CN2703138Y - 立轴可扩展微叶片框架式风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机领域，特别是一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，包括由若干框架组合成的叶轮，位于旋转立轴下部的增速齿轮箱、调速器、同步发电机以及控制单元；框架由网格、边框组成，网格由多个横条和纵条分隔而成的单元格组成，微叶片活动的固定在纵条上并可绕纵条在网格的一侧旋转，网格可阻挡微叶片向网格的另一侧旋转。本实用新型克服了立轴式风力发电机由于压力差造成的横向推力，减轻了重力作用对覆盖网格的负面影响，能够很方便的扩展叶轮，能够保持出力稳定从而降低对电网安全运行造成影响。本实用新型还有安装、保养方便、造价低廉的特点，可以利用现有的成熟的设备发展大容量风力发电机。

Description

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机

技术领域

本实用新型涉及利用风能的风力发电机，尤其是涉及大功率的立轴风力发电机。

背景技术

目前，涉及到风能利用的风力发电机，主要是水平轴和立轴两种。

水平轴风力机已发展到2MW以上容量，但是由于水平轴风力发电机的齿轮箱和发电机安装在顶部，随着容量增大，其制造难度越来越大，成本越来越高，并且维护、保养非常困难，因而风力发电成本不具有竞争性，无法大规模利用。

立轴式风力发电机，具有全方向性，不需要迎风装置，其发电机、齿轮箱放在地面，易于保养，制造简单，成本低，但现有的立轴式风力发电机由于是靠压力差带动风轮转动发电，因而随着容量增大，其承受的横向推力也增大，使风轮不能平衡，限制了它向大容量化方向发展。

现有的水平轴和立轴风力发电机都是风轮安装后就不能扩展，缺乏扩展能力。

现有的水平轴和立轴风力发电机的出力受风速制约不能调节或调节能力非常小，低风速时出力太小，高风速时出力超过发电机的额定容量，给发电机造成损害。另外，由于发电机的出力随不断变换的风速而不断变换，使并网风力发电机对电网安全运行造成非常大的影响，从而限制了在电网中风力发电机的装机数量。

现有的立轴风力发电机的的叶轮上由若干框架组合而成，框架又由网格、边框组成，网格由多个横条和纵条分隔而成的单元格组成，微叶片活动的固定在横条上并可绕横条在网格的一侧旋转。叶轮的微叶片由于网格的阻挡而贴在网格上，使大型叶轮成为不透风的墙从而受到压力，在压力的作用下旋转风轮不停地旋转。但微叶片活动的固定在横条上被风吹起，其方向与地面水平平齐，微叶片同时受到向下的重力作用，在重力作用与风的作用下，向上的飘起的微叶片不能全部覆盖整个网格，从而降低旋转风轮的效率。当微叶片活动的固定在纵条上时，重力对微叶片旋转不起作用，叶轮的微叶片在风的作用下向同一个方向转动，从而能覆盖整个网格，大大提高旋转风轮的效率。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，该立轴可扩展微叶片框架式风力发电机克服了立轴式风力发电机由于压力差造成的横向推力，减轻了重力作用对覆盖网格的负面影响。

本实用新型的技术方案为：

一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，包括由若干框架组合成的叶轮，位于旋转立轴下部的增速齿轮箱、调速器、同步发电机以及控制单元；叶轮围绕旋转立轴均匀布置，并通过固定在旋转立轴下部的齿轮与增速齿轮箱相连，增速齿轮箱输出端通过前联轴与调速器输入端相连，调速器输出端通过后联轴与发电机相连；框架由网格、边框组成，网格由多个横条和纵条分隔而成的单元格组成，微叶片活动的固定在纵条上并可绕纵条在网格的一侧旋转，单个微叶片面积大于单个单元格面积，网格可阻挡微叶片向网格的另一侧旋转。

本实用新型的另一目的同时还提供一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，该立轴可扩展微叶片框架式风力发电机解决了风力发电机的出力受风速制约不能调节或调节能力弱的问题。

本实用新型的另一技术方案为：

一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，包括由若干框架组合成的叶轮，位于旋转立轴下部的增速齿轮箱、调速器、同步发电机以及控制单元；叶轮围绕旋转立轴均匀布置，并通过固定在旋转立轴下部的齿轮与增速齿轮箱相连，增速齿轮箱输出端通过前联轴与调速器输入端相连，调速器输出端通过后联轴与发电机相连；调速器具体选用调速型液力偶合器。

