CN216131026U - 增速管筒水平轴换向传动风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其包括安装架、叶轮组件、换向组件、发电组件、聚风增速组件和芯轴，安装架顶部固定设置芯轴，叶轮组件安装在芯轴上，聚风增速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，聚风增速组件固定安装在芯轴上，发电组件设置在安装架上，换向组件连接叶轮组件和发电组件，换向组件穿过聚风增速组件。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

增速管筒水平轴换向传动风力发电系统

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换向传动风力发电系统。

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换向传动风力发电系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其包括安装架、叶轮组件、换向组件、发电组件、聚风增速组件和芯轴，安装架顶部固定设置芯轴，叶轮组件安装在芯轴上，聚风增速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，聚风增速组件固定安装在芯轴上，发电组件设置在安装架上，换向组件连接叶轮组件和发电组件，换向组件穿过聚风增速组件。

在一些实施方式中，安装架包括第一支架、第二支架、支架平台、第一偏航轴承和第二偏航轴承，支架平台上竖直固定第一支架和第二支架，第一支架与第二支架对称设置，支架平台顶部设有第一偏航轴承，支架平台底部设有第二偏航轴承。

在一些实施方式中，芯轴固定在第一支架和第二支架的顶部且连接第一支架和第二支架，发电组件固定设置在支架平台上，发电组件位于第一支架和第二支架之间。

在一些实施方式中，叶轮组件包括轮毂和叶片，轮毂安装在芯轴的外侧，叶片设有至少3个，叶片固定安装在轮毂上。

在一些实施方式中，聚风增速组件包括型材框架、蒙皮、尾缘梯度和支撑杆部件，型材框架呈环形，蒙皮铆接在型材框架上，型材框架的出风口设有尾缘梯度，型材框架的内侧通过支撑杆部件连接芯轴。

在一些实施方式中，支撑杆部件包括第一主支撑杆、第二主支撑杆、第一斜拉支撑杆和第二斜拉支撑杆，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芯轴，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，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芯轴，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，换向组件包括第一联轴器、第一换向齿轮箱、第二联轴器、传动轴、第三联轴器、第二换向齿轮箱、增速齿轮箱、液压制动器和第四联轴器，第一联轴器连接轮毂和第一换向齿轮箱的输入端，第二联轴器连接第一换向齿轮箱的输出端和传动轴的顶部，传动轴的底部通过第三联轴器连接第二换向齿轮箱的输入端，第二换向齿轮箱的输出端连接增速齿轮箱，增速齿轮箱通过第四联轴器连接发电组件，第四联轴器上设有液压制动器。

在一些实施方式中，传动轴竖直设立且穿过型材框架和蒙皮，第四联轴器为柔性联轴器。

在一些实施方式中，支架平台通过第一偏航轴承和第二偏航轴承安装在支撑塔台的顶部。

本实用新型一种增速管筒水平轴换向传动风力发电系统采用如下技术方案：通过由三张叶片、叶轮、换向齿轮箱、传动轴、换向增速齿轮箱、液压制动盘、柔性联轴器、风力发电机、芯轴、环绕的增速管筒、管筒内支撑杆、支架及支架平台组成。三张叶片与叶轮螺栓连接，叶轮与芯轴端的轴承配合，叶轮主轴端联轴器与换向齿轮箱联轴器螺栓连接，换向齿轮箱联轴器另一端与传动轴螺栓连接，传动轴另一端与换向增速齿轮箱一端螺栓连接，换向增速齿轮箱另一端与柔性联轴器螺栓连接，柔性联轴器另一端与发电机螺栓连接，风力发电传动链主体安装在支架平台上。芯轴于管筒内支撑杆固接支撑整个管筒。芯轴于支架固接用于支撑整个管筒及叶轮组件部分，支架与支架平台固接，支架平台于塔筒通过偏航轴承连接。风力发电机组叶轮组件安装在集风罩内芯轴上，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换向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换向传动风力发电系统的安装架的结构示意图；

