CN214273861U - 增速管筒水平轴一字传动风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其包括支架组件、叶轮组件、连接组件、发电组件和聚风管筒组件，支架组件包括叶轮支撑杆和管筒支架平台，叶轮支撑杆的顶部固定安装发电组件，发电组件通过连接组件连接叶轮组件，聚风管筒组件设置在叶轮组件的外侧且叶轮组件位于聚风增速组件的中心，管筒支架平台设在聚风管筒组件底部支撑聚风管筒组件，叶轮支撑杆穿过聚风管筒组件，叶轮支撑杆的底部固定在管筒支架平台上。本实用新型具有应用于低风速环境、结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输的有益效果。

Description

增速管筒水平轴一字传动风力发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体涉及一种增速管筒水平轴一字传动风力发电系统。

背景技术

随着城镇化和工业化的发展，对能源的需求与日俱增，世界各地急需更安全的、有保证的、经济的以及环境友好的能源，积极开发和利用新能有助于降低世界碳排放。风能是一种可再生的清洁能源，风能的主要利用形式是通过风力机将其转化为电能。目前，大型风力机发电场已经初具规模，单机发电功率也逐渐增大，然而随着单机发电功率的增大，风力机叶片的尺寸也急剧增大，这将对叶片的结构强度、生产工艺等方面提出更高的要求。

风能属于可再生清洁能源，积极利用风能有助于碳减排，降低对化石能源的依赖，提高我国能源安全保障水平。随着风电平价竞价时代即将到来，为了降低度电成本，各类具有降本或者提效的新技术不断涌现。随着单台风力发电机功率的日益增大，为了获得更多的风能，风力发电机叶片尺寸越来越大，塔架越来越高。

众所周知，风力发电机的功率与来流风速的立方成正比，增速管筒型风力发电机是将风力发电机与增速管筒相结合的产物，利用增速管筒的增速效果，通过将远方的来流风速增速1.2-2倍，使得风力机功率增大1.728-8倍。另外，增速管筒风力发电机适合低风速环境，拓宽了风力机风速适用范围，具有较高的经济和社会效益。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供了一种应用于低风速环境、结构合理、重量轻、强度高、便于安装运输的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其包括支架组件、叶轮组件、连接组件、发电组件和聚风管筒组件，支架组件包括叶轮支撑杆和管筒支架平台，叶轮支撑杆的顶部固定安装发电组件，发电组件通过连接组件连接叶轮组件，聚风管筒组件设置在叶轮组件的外侧且叶轮组件位于聚风增速组件的中心，管筒支架平台设在聚风管筒组件底部支撑聚风管筒组件，叶轮支撑杆穿过聚风管筒组件，叶轮支撑杆的底部固定在管筒支架平台上。

在一些实施方式中，聚风管筒组件包括管筒单板和支撑部件，管筒单板设有若干，管筒单板拼合成环形的增速管筒，增速管筒内固定支撑部件。

在一些实施方式中，管筒单板包括型材框架、蒙皮和尾缘梯度，型材框架呈弧形，蒙皮铆接在型材框架上，型材框架的进风口设有尾缘梯度。

在一些实施方式中，支撑部件包括第一主支撑杆、第二主支撑杆、第一斜拉支撑杆、第二斜拉支撑杆、第一支撑基座和第二支撑基座，第一主支撑杆设有若干，第一主支撑杆设置在进风口处且连接型材框架的内壁与第一支撑基座，第一斜拉支撑杆连接在第一主支撑杆之间；

第二主支撑杆设有若干，第二主支撑杆设置在出风口处且连接型材框架的内壁与第二支撑基座，第二斜拉支撑杆连接在第二主支撑杆之间。

在一些实施方式中，管筒支架平台包括管筒支架、主体梁架、平台支撑杆和锥桶，主体梁架顶部一侧设有若干管筒支架，管筒支架与增速管道外壁贴合，平台支撑杆连接主体梁架和锥桶。

在一些实施方式中，叶轮组件包括轮毂、叶片、变桨电机和变桨轴承，连接组件设置在轮毂与发电组件之间，轮毂内设有变桨电机，叶片通过变桨轴承安装轮毂上，变桨电机驱动变桨轴承转动，叶片设有至少3个。

在一些实施方式中，连接组件包括主轴轴承、主轴、增速齿轮箱、液压制动器和柔性联轴器，主轴轴承连接轮毂和主轴，主轴远离轮毂的一端设有增速齿轮箱，增速齿轮箱通过柔性联轴器连接发电组件，柔性联轴器上设有液压制动器。

