CN219974680U - 一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，涉及风力发电的技术领域，其包括中心大立柱和多个风轮，中心大立柱的外壁沿竖向间隔分布有安装座，多个风轮通过安装座转动安装在中心大立柱上，风轮包括转盘支架，转盘支架上固定安装有至少三个组合式叶片单元，转盘支架上形成有安装腔，安装腔内设置有发电机，发电机的转轴上设置有齿轮，中心大立柱上设置有环形凹凸齿件，齿轮与环形凹凸齿件相啮合。本申请中多个风轮采用层层集中分布式，风力发电装置整体的结构更加紧凑，能够尽可能地减少风力发电装置的占用面积，减少土地资源的浪费；同时能够减少电线线路的连接，有效降低了线路的使用成本。

Description

一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风 力发电装置

技术领域

本申请涉及风力发电的技术领域，尤其是涉及一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。我国风能资源丰富，经过统计，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW，风力发电的发展前景非常广阔。

传统大型的风力发电站，通常采用多台间隔设置的风力发电机进行发电，通过线路将每台风力发电机产生的电量汇入电网系统中，从而被人们利用。

但是，目前传统的风力发电机(大型的)都比较分散，占地面积大，非常耗费土地资源，并且每台风力发电机线路连接的成本高，工程量大，仍有待改进。

实用新型内容

为了减少风力发电装置的占用面积，本申请提供一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置。

一方面，本申请提供了一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，采用如下的技术方案：

一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，包括中心大立柱和多个风轮，所述中心大立柱的外壁沿竖向间隔分布有安装座，多个所述风轮通过安装座转动安装在中心大立柱上，所述风轮包括转盘支架，所述转盘支架上固定安装有至少三个组合式叶片单元，所述转盘支架上形成有安装腔，所述安装腔内设置有发电机，所述发电机的转轴上设置有齿轮，所述中心大立柱上设置有环形凹凸齿件，所述齿轮与环形凹凸齿件相啮合。

通过采用上述技术方案，多个风轮沿中心大立柱的轴向分布，每个风轮上都具有独立的发电机，风轮转动时，齿轮与环形凹凸齿件传动配合，通过齿轮能够带动发电机的转轴转动进行发电；由于风力发电装置中的多个风轮采用层层集中分布式，风力发电装置整体的结构更加紧凑，能够尽可能地减少风力发电装置的占用面积，减少土地资源的浪费；同时能够减少电线线路的连接，有效降低了线路的使用成本。

可选的，所述环形凹凸齿件包括多组首尾相连的模块齿，所述模块齿可拆卸固定在中心大立柱的外壁。

通过采用上述技术方案，环形凹凸齿件与齿轮长期啮合，容易出现磨损现象，环形凹凸齿件采用首尾相连的多个模块齿组成，不仅方便工厂进行制造和运输，还便于对磨损的环形凹凸齿件进行更换，从而提升风力发电装置的使用寿命。

可选的，所述安装座上设置有沿中心大立柱周向分布的环状封闭的导轨，所述导轨与转盘支架之间设置有滚轮。

通过采用上述技术方案，风轮通过滚轮和导轨安装在安装座上，滚轮沿着导轨滚动，能够引导风轮进行转动，从而提升在运转过程中的流畅性与稳定性。

可选的，所述组合式叶片单元包括安装框架和多个竖向分布的风轮叶片，所述风轮叶片铰接于安装框架上，所述安装框架上设置有用于控制风轮叶片转动的控制组件。

通过采用上述技术方案，多个风轮叶片铰接在安装框架上形成组合式叶片单元，风轮叶片的结构能够做到小巧，使得风轮叶片容易达到较高的抗台风的性能要求，同时风轮转动过程的活动范围小，便于控制组件控制风轮叶片的开启和关闭。

可选的，所述控制组件包括第一电机、线轮和叶片联动拉线，所述线轮安装在第一电机的转轴上，所述叶片联动拉线卷绕在线轮上，多个所述风轮叶片的活动端均与叶片联动拉线连接。

通过采用上述技术方案，启动电机，驱使线轮对叶片联动拉线进行收卷时，在叶片联动拉线的带动下，能够驱使风轮叶片向上进行翻转，从而使得风轮叶片处于开启的状态，方便风轮在强台风天气或者检修的状态下进行泄风，从而防止风轮飞转。

