CN215762034U - 双风轮收缩浆直驱风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双风轮收缩浆直驱风力发电机，包括发电机，发电机转轴伸出到发电机的两端，在发电机转轴的一端设带有两个上风轮叶浆的上风轮，在发电机转轴的另一端设带有两个下风轮叶浆的下风轮，下风轮叶浆能够根据风力的大小自动后倾从而改变其与发电机转轴轴向的夹角，以调整风力机的功率。本实用新型适用于中小型风力发电机，不仅使有效发电风速大幅下潜，在低风速微风环境下提高发电量，又能满足在高风速状态下风机输出功率可调整不过载，可靠稳定发电，拓宽了有效发电风速区间，提高了风能利用率，且结构简单，成本低廉，有益于分散式微风发电及中小型风电在平价和竞价并网环境下普及发展。

Description

双风轮收缩浆直驱风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备，具体涉及一种双风轮收缩浆直驱风力发电机，是一种能够在3m—7m/s的低风速微风环境下，使发电量得到大幅提升，在12m以上高风速大风环境下能自动降低扫风面积，调整过载功率，增强抗强风能力及安全性，有效拓宽发电风速区间，提高发电量及风能利用率的发电机。

背景技术

风能在我国的储藏量十分丰富，是清洁可再生能源中最具有发展潜力的新能源。十多年来我国在大型风力发电利用方面有了长足发展，已成为清洁新能源的主力主流。然而，大型风电不足之处就是需要高风速环境，且输送距离远损耗大，又不能本地消纳，弃电顽疾难以消除。为了改善这种状况，能源部已在着力推进分散式中小型微风发电技术的推广应用。

分散式中小型微风发电在技术和市场上，有其独特突出的优点：风能利用率高，安装并网简便，运行维护简单，投资规模相对较小，对风资源环境要求较低，输送距离近损耗小，便于本地消纳，尤其适宜大面积推广，特别契合国家提倡的自发自用、余电上网、就地消纳政策，在国家对中小型风电建设和并网政策进一步放宽的环境下有着不可替代的前所未有的发展前景。

然而尽管如此，分散式中小型微风发电目前仍未能得到有效发展。这其中主要原因是我国大部分地区，一年四季中能有效发电的风速大多在5—6m/s左右，而目前的中小型风电设备能有效发电所需风的速度都在9—12m/s以上的高风速区间，低风速发电性能差，风能利用率低，而我国目前已经施行平价上网政策，使用现有的中小型风电设备很难在短期内收回投资，致使分散式中小型微风发电无法在市场广泛推广。

而解决这一问题的出路在于使风力发电设备的额定风速下潜，将额定风速设定在5—7m/s左右,提高低风速微风环境下发电量。当然这就需要加长叶片，增大扫风面积。然而这又会带来新的问题：

一是过载问题。即高风速环境下风轮功率的过高增长，使叶轮的功率远超发电机的额定功率几倍甚至几十倍，高的过载无疑会损坏发电机，从而带来安全问题；

二是叶片的安全问题。山岭地区风况复杂，湍流多，对叶片会有很高要求。叶片做的厚重强度大，抗大风能力强，但低风速微风性能差；轻质叶片低速微风性能虽好，而瞬间而来的大风，突然增大的风速会对轻质叶片产生损害。

而以往解决小型风电高风速大风环境下安全问题，通常是采用折尾偏头的方式，这种方式简单成本低，但控制精度灵敏度不够，可靠性差，只能用在那种利用高风速发电的小叶片高转速设备中，无法满足低风速发电设备在高风速时的要求。

大风电的变浆距控制，精度高，控制范围大，安全可靠，是大型风电设备的重要组成部分。这一成熟技术因为成本问题而无法移植到中小型风力发电设备上，(变桨距控制是一个复杂系统，需要有测风设备、计算机控制设备、驱动变浆距的机械与动力部分、辅助软件等等，安装调试必须由专业人员进行，其成本已远超中小型发电设备本身的成本，因而难以在中小型风电设备中使用)。

因而，能够综合解决这些问题，设计生产出适合在5—6m/s低风速环境下有效发电，且发电量大，在高风速大风环境下能够调整功率，可靠稳定发电，且能长期安全运行，同时成本低，能与当前同功率中小型风电设备价格不相上下的中小型风力发电设备才是目前市场所需要的，也是市场上缺少的设备。突破现有技术难点，解决这一设备问题，已成为发展分散式中小型微风发电的关键所在。