在一些实施方式中，发电组件为风力发电机。

本实用新型一种增速管筒水平轴一字传动风力发电系统采用如下技术方案：通过由增速管筒、叶轮组件、管筒内支撑杆件、叶轮组件支撑杆、管筒支架及支架平台组成的技术方案。增速管筒由环向N块模块化制造板通过螺栓连接装配而成，管筒单块板采用型材框架与蒙皮铆接。叶轮组件：三张叶片与变桨轴承螺栓连接，变桨轴承与叶轮螺栓连接，变桨电机与叶轮螺栓连接，变桨电机与变桨轴承齿轮啮合用于风力发电机组功率调节。叶轮与主轴螺栓连接，主轴另一端与增速齿轮箱一端锁紧套锁紧，主轴通过主轴轴承与传动链支撑平台螺栓连接固定。增速齿轮箱两侧耳板与传动链支撑平台柔性连接，与主轴轴承形成三点式固定；增速齿轮箱另一端装有制动盘配合液压卡钳等形成制动系统，用于风力发电机组功率调节、停机运维等。增速齿轮箱与风力发电机之间通过柔性联轴器连接，风力发电机与传动链支撑平台螺栓柔性连接，传动链支撑平台包含在机舱内。传动链支撑平台与叶轮组件支撑杆螺栓连接，叶轮组件支撑杆与支架平台基座螺栓连接；管筒支架支撑整个增速管筒，螺栓连接与支架平台上。支架平台由平台主体梁架、锥桶、平台支撑杆结构组成，尽量增大管筒在使用过程中的抗偏载能力，锥桶与偏航轴承连接。风力发电机组的旋转轴线与增速管筒的轴线重合，风力发电机组旋转平面与增速管筒最小截面的中心重合。

由于增速管筒的的增速作用，该风力发电机组具备低风速自启动性能、发电时间长、发电量多、年可利用小时数高的有益效果。

附图说明

图1是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的结构示意图；

图2是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的聚风管筒组件的结构示意图；

图3是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的管筒单板的结构示意图；

图4是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的支撑部件的结构示意图；

图5是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的管筒支架平台的结构示意图；

图6是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的叶轮组件的结构示意图；

图7是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的叶轮组件的安装示意图；

图8是本实用新型增速管筒水平轴一字传动风力发电系统的连接组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型所述一种增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其包括支架组件1、叶轮组件2、连接组件3、发电组件4和聚风管筒组件5，支架组件1包括叶轮支撑杆11和管筒支架平台12，叶轮支撑杆11 的顶部固定安装发电组件4，发电组件4通过连接组件3连接叶轮组件2，聚风管筒组件5设置在叶轮组件2的外侧且叶轮组件2位于聚风增速组件的中心，管筒支架平台12设在聚风管筒组件5底部支撑聚风管筒组件5，叶轮支撑杆11穿过聚风管筒组件5，叶轮支撑杆11的底部固定在管筒支架平台12上。通过由增速管筒53、叶轮组件2、管筒内支撑杆件、叶轮组件2 支撑杆、管筒支架13及支架平台组成的技术方案。增速管筒53由环向N 块模块化制造板通过螺栓连接装配而成，管筒单块板采用型材框架511与蒙皮512铆接。叶轮组件2：三张叶片22与变桨轴承24螺栓连接，变桨轴承24与叶轮螺栓连接，变桨电机23与叶轮螺栓连接，变桨电机23与变桨轴承24齿轮啮合用于风力发电机组功率调节。叶轮与主轴32螺栓连接，主轴32另一端与增速齿轮箱33一端锁紧套锁紧，主轴32通过主轴轴承31 与传动链支撑平台螺栓连接固定。增速齿轮箱33两侧耳板与传动链支撑平台柔性连接，与主轴轴承31形成三点式固定；增速齿轮箱33另一端装有制动盘配合液压卡钳等形成制动系统，用于风力发电机组功率调节、停机运维等。增速齿轮箱33与风力发电机之间通过柔性联轴器35连接，风力发电机与传动链支撑平台螺栓柔性连接，传动链支撑平台包含在机舱内。传动链支撑平台与叶轮组件2支撑杆螺栓连接，叶轮组件2支撑杆与支架平台基座螺栓连接；管筒支架13支撑整个增速管筒53，螺栓连接与支架平台上。支架平台由平台主体梁架14、锥桶16、平台支撑杆15结构组成，尽量增大管筒在使用过程中的抗偏载能力，锥桶16与偏航轴承连接。风力发电机组的旋转轴线与增速管筒53的轴线重合，风力发电机组旋转平面与增速管筒53 最小截面的中心重合。