可选的，所述中心大立柱的四周间隔设置有支撑架，所述支撑架与中心大立柱之间连接有第一拉件。

通过采用上述技术方案，第一拉件将支撑架与中心大立柱连接在一起，通过支撑架对中心大立柱进行辅助支撑，能够增强风力发电装置整体的结构强度，从而提升风力发电装置整体的抗台风能力。

可选的，所述支撑架沿风轮的转动方向滑动设置有遮风挡板，所述遮风挡板上设置有风向风速控制器，所述支撑架还设置用于驱使遮风挡板滑移的驱动组件，所述驱动组件受控于风向风速控制器。

通过采用上述技术方案，风向风速控制器能够实时监测作用在遮风挡板上的风向和风速，从而控制驱动组件运行，在驱动组件的驱动下，能够根据实时的风向驱使遮风挡板沿风轮的转动方向滑移，进而使得遮风挡板始终遮挡在风轮的一侧；采用“半遮挡”的方式，能够减弱风轮一侧“负压”的影响，大大增加风轮的动力，提升发电效率。

可选的，所述驱动组件包括固定齿环、第二电机和安装在第二电机转轴上的驱动齿轮，所述固定齿环固定设置在支撑架的侧壁，所述第二电机安装在遮风挡板上，所述驱动齿轮与固定齿环相啮合。

通过采用上述技术方案，驱动电机启动时，由于驱动齿轮与固定齿环相啮合，通过驱动齿轮转动带动遮风挡板进行滑移，从而能够根据实时的风向调整遮风挡板的位置，使得风轮在运转过程中，遮风挡板始终能够将风轮的一半进行遮挡，进而降低风轮运转过程中的风阻。

可选的，所述风轮还包括用于将多个组合式叶片单元的端部连接成一体的风轮大圆框，所述转盘支架上设置有用于对风轮大圆框进行斜拉支撑的第二拉件。

通过采用上述技术方案，第二拉件能够将风轮的重量传递至转盘支架上，从而增加风轮整体的结构强度，提升风轮的抗强台风效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1.本案采用多层方式，风力发电装置整体的结构更加紧凑，每层设置一组风轮(地面以上30米左右开始设置，层层都有风轮)，根据各地区情况可以设置N层，每层都有发电机配合风轮运转工作；一方面能够在减少土地占用的情况下，最大程度地将风能利用起来；另一方面能够减少电线线路的连接，有效降低了线路的使用成本；

2.本案采用多层圆框与轨道旋转叶片组合的方式，彻底改变了高成本、分散式、多占地的局面；

3.本案既不是采用水平轴，也并非传统的垂直轴的方式进行发电，创造性地采用圆框与轨道旋转，通过风轮叶片带动发电机运转工作，大大增加发电效率，同时降低了投资成本，并且无需吊装设备配合，即可轻松做到人工对磨损件更换，大大延长风轮寿命，真正做到百年大计；

4.在本案中采用“半遮挡”的方式，减少风轮存在着“负压”状况，大大增加风轮的动力，提高发电效率；

5.本案采用多个风轮叶片铰接的方式(类似百叶窗结构)，通过叶片联动拉线控制风轮叶片的转动，从而能够方便风轮在强台风天气或者检修的状态下进行泄风，从而防止风轮飞转，更加安全可靠。

附图说明

图1是实施例一中体现发电机的剖视示意图；

图2是图1中A处的放大示意图；

图3是实施例一中体现环形凹凸齿件的剖视示意图；

图4是图3中B处的放大示意图；

图5是图1中C处的放大示意图；

图6是实施例一中体现固定齿环的局部剖视示意图；

图7是实施例二中体现臂梁拉件的局部剖视示意图；

图8是实施例二中体现叶片臂梁支架互拉线的结构示意图。

附图标记说明：1、中心大立柱；2、风轮；3、安装座；4、支撑架；5、第一拉件；6、转盘支架；7、导轨；8、滚轮；9、安装腔；10、发电机；11、齿轮；12、环形凹凸齿件；13、模块齿；14、组合式叶片单元；15、安装框架；16、风轮叶片；17、控制组件；18、第一电机；19、线轮；20、叶片联动拉线；21、风轮大圆框；22、第二拉件；23、遮风挡板；24、风向风速控制器；25、驱动组件；26、固定齿环；27、第二电机；28、驱动齿轮；29、臂梁拉件；30、叶片臂梁支架互拉线。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