液力偶合器的输入端通常接电机，液力偶合器的输出端通常接负载；但风力发电机领域还没有液力偶合器的应用，而本实用新型将调速型液力偶合器突破常规，反向连接取得良好的效果。风力发电需要解决的一个重要技术问题是：风力发电机的电力输出随风速快速变化而变化，影响了现有电网的安全运行。本实用新型控制单元根据采集的风速信号，调整调速型液力偶合器的充液量，而调整调速型液力偶合器的充液量可以控制调整调速型液力偶合器输出端的传送功率，液力偶合器再驱动同步发电机使出力稳定，从而与现有电网的安全运行保持一致。

本实用新型的优点在于：

本实用新型风力发电机叶轮由若干框架组合成，能够很方便的扩展叶轮，具有灵活的扩展能力。由于采用旋转风轮、增速齿轮箱、齿轮、调速型液力偶合器、同步发电机依次安装方式，通过调节调速型液力偶合器的充液量，使发电机在低风速时能取得大的出力，在高风速时减小发电机出力而保护发电机，在风速不断快速变化时能够保持出力稳定从而降低对电网安全运行造成影响。由于增速齿轮箱或齿轮、调速型液力偶合器、同步发电机布置在地面上，因而安装、保养方便且造价低，可以利用现有的成熟的设备发展大容量风力发电机并且造价低廉。

附图说明

图1是由2个框架组成旋转风轮的整体风力发电机安装示意图。

图2是没有安装微叶片的框架图。

图3是安装了微叶片的框架图。

图4是表示微叶片安装示意图。

图5是微叶片安装完毕后的示意图。

图6表示由6个带微叶片的框架组合而成的大型叶轮。

图7和图8表示由4个大型叶轮组成的旋转风轮运行俯视图。

具体实施方式

实施例1

一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，包括由若干框架组合成的叶轮，位于旋转立轴4下部的增速齿轮箱9、调速器11、发电机以及控制单元17；叶轮围绕旋转立轴4均匀布置，并通过固定在旋转立轴4下部的齿轮8与增速齿轮箱9相连，增速齿轮箱9输出端通过前联轴10与调速器11输入端相连，调速器11输出端通过后联轴12与发电机相连；框架由网格1、边框2组成，网格1由多个横条和纵条分隔而成的单元格组成，微叶片3活动的固定在纵条上并可绕纵条在网格1的一侧旋转，单个微叶片面积大于单个单元格面积，网格1可阻挡微叶片3向网格1的另一侧旋转。

防护罩5是旋转风轮固定构架同时也是地面设备的防护罩，旋转立轴4被上加固件6和下加固件7固定在防护罩5内。防护罩5罩在地面18上。

实施例2

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机；微叶片安装在网格1的同一侧，当所有微叶片3平铺在网格1上时能够覆盖整个网格1。其余同实施例1。

实施例3

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，围绕旋转立轴4均匀布置了2个或2个以上安装了微叶片3的叶轮。其余同实施例1。

实施例4

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，所有微叶片3都安装在叶轮的网格1顺时针一侧或者都安装在逆时针一侧。其余同实施例1。

实施例5

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，调速器11为调速型液力偶合器，控制单元17根据采集的风力信号，调整调速型液力偶合器的充液量。其余同

实施例1。

实施例6

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，可以根据风速的大小，通过手动或采用控制单元17控制调节调速型液力偶合器的充液量，从而控制调节调速型液力偶合器的输出功率。使同步发电机在不同的风速下获得最佳出力。其余同

实施例1。

实施例7

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，发电机为同步发电机13。其余同实施例5。

实施例8

立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，发电机为异步发电机，并增设逆变、整流装置。其余同实施例1。

本领域技术人员都知道：相对而言，采用同步发电机13与调速型液力偶合器配合使用的投资组合要远低于异步发电机与增设逆变、整流装置的组合，后者的结构更复杂。后者的投资组合比前者高出40-70％。

实施例9

图4是表示微叶片3安装示意图，将图4中微叶片3突出来的部分绕过网格纵条与虚线部分重合，然后将其活动固定好。

图7和图8所示由4个大型叶轮组成的旋转风轮，假设风方向沿箭头方向吹向旋转风轮，当大型叶轮在旋转立轴4左边时，由于大型叶轮上的微叶片3在网格1的后面，被风吹成与风的方向平行，因而风从大型叶轮上的网格1中通过没有受到阻力，大型叶轮成为透风的网没有受到压力。当大型叶轮在旋转立轴4中间时，大型叶轮的微叶片3被风吹成与风的方向平行，大型叶轮没有受到压力。当大型叶轮在旋转立轴4右边时，大型叶轮的微叶片3由于网格1的阻挡而贴在网格1上，使大型叶轮成为不透风的墙从而受到压力，在压力的作用下旋转风轮不停地旋转。当微叶片3全部安装在大型叶轮顺时针一侧时，旋转风轮逆时针旋转。当微叶片3全部安装在大型叶轮逆时针一侧时，旋转风轮顺时针旋转。