由于增速管筒53的的增速作用，该风力发电机组具备低风速自启动性能、发电时间长、发电量多、年可利用小时数高的有益效果。

如图2所示，聚风管筒组件5包括管筒单板51和支撑部件52，管筒单板51设有若干，管筒单板51拼合成环形的增速管筒53，增速管筒53内固定支撑部件52。利用单个的管筒单板51，便于加工生产同时，环向将多块模块化制造的管筒单板51通过螺栓连接装配而成型材框架511与蒙皮512 可以选择等强度低密度材料以减轻整个管筒重量，这样便于生产和运输。

如图3所示，管筒单板51包括型材框架511、蒙皮512和尾缘梯度513，型材框架511呈弧形，蒙皮512铆接在型材框架511上，型材框架511的进风口设有尾缘梯度513。利用单个的管筒单板51，便于加工生产同时，环向将多块模块化制造的管筒单板51通过螺栓连接装配而成，型材框架511 与蒙皮512可以选择等强度低密度材料以减轻整个管筒重量。型材框架511 前部设有X型钢丝绳，通过钢丝绳拉牢管筒，保证管筒结构稳定性和强度；型材框架511和尾缘梯度513之间设有尾缘支撑杆，支撑尾缘梯度，保证尾缘结构稳定性和强度。

聚风管筒组件5上具有包括进风口与出风口，进风口与出风口4由单侧型线以轴线为中心旋转360°而成，单侧型线包括圆弧和一段边缘直线组合而成，边缘直线设于出风口处。其中边缘直线为尾缘梯度513。

聚风管筒组件5轴向单侧型线由圆弧和一段边缘直线组合而成，将型线绕着轴线旋转一周得到集风罩气动外形。

一种适用于水平轴风力机的高效集风罩的设计方法包括如下设计步骤：

步骤一：根据设计功率、设计风速以及预计风能利用系数0.7，带入P＝ 1/2ρV³πR²Cp公式，进而确定风力机叶轮的旋转直径D。

步骤二：考虑集风罩的结构变形，在风力机叶轮旋转直径D的基础上增大200mm得到集风罩最小截面直径D0；

根据集风罩最小截面直径D0与集风罩长度L的比值为0.2～0.25，确定集风罩长度L；

根据集风罩进口截面直径D1与集风罩最小截面直径D0的比值 1.2～1.3，确定集风罩进口截面直径D1；

根据集风罩出口截面直径D2与集风罩最小截面直径D0的比值 1.3～1.35，确定集风罩出口截面直径D2；

根据边缘直线1长度L0与集风罩最小截面直径D0的比值0.05～0.1，确定边缘直线1长度L0。

步骤三：在直径坐标系建立集风罩的型线，以集风罩中心轴线为X轴，以任意径向为Y轴，集风罩的最小截面的X坐标为0，集风罩进口截面距离集风罩最小截面的轴线距离为集风罩长度L的9/19，集风罩出口截面距离集风罩最小截面的轴线距离为集风罩长度L的10/19。

根据集风罩进口截面、最小截面和出口截面的直径和轴向长度确定集风罩型线的三个坐标点A(-9L/19，D1/2)、B(0，D0/2)和C(10L/19，D2/2)，集风罩的边缘直线1与集风罩的出口截面共面，集风罩边缘直线1的两点坐标分别为C(10L/19，D2/2)和D(10L/19，D2/2+L0)。

过A、B、C三点作圆弧2，然后连接C和D两点得到集风罩的型线，然后将型线沿着X轴旋转360°得到集风罩的三维气动外形。

集风罩最小截面直径D₀与集风罩长度L的比值0.22。

集风罩进口截面直径D₁与集风罩最小截面直径D₀的比值1.25。

集风罩出口截面直径D2与集风罩最小截面直径D0的比值1.32。

边缘直线1长度L0与集风罩最小截面直径D0的比值0.075。

如图4所示，支撑部件52包括第一主支撑杆521、第二主支撑杆522、第一斜拉支撑杆523、第二斜拉支撑杆524、第一支撑基座525和第二支撑基座526，第一主支撑杆521设有若干，第一主支撑杆521设置在进风口处且连接型材框架511的内壁与第一支撑基座525，第一斜拉支撑杆523 连接在第一主支撑杆521之间；

第二主支撑杆522设有若干，第二主支撑杆522设置在出风口处且连接型材框架511的内壁与第二支撑基座526，第二斜拉支撑杆524连接在第二主支撑杆522之间。利用支撑杆和斜拉杆以及基座的固定，便于增加增速管筒53的强度。如图5所示，管筒支架平台12包括管筒支架13、主体梁架14、平台支撑杆15和锥桶16，主体梁架14顶部一侧设有若干管筒支架13，管筒支架13与增速管道外壁贴合，平台支撑杆15连接主体梁架14 和锥桶16。锥桶16安装在塔筒内。