实施例一

本申请实施例公开一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置。参照图1，多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成高效风力发电装置包括中心大立柱1和多个风轮2。中心大立柱1通过地基固定设置在地面上，使得中心大立柱1能够达到抗强台风的作用。在本实施例中，中心大立柱1为采用钢筋混凝土浇筑形成的圆柱体结构；在其他实施例中，中心大立柱1也可以采用钢结构立柱支架，从而用于承载风轮2的重量。

参照图1和图2，中心大立柱1的外壁沿竖向间隔分布有安装座3，本实施例中的安装座3为沿中心大立柱1周向设置并突出中心大立柱1外侧壁的环状结构，安装座3与中心大立柱1一体浇筑成型，从而用于将多个风轮2转动安装在中心大立柱1上。本案中的风力发电装置不仅可以在郊区或山区等偏远地区进行安装，还可以建设在城市的中心，作为城市的标志建筑，为城市的生产生活进行供电。并且多个风轮2沿竖向间隔分布，风轮2从地面以上合适高度开始向上层层设置，风轮2可以根据各个地区情况设置适合的数量，首层风轮2以下的区域可以综合利用，用于建造各种市场、车库或者仓库等。

参照图1和图3，中心大立柱1的四周间隔设置有支撑架4，在本实施例中，支撑架4由钢构立柱和大圆钢环固定连接形成的框架，整个支撑架4可以轻松透风。支撑架4通过地基固定安装在地面上，并且具有较强的抗台风效果，支撑架4与中心大立柱1之间连接有第一拉件5，第一拉件5可以采用钢丝拉绳，第一拉件5设置多个，并且多个第一拉件5圆周阵列分布在中心大立柱1的外围，通过现有的花篮螺栓组件将中心大立柱1与支撑架4紧紧连接在一起；第一拉件5也可以采用拉杆，使得支撑架4能够对中心大立柱1进行辅助支撑。

参照图1和图2，风轮2包括转盘支架6，在本实施例中，转盘支架6采用两半拼接固定形成，使得转盘支架6转动安装在安装座3的上方，转盘支架6能够以中心大立柱1为中心进行转动。安装座3的顶部设置有沿中心大立柱1周向分布的环状封闭的导轨7，导轨7可以通过螺栓固定安装在安装座3上。导轨7与转盘支架6之间设置有滚轮8，滚轮8可以采用钢球，也可以采用滚动轴承，从而能够使得转盘支架6在运转过程中更加顺畅稳定。

参照图2和图4，转盘支架6靠近中心大立柱1的一侧形成有安装腔9，安装腔9内设置有发电机10，发电机10可拆卸安装固定在转盘支架6上。在中心大立柱1的表面可以预装导电的滑环，发电机10上设置与滑环配合的电刷，从而进行输电。在本实施例中，发电机10的转轴沿竖直方向设置，发电机10的转轴上固定设置有齿轮11，中心大立柱1上设置有环形凹凸齿件12，齿轮11与环形凹凸齿件12相啮合。本案中环形凹凸齿件12与齿轮11的齿数比可以达到几十甚至几百，转盘支架6转动一圈时齿轮11可以转动几十圈甚至几百圈，从而发电机10无需安装增速器，也能轻松以满载的动力进行发电。

环形凹凸齿件12包括多组首尾相连的模块齿13，模块齿13可拆卸固定在中心大立柱1的外壁。在本实施例中，模块齿13通过预埋在中心大立柱1的螺栓进行安装固定，从而在达到一定年份时，可以通过人工使用千斤顶将转盘支架6抬起，无需使用吊装设备配合也能够轻松将磨损的模块齿13拆卸下来进行更换，维修成本低，可以真正做到风轮2长寿命运转，做到百年大计。

参照图1和图3，转盘支架6上固定安装有至少三个组合式叶片单元14，多个组合式叶片单元14以转盘支架6为中心对称分布，根据大量的试验分析和投资成本的综合考量，设置五个组合式叶片单元14较优。本案中的组合式叶片单元14包括安装框架15和多个竖向分布的风轮叶片16，安装框架15可以采用钢结构臂梁框架制成，并且安装框架15固定安装在转盘支架6的外壁。风轮叶片16通过转轴或者合页铰接安装在安装框架15上，安装框架15上设置有用于控制风轮叶片16转动的控制组件17，通过控制组件17控制风轮叶片16的开启角度，能够在台风天气或者在风轮2检修时打开风轮叶片16进行泄风，从而避免风轮2飞转。