发明内容

针对现有分散式中小型风力发电存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是如何在低风速微风环境下实现大幅提高发电量，在高风速大风环境下能够调整功率，避免过载，增强抗风能力及安全性，拓宽有效发电风速区间，提升发电量及风能利用率，且又不大幅增加设备制造成本，使得分散式中小型风电能在平价和竞价上网的政策条件下获得有益发展。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种双风轮收缩浆直驱风力发电机，包括发电机，所述发电机转轴伸出到发电机的两端，在发电机转轴的前端设带有三个上风轮叶浆的上风轮，在发电机转轴的后端设带有三个下风轮叶浆的下风轮，下风轮叶浆能够根据风力的大小自动调整其与发电机转轴轴向的夹角。

所述三个均匀布设的上风轮叶浆和三个均匀布设的下风轮叶浆投射在一个平面上时应均匀交错，每相邻两叶浆间的夹角为60度。

所述下风轮叶浆能够根据风力的大小自动调整其与发电机转轴轴向的夹角，是在发电机转轴上设连轴法兰，在连轴法兰上设叶轮盘，在叶轮盘中心处固设轮盘轴，轮盘轴为空心轴，支座滑套套设在轮盘轴上，在支座滑套上装有支撑座；穿过轮盘轴中空内的螺纹推杆伸入到叶轮盘与连轴法兰间所围的空腔内，螺纹推杆的螺纹部分穿过支座滑套顶端螺孔并与支座滑套螺纹连接；螺纹推杆与叶轮盘连接处设推力轴承，位于叶轮盘与连轴法兰所围空腔内的螺纹推杆端部设推杆齿轮，推杆齿轮与设置在空腔内的驱动电机输出轴的电机齿轮啮合；每个下风轮叶浆通过叶浆轴连接在叶轮盘上，在叶浆轴和支撑座间分别通过轴与支撑杆连接；在支座滑套上套装有弹簧，弹簧的一端受邻近叶轮盘的支撑座内壁约束，弹簧的另一端受设在支座滑套上的挡环约束。

在远离叶轮盘的支座滑套端部设滑套限位开关，在远离叶轮盘的螺纹推杆端部设限位环，在叶轮盘上设复位停止开关，滑套限位开关、限位环、复位停止开关能保证支座滑套和下风轮叶浆在到达设定位置时自动停止。

在支座滑套上设对螺纹推杆起保护作用的螺纹推杆护套。

所述轮盘轴与支座滑套、支座滑套与支撑座之间均设有键槽，键槽内设有键。

本实用新型采用上述技术方案所设计的双风轮收缩浆直驱风力发电机，具有以下有益效果：

1.叶浆可深度自动收缩，抗大风能力强，发电风速区间宽，风能利用率高；

2.额定风速下潜幅度大，低风速微风环境下发电效果好，高风速大风环境下过载率小，安全可靠，发电量大；

3.输出功率在较大风速范围内保持稳定；

4.无尾舵，结构简单，安装维护方便，成本低廉；

5.转速噪音低，对环境影响小；

6.双风轮提升视觉美感，改善平衡效果；

7.可在全国多数地区安装使用；

8.有利于分散式中小型风电在平价与竞价上网政策下的发展；

9.适宜于用户侧并网，就地消纳。

附图说明

图1表示本实用新型双风轮收缩浆直驱风力发电机的结构示意图。

图中：1-上风轮叶浆，2-上轮盘片，3-发电机，4-连轴法兰，5- 叶轮盘，6-下风轮叶浆，7-复位停止开关，8-支撑座，9-缓释气室， 10-单向进气阀，11-轮盘轴，12-滑套限位开关，13-限位环，14-螺纹推杆护套，15-螺纹推杆，16-支座滑套，17-弹簧挡环，18-弹簧， 19-支撑杆，20-支座端盖，21-滑套端盖，22-驱动电机，23-电机齿轮，24-推力轴承，25-推杆齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型双风轮收缩浆直驱风力发电机作具体说明。