图3是本实用新型增速管筒水平轴换向传动风力发电系统的叶轮组件的结构示意图；

图4是本实用新型增速管筒水平轴换向传动风力发电系统的叶轮组件和换向组件的安装示意图；

图5是本实用新型增速管筒水平轴换向传动风力发电系统的叶轮组件的换向组件顶部俯视图；

图6是图5中A-A方向的剖视图；

图7是图6中B的局部放大图；

图8是图6中C的局部放大图；

图9是本实用新型增速管筒水平轴换向传动风力发电系统的聚风增速组件的结构示意图；

图10是本实用新型增速管筒水平轴换向传动风力发电系统的支撑杆部件的结构示意图。

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换向传动风力发电系统，其包括安装架1、叶轮组件2、换向组件6、发电组件4、聚风增速组件 5和芯轴3，安装架1顶部固定设置芯轴3，叶轮组件2安装在芯轴3上，聚风增速组件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5 的中心，聚风增速组件5固定安装在芯轴3上，发电组件4设置在安装架1 上，换向组件6连接叶轮组件2和发电组件4，换向组件4穿过聚风增速组件5。通过由三张叶片、叶轮、换向齿轮箱、传动轴64、增速齿轮箱67、液压制动盘、柔性联轴器、风力发电机、芯轴、环绕的增速管筒、管筒内支撑杆、支架及支架平台组成本实用新型公开的技术方案。三张叶片与叶轮螺栓连接，叶轮与芯轴端的轴承配合，叶轮主轴端联轴器与换向齿轮箱联轴器螺栓连接，换向齿轮箱联轴器另一端与传动轴64螺栓连接，传动轴64另一端与换向增速齿轮箱67一端螺栓连接，换向增速齿轮箱67另一端与柔性联轴器螺栓连接，柔性联轴器另一端与发电机螺栓连接，风力发电传动链主体安装在支架平台上。芯轴于管筒内支撑杆固接支撑整个管筒。芯轴于支架固接用于支撑整个管筒及叶轮组件部分，支架与支架平台固接，支架平台于塔筒通过偏航轴承连接。风力发电机组叶轮组件安装在集风罩内芯轴上，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。

如图2所示，安装架1包括第一支架11、第二支架12、支架平台13、第一偏航轴承14和第二偏航轴承15，支架平台13上竖直固定第一支架11 和第二支架12，第一支架11与第二支架12对称设置，支架平台13顶部设有第一偏航轴承14，支架平台13底部设有第二偏航轴承15。通过第一支架11和第二支架12便于安装叶轮组件2和发电组件4，利用芯轴3来安装于聚风增速组件5。

支架平台13通过第一偏航轴承14和第二偏航轴承15安装在支撑塔台的顶部。利用第一偏航轴承14和第二偏航轴承15在风速过大的时候，对支架平台13进行偏转，进而控制叶片22的转速，更加安全可靠。

芯轴3固定在第一支架11和第二支架12的顶部且连接第一支架11和第二支架12。利用芯轴3便于安装聚风增速组件5、叶轮组件2和发电组件4。

如图3所示，叶轮组件2包括轮毂21和叶片22，轮毂21安装在芯轴 3的外侧，叶片22设有至少3个，叶片22固定安装在轮毂21上。通常利用叶片22带动轮毂21转动，进一步的带动发电组件4，进行发电。

如图4、和图5所示，叶轮组件2安装在芯轴3，发电组件4固定设置在支架平台13上，发电组件4位于第一支架11和第二支架12之间。通过换向组件6连接叶轮组件2和发电组件4，进行发电，这样芯轴3上的空间相对充足。

如图9所示，聚风增速组件5包括型材框架51、蒙皮52、尾缘梯度53 和支撑杆部件54，型材框架51呈环形，蒙皮52铆接在型材框架51上，型材框架51的出风口设有尾缘梯度53，型材框架51的内侧通过支撑杆部件 54连接芯轴3。型材框架51采用支撑杆连接管筒圆周并与芯轴3相连接，管筒的前后受力面之间，采用一根芯轴3连接实现管筒沿着圆周的变形保持均匀，达到整体重量降低。

型材框架51采用钢架结构，尽量减少风阻，管筒的支架底座采用双支撑轴承结构，尽量增大型材框架51在使用过程中的抗偏载能力。

管筒单块板采用型材框架51与蒙皮52铆接，环向N块模块化制造的板通过螺栓连接装配而成，型材框架51与蒙皮52可以选择等强度低密度材料以减轻整个管筒重量。

聚风增速组件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53。

聚风增速组件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10所示，支撑杆部件54包括第一主支撑杆55、第二主支撑杆56、第一斜拉支撑杆57和第二斜拉支撑杆58，第一主支撑杆55设有若干，第一主支撑杆55设置在进风口处且连接型材框架51的内壁与芯轴3，第一斜拉支撑杆57连接在第一主支撑杆55之间；