参照图1和图5，控制组件17包括第一电机18、线轮19和叶片联动拉线20，第一电机18安装固定在安装框架15上，线轮19安装固定在第一电机18的转轴上，叶片联动拉线20卷绕在线轮19上，通过第一电机18驱使线轮19转动，从而对叶片联动拉线20进行收卷和放卷。在本实施例中，多个风轮叶片16的活动端与叶片联动拉线20连接(类似百叶窗的结构)，拉动叶片联动拉线20，即可控制多个风轮叶片16同步进行转动。本案中的叶片联动拉线20，主要是作用是抗台风，当强台风来临时，控制第一电机18工作，通过联动方式把每个风轮叶片16掀开，达到泄风的目的，这样能确保风轮叶片16不被台风吹坏及整体结构的安全。

参照图1和图3，在本案中，风轮2还包括用于将多个组合式叶片单元14的端部连接成一体的风轮大圆框21，风轮2大圆环采用钢结构大圆环，安装框架15远离转盘支架6的一端与风轮2大圆环的内侧壁固定连接。转盘支架6上设置有用于对风轮大圆框21进行斜拉支撑的第二拉件22，第二拉件22可以采用钢丝拉绳，也可以采用拉杆；第二拉件22的一端与转盘之间的外侧壁固定连接，另一端与风轮大圆框21的内侧壁固定连接，从而能够增强风轮2的整体结构强度，提升风轮2的抗台风能力。

参照图3和图6，支撑架4沿风轮2的转动方向滑动设置有遮风挡板23，并且每个风轮2均对应设置一个遮风挡板23。遮风挡板23采用轻薄的圆弧形板制成，遮风挡板23的一端与支撑架4相切，遮风挡板23的另一端形成有导风斜面，设置遮风挡板23不仅可以挡风，同样能够通过弧形结构进行泄风。支撑架4上安装固定有圆环状的轨道，遮风挡板23通过轨道稳定的滑动安装在支撑架4上；本案中遮风挡板23可以设置在支撑架4的外侧，也可以设置在支撑架4的内侧，通过遮风挡板23将风轮2的一半进行遮挡，从而可以减少风轮2的“负压”，这样可以大大提高风轮2的旋转动力，从而达到高效发电的目的。

遮风挡板23上设置有风向风速控制器24，风向风速控制器24可以采用现有的具有控制系统的风向风速仪，支撑架4还设置用于驱使遮风挡板23滑移的驱动组件25，驱动组件25受控于风向风速控制器24。使用时通过风向风速控制器24监测实时的风向和风速，并根据风向风速控制器24监测到的数据，控制驱动组件25进行运行。

驱动组件25包括固定齿环26、第二电机27和安装固定在第二电机27转轴上的驱动齿轮28，第二电机27可以采用伺服电机或者步进电机，固定齿环26固定设置在支撑架4的侧壁，第二电机27固定安装在遮风挡板23上，并且驱动齿轮28与固定齿环26相啮合。风向风速控制器24发出信号指令后，第二电机27启动能够带动驱动齿轮28转动，在固定齿环26的驱使下，能够使得遮风挡板23沿支撑架4的圆周方向进行滑移，从而使得遮风挡板23始终能够将风轮2的一半进行遮挡。

本案中的遮风挡板23也可以采用两半拼接形成，并且每一半都对应设置有独立的驱动组件25，当强台风来临时，驱动组件25可以驱使遮风挡板23分解成两半，使得遮风挡板23的一半移到风轮2迎风面的左边进行遮挡，遮风挡板23的另一半移到风轮2迎风面的右边进行遮挡，这样就可以泄掉大量的风流，减轻强风对支架的阻力，确保安全。

在本案中，采用多层大直径的风轮2结构的方式，每层一个发电机10，N层就有N个发电机10，它就是一个发电厂一样；此外，风轮2直径越大，动力也就越大，如果要想达到大型化，必须考虑风轮2的结构，使风轮2安全平稳的运转；风轮2要达到大直径转动，叶片的臂梁必须加长，为了叶片运转的平稳，可以在叶片上方或下方安装滚轮8配合，同时在支撑架4上安装固定用于对滚轮8进行导向支撑的轨道，引导大型的风轮2进行稳定运转。

最后，发明人需要说明的是，本案中固定连接的方式可以采用焊接、铆接、螺栓连接或者其他可靠性连接的方式进行连接，从而保证的风力发电装置的各个连接部位均能够抵抗强台风作用。此外，本案中的“负压”为阻碍风轮2转动的风流，水平风流作用在风轮2的两侧时，其中一侧推动风轮2转动的风流即为“正压”，另一侧阻碍风轮2转动的风流即为“负压”。