本实用新型双风轮收缩浆直驱风力发电机，参见图1，包括发电机3，发电机3为大扭矩低转速的永磁发电机，发电机3的转轴伸出到发电机的两端外，在发电机转轴的一端设带有三个上风轮叶浆1的上风轮，上风轮与发电机转轴连接处设有上轮盘片2。在发电机转轴的另一端设带有三个下风轮叶浆6的下风轮，三个均匀布设的上风轮叶浆1和三个均匀布设的下风轮叶浆6当投射在一个平面上时应满足均匀交错布设，其中每相邻两叶浆间的夹角为60度。下风轮叶浆6 能够根据风力的大小自动调整其与发电机转轴轴向的夹角。具体是在发电机转轴上设连轴法兰4，在连轴法兰4上设叶轮盘5，在叶轮盘 5中心处焊接轮盘轴11，轮盘轴11为空心轴，在轮盘轴11上套设支座滑套16，支座滑套16临近叶轮盘5的端部设有滑套端盖21，支座滑套16可在轮盘轴11上滑动，在支座滑套16上装有支撑座8，支撑座8端口装有支座端盖20，支撑座8后端装有单向进气阀10，穿过轮盘轴11中空内的螺纹推杆15伸入到叶轮盘5与连轴法兰4间所围的空腔内，螺纹推杆15的螺纹部分穿过支座滑套16顶端的螺孔并与支座滑套16螺纹连接。螺纹推杆15与叶轮盘5连接处设推力轴承 24，位于叶轮盘5与连轴法兰4所围空腔内的螺纹推杆15的端部设推杆齿轮25，推杆齿轮25与设置在空腔内的驱动电机22输出轴的电机齿轮23啮合，通过电机齿轮23与推杆齿轮25驱动螺纹推杆15旋转，从而驱动支座滑套16和支撑座8在轮盘轴11上移动。每个下风轮叶浆6分别通过叶浆轴连接在叶轮盘5上，在叶浆轴和支撑座8 间连设支撑杆19，支撑杆19一端通过一个轴连接与下风轮叶浆6连接，另一端也通过一个轴连接与支撑座8连接。本实用新型通过采集的发电机3输出电压来控制驱动电机22，支座滑套16和支撑座8的移动而推拉支撑杆19，使下风轮叶浆6倾斜(或复位)，从而改变扫风面积，调整功率。在支座滑套16上套装有弹簧18，弹簧18的一端受邻近叶轮盘5的支座端盖20的内壁约束，弹簧18的另一端受设在支座滑套16上的弹簧挡环17的约束。由支撑座8后端内腔、弹簧挡环17、支座滑套16、单向进气阀10构成一缓释气室9，使弹簧18 被压缩后在复位时缓慢释放，保护叶浆复位时免受回弹的震颤冲击。弹簧18在弹力作用下通过支撑座8、支撑杆19将下风轮叶浆6支撑定位于叶轮盘5盘面，当大风湍流突然出现瞬间，吹向下风轮叶浆6 的压力会突增，驱动控制与变浆因惯性滞后，在收缩变浆尚未完成期间，当风吹向下风轮叶浆6的压力大过弹簧18对下风轮叶浆6的支撑力时弹簧18将被压缩，支撑座8便向后移动，下风轮叶浆6亦随之向后倾斜使下风轮叶浆6受风的压力亦随之减小，使瞬变风况下下风轮叶浆6安全性得到保障。

本实用新型在远离叶轮盘5的支座滑套端部设滑套限位开关12，在远离叶轮盘5的螺纹推杆端部设限位环13，在叶轮盘5上设复位停止开关7，滑套限位开关12、限位环13、复位停止开关7能保证支座滑套16和下风轮叶浆6在到达设定位置时自动停止。在支座滑套16上设螺纹推杆护套14，螺纹推杆护套14固定在支座滑套16上，对裸露在外的螺纹推杆部分进行保护。为了防止扭动，本实用新型在轮盘轴11与支座滑套16、支座滑套16与支撑座8之间均设有键槽，键槽内设有键。