如图6和图7所示，叶轮组件2包括轮毂21、叶片22、变桨电机23 和变桨轴承24，连接组件3设置在轮毂21与发电组件4之间，轮毂21内设有变桨电机23，叶片22通过变桨轴承24安装轮毂21上，变桨电机23 驱动变桨轴承24转动，叶片22设有至少3个。三张叶片22与变桨轴承24 螺栓连接，变桨轴承24与叶轮螺栓连接，变桨电机23与叶轮螺栓连接，变桨电机23与变桨轴承24齿轮啮合用于风力发电机组功率调节。叶轮与主轴螺栓连接，主轴32另一端与增速齿轮箱33一端锁紧套锁紧，主轴32通过主轴轴承31与传动链支撑平台螺栓连接固定。增速齿轮箱33两侧耳板与传动链支撑平台柔性连接，与主轴轴承31形成三点式固定；增速齿轮箱33 另一端装有制动盘配合液压卡钳等形成制动系统，用于风力发电机组功率调节、停机运维等。增速齿轮箱33与风力发电机之间通过柔性联轴器35连接，风力发电机与传动链支撑平台螺栓柔性连接，传动链支撑平台包含在机舱内。传动链支撑平台与叶轮组件2支撑杆螺栓连接，叶轮组件2支撑杆与支架平台基座螺栓连接；管筒支架13支撑整个增速管筒53，螺栓连接与支架平台上。

如图8所示，连接组件3包括主轴轴承31、主轴32、增速齿轮箱33、液压制动器34和柔性联轴器35，主轴轴承31连接轮毂21和主轴32，主轴32远离轮毂21的一端设有增速齿轮箱33，增速齿轮箱33通过柔性联轴器35连接发电组件4，柔性联轴器35上设有液压制动器34。利用增速齿轮箱33以及柔性联轴器35带动发电组件4工作，利用液压制动器34，限定增速齿轮箱33的输出效率，更加安全可靠。利用柔性联轴器35防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。

发电组件4为风力发电机。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，包括支架组件、叶轮组件、连接组件、发电组件和聚风管筒组件，所述支架组件包括叶轮支撑杆和管筒支架平台，所述叶轮支撑杆的顶部固定安装发电组件，所述发电组件通过连接组件连接叶轮组件，所述聚风管筒组件设置在叶轮组件的外侧且叶轮组件位于聚风增速组件的中心，所述管筒支架平台设在聚风管筒组件底部支撑聚风管筒组件，所述叶轮支撑杆穿过聚风管筒组件，所述叶轮支撑杆的底部固定在管筒支架平台上。

2.根据权利要求1所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述聚风管筒组件包括管筒单板和支撑部件，所述管筒单板设有若干，所述管筒单板拼合成环形的增速管筒，所述增速管筒内固定支撑部件。

3.根据权利要求2所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述管筒单板包括型材框架、蒙皮和尾缘梯度，所述型材框架呈弧形，所述蒙皮铆接在型材框架上，所述型材框架的进风口设有尾缘梯度。

4.根据权利要求3所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述支撑部件包括第一主支撑杆、第二主支撑杆、第一斜拉支撑杆、第二斜拉支撑杆、第一支撑基座和第二支撑基座，所述第一主支撑杆设有若干，所述第一主支撑杆设置在进风口处且连接型材框架的内壁与第一支撑基座，所述第一斜拉支撑杆连接在第一主支撑杆之间；

所述第二主支撑杆设有若干，所述第二主支撑杆设置在出风口处且连接型材框架的内壁与第二支撑基座，所述第二斜拉支撑杆连接在第二主支撑杆之间。

5.根据权利要求4所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述管筒支架平台包括管筒支架、主体梁架、平台支撑杆和锥桶，所述主体梁架顶部一侧设有若干管筒支架，所述管筒支架与增速管道外壁贴合，所述平台支撑杆连接主体梁架和锥桶。

6.根据权利要求1所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述叶轮组件包括轮毂、叶片、变桨电机和变桨轴承，所述连接组件设置在轮毂与发电组件之间，所述轮毂内设有变桨电机，所述叶片通过变桨轴承安装轮毂上，所述变桨电机驱动变桨轴承转动，所述叶片设有至少3个。

7.根据权利要求6所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述连接组件包括主轴轴承、主轴、增速齿轮箱、液压制动器和柔性联轴器，所述主轴轴承连接轮毂和主轴，所述主轴远离轮毂的一端设有增速齿轮箱，所述增速齿轮箱通过柔性联轴器连接发电组件，所述柔性联轴器上设有液压制动器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的增速管筒水平轴一字传动风力发电系统，其特征在于，所述发电组件为风力发电机。

Images