如图1所示，旋转风轮旋转时，固定在旋转立轴4底部的齿轮8随旋转风轮转动，通过增速齿轮箱9增速后经前联轴10与调速型液力偶合器输入端相连，当调速型液力偶合器输入端的转速高于同步发电机13转速时，调速型液力偶合器充液后就可以将功率传递给同步发电机13从而发电。在低风速时，通过增加调速型液力偶合器充液量，可以使同步发电机13在低风速时能取得大的出力。在高风速时，通过减小调速型液力偶合器充液量，可以使同步发电机13在高风速时能保持出力不大于额定功率，从而保护同步发电机13。在风速不断变化时，通过不断调节调速型液力偶合器充液量，使同步发电机13能保持稳定的出力，因而可以减小并网同步发电机13对电网安全的影响。

如图1所示控制单元17，旋转风轮的转速测量单元14将测量到转速信号传送给控制单元17，同步发电机13的运行转速、电压、电流信号变送单元16将测量到转速信号传送给控制单元17，控制单元17通过对输入的信号比较分析，然后将控制信号传送给调速型液力偶合器的调节器15。

其余同实施例1。

实施例10

采用输出功率为6.8千瓦旋转风轮、输出功率为6.8千瓦增速齿轮箱9，出功率为6.8千瓦调速型液力偶合器、输出功率为6千瓦的同步发电机13配置构成输出功率为6千瓦风力发电机组。其余同实施例1。

实施例11

采用输出功率为68千瓦旋转风轮、输出功率为68千瓦增速齿轮箱9、输出功率为68千瓦调速型液力偶合器、输出功率为60千瓦的同步发电机13配置构成输出功率为60千瓦风力发电机组。其余同实施例1。

实施例12

采用输出功率为680千瓦旋转风轮、输出功率为680千瓦增速齿轮箱9、输出功率为680千瓦调速型液力偶合器、输出功率为600千瓦的同步发电机13配置构成输出功率为600千瓦风力发电机组。其余同实施例1。

实施例13

采用输出功率为2200千瓦旋转风轮、输出功率为2200千瓦增速齿轮箱9、输出功率为2200千瓦调速型液力偶合器、输出功率为2000千瓦的同步发电机13配置构成输出功率为2000千瓦风力发电机组。其余同实施例1。

以上实施例中的标记为：网格1，边框2，微叶片3，旋转立轴4，防护罩5，上加固件6，下加固件7，齿轮8，增速齿轮箱9，前联轴10，调速器11，后联轴12，同步发电机13，转速测量单元14，调节器15，信号变送单元16，控制单元17，地面18。

Claims (6)

1、一种立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，包括由若干框架组合成的叶轮，位于旋转立轴(4)下部的增速齿轮箱(9)、调速器(11)、发电机以及控制单元(17)；叶轮围绕旋转立轴(4)均匀布置，并通过固定在旋转立轴(4)下部的齿轮(8)与增速齿轮箱(9)相连，增速齿轮箱(9)输出端通过前联轴(10)与调速器(11)输入端相连，调速器(11)输出端通过后联轴(12)与发电机相连，其特征在于：框架由网格(1)、边框(2)组成，网格(1)由多个横条和纵条分隔而成的单元格组成，微叶片(3)活动的固定在纵条上并可绕纵条在网格(1)的一侧旋转，单个微叶片面积大于单个单元格面积，网格(1)可阻挡微叶片(3)向网格(1)的另一侧旋转。

2、根据权利要求1所述的立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，其特征在于：微叶片安装在网格(1)的同一侧，当所有微叶片(3)平铺在网格(1)上时能够覆盖整个网格(1)。

3、根据权利要求1所述的立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，其特征在于：围绕旋转立轴(4)均匀布置了2个或2个以上安装了微叶片(3)的叶轮。

4、根据权利要求1所述的立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，其特征在于：所有微叶片(3)都安装在叶轮的网格(1)顺时针一侧或者都安装在逆时针一侧。

5、根据权利要求1所述的立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，其特征在于：调速器(11)为调速型液力偶合器。

6、根据权利要求1所述的立轴可扩展微叶片框架式风力发电机，其特征在于：发电机为同步发电机(13)。

Images