当下风轮叶浆6受突然大风的力时其向后倾斜，推动支撑杆19，支撑杆推动支撑座8，支撑座克服弹簧18的压力在支座滑套16上向后滑动。在起始的瞬间状态下，支座滑套16是不会动的，因支座滑套16和螺纹推杆15是螺纹接触，受螺杆约束。当大风持续刮，下风轮叶浆6转速逐渐加快，发电机3电压升高，达到设定值的时候，驱动电机22被启动，驱动螺纹推杆15转动，螺纹推杆15的转动推动支座滑套16连带其上的支撑座8一起向后移动，进而拉动下风轮叶浆6后倾，这时的后倾是电机驱动受控的主动后倾，风吹弹簧压缩的后倾是被动的后倾。在下风轮叶浆6后倾过程中，支撑杆19与支撑座8的连接点(轴心)因在支撑座8上，因此只能随支撑座8作后移运动。而支撑杆19与下风轮叶浆6的连接点在叶浆的后倾过程中，不仅作后移运动，同时也要作向叶轮旋转中的中心线位置运动，它的运动轨迹是以下风轮叶浆6与叶轮盘5的连接点为园心，以这个圆心点到支撑杆19与下风轮叶浆6连接的点为半径的一段园弧。所以在支撑杆19的动作过程中，支撑杆19与支撑座8运动的直线间的角度要变化。本实用新型之所以要设置这一弹簧压缩被动后倾，是因为受控后倾有一个响应时间，两种后倾的方式复合在一起，能充分保证在大风刮起的一舜间以及持续期间使发电机叶片都能安全。

本实用新型下风轮扫风面积大于上风轮扫风面积。当低风速微风时，下风轮起主导作用，贡献主要功率。当风速不断增高时，下风轮收缩，扫风面积变小时，则逐渐转为上风轮贡献主要功率。同时，本实用新型也有审美上的平衡效果。

Claims (6)

1.一种双风轮收缩浆直驱风力发电机，包括发电机，其特征是所述发电机转轴伸出到发电机的两端，在发电机转轴的前端设带有三个上风轮叶浆的上风轮，在发电机转轴的后端设带有三个下风轮叶浆的下风轮，下风轮叶浆能够根据风力的大小自动调整其与发电机转轴轴向的夹角。

2.根据权利要求1所述的双风轮收缩浆直驱风力发电机，其特征是所述三个上风轮叶浆和三个下风轮叶浆投射在一个平面上时应均匀交错，每相邻两叶浆间的夹角为60度。

3.根据权利要求1所述的双风轮收缩浆直驱风力发电机，其特征是所述下风轮叶浆能够根据风力的大小自动调整其与发电机转轴轴向的夹角，是在发电机转轴上设连轴法兰，在连轴法兰上设叶轮盘，在叶轮盘中心处固设轮盘轴，轮盘轴为空心轴，支座滑套套设在轮盘轴上，在支座滑套上装有支撑座；穿过轮盘轴中空内的螺纹推杆伸入到叶轮盘与连轴法兰间所围的空腔内，螺纹推杆的螺纹部分穿过支座滑套顶端螺孔并与支座滑套螺纹连接；螺纹推杆与叶轮盘连接处设推力轴承，位于叶轮盘与连轴法兰所围空腔内的螺纹推杆端部设推杆齿轮，推杆齿轮与设置在空腔内的驱动电机输出轴的电机齿轮啮合；每个下风轮叶浆通过叶浆轴连接在叶轮盘上，在叶浆轴和支撑座间分别通过轴与支撑杆连接；在支座滑套上套装有弹簧，弹簧的一端受邻近叶轮盘的支撑座内壁约束，弹簧的另一端受设在支座滑套上的挡环约束。

4.根据权利要求1所述的双风轮收缩浆直驱风力发电机，其特征是在远离叶轮盘的支座滑套端部设滑套限位开关，在远离叶轮盘的螺纹推杆端部设限位环，在叶轮盘上设复位停止开关，滑套限位开关、限位环、复位停止开关能保证支座滑套和下风轮叶浆在到达设定位置时自动停止。

5.根据权利要求1所述的双风轮收缩浆直驱风力发电机，其特征是在支座滑套上设对螺纹推杆起保护作用的螺纹推杆护套。

6.根据权利要求3所述的双风轮收缩浆直驱风力发电机，其特征是所述轮盘轴与支座滑套、支座滑套与支撑座之间均设有键槽，键槽内设有键。

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