第二主支撑杆56设有若干，所述第二主支撑杆56设置在出风口处且连接型材框架51的内壁与芯轴3，第二斜拉支撑杆58连接在第二主支撑杆 56之间。利用第一主支撑杆55、第二主支撑杆56、第一斜拉支撑杆57和第二斜拉支撑杆58增加聚风增速组件5的整体强度。

如图6、图7和图8所示，换向组件6包括第一联轴器61、第一换向齿轮箱62、第二联轴器63、传动轴64、第三联轴器65、第二换向齿轮箱 66、增速齿轮箱67、液压制动器68和第四联轴器69，第一联轴器61连接轮毂和第一换向齿轮箱62的输入端，第二联轴器63连接第一换向齿轮箱 62的输出端和传动轴64的顶部，传动轴64的底部通过第三联轴器65连接第二换向齿轮箱66的输入端，第二换向齿轮箱66的输出端连接增速齿轮箱 67，增速齿轮箱67通过第四联轴器69连接发电组件，第四联轴器69上设有液压制动器68。在有风以及低风的环境下，叶片22带动轮毂21转动，进而利用第一联轴器61以及第一换向齿轮箱62带动传动轴64转动，通过第二联轴器63、第二换向齿轮箱66将动力传输给增速齿轮箱67，利用增速齿轮箱67以及第四联轴器69带动发电组件4工作，利用液压制动器68，限定增速齿轮箱67的输出效率，更加安全可靠。

传动轴64竖直设立且穿过型材框架和蒙皮，第四联轴器69为柔性联轴器。由于空间的限制传动轴64势必会穿过型材框架和蒙皮，在型材框架和蒙皮上需要预留安装孔；利用柔性联轴器防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。

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 (9)

1.增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，包括安装架、叶轮组件、换向组件、发电组件、聚风增速组件和芯轴，所述安装架顶部固定设置芯轴，所述叶轮组件安装在芯轴上，所述聚风增速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，所述聚风增速组件固定安装在芯轴上，所述发电组件设置在安装架上，所述换向组件连接叶轮组件和发电组件，所述换向组件穿过聚风增速组件。

2.根据权利要求1所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述安装架包括第一支架、第二支架、支架平台、第一偏航轴承和第二偏航轴承，所述支架平台上竖直固定第一支架和第二支架，所述第一支架与第二支架对称设置，所述支架平台顶部设有第一偏航轴承，所述支架平台底部设有第二偏航轴承。

3.根据权利要求2所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述芯轴固定在第一支架和第二支架的顶部且连接第一支架和第二支架，所述发电组件固定设置在支架平台上，所述发电组件位于第一支架和第二支架之间。

4.根据权利要求1所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述叶轮组件包括轮毂和叶片，所述轮毂安装在芯轴的外侧，所述叶片设有至少3个，所述叶片固定安装在轮毂上。

5.根据权利要求1所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述聚风增速组件包括型材框架、蒙皮、尾缘梯度和支撑杆部件，所述型材框架呈环形，所述蒙皮铆接在型材框架上，所述型材框架的出风口设有尾缘梯度，所述型材框架的内侧通过支撑杆部件连接芯轴。

6.根据权利要求5所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述支撑杆部件包括第一主支撑杆、第二主支撑杆、第一斜拉支撑杆和第二斜拉支撑杆，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芯轴，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芯轴，所述第二斜拉支撑杆连接在第二主支撑杆之间。

7.根据权利要求5所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述换向组件包括第一联轴器、第一换向齿轮箱、第二联轴器、传动轴、第三联轴器、第二换向齿轮箱、增速齿轮箱、液压制动器和第四联轴器，所述第一联轴器连接轮毂和第一换向齿轮箱的输入端，所述第二联轴器连接第一换向齿轮箱的输出端和传动轴的顶部，所述传动轴的底部通过第三联轴器连接第二换向齿轮箱的输入端，所述第二换向齿轮箱的输出端连接增速齿轮箱，所述增速齿轮箱通过第四联轴器连接发电组件，所述第四联轴器上设有液压制动器。

8.根据权利要求7所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述传动轴竖直设立且穿过型材框架和蒙皮，所述第四联轴器为柔性联轴器。

9.根据权利要求2-3任一项权利要求所述的增速管筒水平轴换向传动风力发电系统，其特征在于，所述支架平台通过第一偏航轴承和第二偏航轴承安装在支撑塔台的顶部。

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