮13及锥形从动齿轮52的锥底朝上，这样锥形齿轮的啮合面位于锥底下方不易积灰，有利于延长使用其使用寿命。

所述调向机构包括转动座10上同芯固定设置的调向链轮或齿轮14，驱动机构接收风向标20的位置信号驱使调节链轮或齿轮14跟随风向标20转动。即调向机构的动力传输方式为链传动或齿轮传动，也可以为涡轮蜗杆结构，涡轮蜗杆结构同时具有驱动和刹车定位的作用，这样便实现了转动座10与风向标20的同步转动，并且驱动机构对转动座10形成一定的转动限位防止转轴30的转动带动转动座10，转动座10可以布置在转轴30的下部，并且便于检修和布置线路。上述方案即保证了调向机构动力传输的实现，又与转动架40的转动错位从而避免互相干扰。

所述转动架40包括与风叶板上下端对应布置的悬臂41，悬臂41的里端为类哈夫结构，上、下方悬臂41的外端设置有用于扶持铰接轴51的轴承座和径向轴承，悬臂41的外端的铰接轴51处设置有轴向支撑结构用于抵消风叶板50的重力。当有两个风叶板时即为哈弗结构，单个悬臂41的内端结构所占轴向角度为360°除以风叶板数，这样制造运输时只需制造单根悬臂41即可，类哈夫结构拆装也较为方便，轴向支撑结构为轴向支撑轴承或磁悬浮结构。

所述下方悬臂41与转轴30之间设置有斜拉杆42，悬臂41、转轴30及斜拉杆42合围成位于竖直面内的三角形结构，风叶板50的下部呈梯形以避让斜拉杆42所在位置。由于风车体积较大，下方悬臂41受力较大，因此设置斜拉杆42提升其受力能力，当下方悬臂41的下方空间有限不便于布置斜拉杆42时，可以将斜拉杆42布置在下方悬臂41的上方，风叶板50的下部则对应斜拉杆42做出避让式设计。

Claims (12)

1.一种大型风车，其特征在于：包括立式布置的风车转塔，风车转塔包括立式布置的转轴(30)，转轴(30)的旁侧连有风叶板(50)，风力吹动风叶板(50)带动转轴(30)转动，所述风车转塔沿转轴(30)的轴向布置有至少两层，上下相邻的两根转轴(30)转轴同芯连接，最下层转轴(30)的下端为扭矩输出端用于连接能源转换装置，转轴(30)与机架(90)之间设置有转动支撑结构(34)用于轴向支撑转轴(30)及所连风叶板(50)。

2.根据权利要求1所述的大型风车，其特征在于：所述机架(90)顶端四角通过斜拉索与地面相连。

3.根据权利要求1所述的大型风车，其特征在于：所述转轴(30)上端设置有法兰盘，转轴(30)的下端穿过平台(91)与下连接轴(33)构成轴向、周向限位的同芯插接配合，下连接轴(33)下端设置有法兰盘，转轴(30)上端的法兰盘与相邻的上层风车转塔的下连接轴(33)法兰盘连接。

4.根据权利要求1所述的大型风车，其特征在于：转轴(30)自上下方向穿置通过径向轴承，所述径向轴承设置在机架(90)上的轴承座(70)内，机架(90)上的第一支撑台(80)上布置有调节并固定轴承座(70)水平位置的调芯螺栓(81)，所述调芯螺栓(81)在圆柱台状的轴承座(70)的周向均匀间隔布置有至少三个，调芯螺栓(81)的轴芯位于水平方向并沿轴承座(70)的径向位移与锁定，调芯螺栓(81)尾端抵靠在轴承座(70)的外周壁上。

5.根据权利要求4所述的大型风车，其特征在于：所述调芯螺栓(81)尾端与轴承座(70)的外周壁之间设置有垫块。

6.根据权利要求1所述的大型风车，其特征在于：所述转动支撑结构(34)包括磁性单元一、二(A、B)，磁性单元一、二(A、B)中的其一与每层的风车转塔的转轴(30)相连，另外一个磁性单元与机架(90)相连，磁性单元一、二(A、B)相互配合提供悬浮磁力用于抵消转轴(30)及所连风叶板(50)的重力。

7.根据权利要求5所述的大型风车，其特征在于：第一支撑台(80)上同心且上、下间隔布置两个径向轴承(11、71)，过渡转接轴(32)的轴身置于径向轴承(11、71)内且与轴承内圈构成小间隙动配合，过渡转接轴(32)的下端连接磁性单元一、二(A、B)其中之一，另一个磁性单元垂吊式连接在每层平台(91)上的第一支撑台(80)上。

8.根据权利要求5或6所述的大型风车，其特征在于：转轴(30)所连的过渡转接轴(32)的下端连接有下连接轴(33)，下连接轴(33)和过渡转接轴(32)为空心管状轴且两者插接连接后轴向、周向限位连接，下连接轴(33)与磁性单元一、二(A、B)中的其一相连，下连接轴(33)的下端设置连接法兰。

9.根据权利要求1所述的大型风车，其特征在于：所述转轴(30)与机架(90)之间设置有限制转轴(30)转动的刹车装置。

10.根据权利要求8所述的大型风车，其特征在于：各层转轴(30)与机架(90)之间分别设置有转轴刹车。

11.根据权利要求9或10所述的大型风车，其特征在于：所述转轴刹车包括在转轴(30)上同心设置的转轴刹盘(37)，转轴刹钳(38)抱合转轴刹盘(37)限制转轴(30)转动，各层转轴刹车同步工作。

12.根据权利要求9或10所述的大型风车，其特征在于：所述转轴刹车包括在转轴(30)上同心设置的转轴刹鼓(36)，转轴刹鼓(36)抱合转轴(30)限制其转动，各层转轴刹车同步工作。

Images