本申请实施例一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置的实施原理为：

在本案中，风向风速控制器24能够根据风向情况调节遮风挡板23的位置，使得遮风挡板23始终能够将风轮2一侧的风流进行阻挡，从而提升风轮2的旋转动力。

本案中，通过导轨7与滚轮8配合，能够引导风轮2以中心大立柱1的中心进行转动；风轮2运转时在环形凹凸齿件12的作用下，齿轮11能够以中心大立柱1为中心进行公转的同时进行自转，从而带动发电机10的转轴转动进行发电，每层的发电机10均能够独立进行发电工作，从而创造性地实现尽可能减小占用土地资源的情况下提升发电量，提高经济效益。

此外，本案能够方便滚轮8、环形凹凸齿件12等易磨损件的更换，从而提升装置的使用寿命，真正做到百年大计。

实施例二

参照图7和图8，本实施例与实施例一的主要区别在于，取消实施例一中的风轮大圆框21，同时在转盘支架6上设置臂梁拉件29对安装框架15进行斜拉支撑，臂梁拉件29可以采用钢丝拉绳或者拉杆，从而能够减轻风轮2的重量，同时节省材料，降低成本。为了加强风轮2的整体强度，在相邻两个安装框架15之间均连接有叶片臂梁支架互拉线30进行连接，叶片臂梁支架互拉线30可以采用钢丝拉绳，从而提升风轮2的抗强台风能力。此外，安装框架15可以采用可拆卸的销轴铰接安装在转盘支架6上，方便风轮2进行现场吊装施工。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：包括中心大立柱(1)和多个风轮(2)，所述中心大立柱(1)的外壁沿竖向间隔分布有安装座(3)，多个所述风轮(2)通过安装座(3)转动安装在中心大立柱(1)上，所述风轮(2)包括转盘支架(6)，所述转盘支架(6)上固定安装有至少三个组合式叶片单元(14)，所述转盘支架(6)上形成有安装腔(9)，所述安装腔(9)内设置有发电机(10)，所述发电机(10)的转轴上设置有齿轮(11)，所述中心大立柱(1)上设置有环形凹凸齿件(12)，所述齿轮(11)与环形凹凸齿件(12)相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述环形凹凸齿件(12)包括多组首尾相连的模块齿(13)，所述模块齿(13)可拆卸固定在中心大立柱(1)的外壁。

3.根据权利要求1所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述安装座(3)上设置有沿中心大立柱(1)周向分布的环状封闭的导轨(7)，所述导轨(7)与转盘支架(6)之间设置有滚轮(8)。

4.根据权利要求1所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述组合式叶片单元(14)包括安装框架(15)和多个竖向分布的风轮叶片(16)，所述风轮叶片(16)铰接于安装框架(15)上，所述安装框架(15)上设置有用于控制风轮叶片(16)转动的控制组件(17)。

5.根据权利要求4所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述控制组件(17)包括第一电机(18)、线轮(19)和叶片联动拉线(20)，所述线轮(19)安装在第一电机(18)的转轴上，所述叶片联动拉线(20)卷绕在线轮(19)上，多个所述风轮叶片(16)的活动端均与叶片联动拉线(20)连接。

6.根据权利要求1所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述中心大立柱(1)的四周间隔设置有支撑架(4)，所述支撑架(4)与中心大立柱(1)之间连接有第一拉件(5)。

7.根据权利要求6所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述支撑架(4)沿风轮(2)的转动方向滑动设置有遮风挡板(23)，所述遮风挡板(23)上设置有风向风速控制器(24)，所述支撑架(4)还设置用于驱使遮风挡板(23)滑移的驱动组件(25)，所述驱动组件(25)受控于风向风速控制器(24)。

8.根据权利要求7所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述驱动组件(25)包括固定齿环(26)、第二电机(27)和安装在第二电机(27)转轴上的驱动齿轮(28)，所述固定齿环(26)固定设置在支撑架(4)的侧壁，所述第二电机(27)安装在遮风挡板(23)上，所述驱动齿轮(28)与固定齿环(26)相啮合。

9.根据权利要求1所述的一种多层圆框与轨道旋转叶片组合式微风集成导流高效的风力发电装置，其特征在于：所述风轮(2)还包括用于将多个组合式叶片单元(14)的端部连接成一体的风轮大圆框(21)，所述转盘支架(6)上设置有用于对风轮大圆框(21)进行斜拉支撑的第二拉件(22)。