水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構的製作方法
2023-06-07 06:40:31
專利名稱：水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種旋轉帆，特別涉及一種水上風力發電裝置的水平 旋轉帆機構。
背景技術：
現有的技術所使用的風力發電設備對風速要求較高，在低風速和高風 速的狀態下均不能正常發電，特別是在高風速的情況下，不但不能發電，還會對發電設備的 安全造成影響。所以通常的風電設備年發電量在2000小時左右。現在已經成型的水平軸以 及垂直軸風力發電機系統，單機造價居高不下，進口產品每千瓦時的造價都在8000-10000 人民幣，國產的也要5000人民幣以上。這些產品穩定性不夠，維護成本高，綜合發電成本都 高於煤電的成本。作為一種清潔能源，要部分取代煤電，那麼它不但要碳排放上面需要有優 勢，在綜合發電成本上必須與煤電持平，或低於煤電。不能做到這一點，將影響風力發電行 業大規模的市場化運作。當前，社會急需一種將風力風電設備領域造價高、大型化、啟動風 速區間窄、穩定性差、維護成本高等技術難題一併解決的低成本風力發電技術，此技術能一 並滿足上述條件，能將海上風能這一自然資源充分利用。申請人:在先申請了中國專利200920269390. 7，一種「浮島式水上風力發電裝置」， 包括浮島平臺、旋轉帆、帆軸、中心浮倉和發電裝置，旋轉帆的帆片安裝在帆軸上，帆軸固定 在其下方的中心浮倉上，所述的中心浮倉位於浮島平臺中央的浮倉室內，帆軸連接發電裝 置，發電裝置輸出經變壓後接入電網。在浮島平臺上對角交叉設有帆軸固定架，固定架交叉 點安置有上固定軸承與帆軸上端相連，在帆軸與發電機倉的交接處設有下固定軸承，在帆 軸和浮島平臺交接處設有浮倉固定軸承。由於旋轉帆直接安裝在帆軸上，經實際試用，採用 這種旋轉帆結構，發電的效率還不是非常理想，因此更好的利用風向提高帆的轉動效果就 是本實用新型的研究課題。實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種可根據風向變化和自身位置變化 通過水平旋轉改變切風角度的帆(葉)片技術，主要解決現有垂直軸式風力發電機無法提 高能源利用效率的問題和無法低轉速和大型化的問題。本實用新型的技術方案為一種水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構， 200920269390. 7中的與發電機倉連接的帆軸作為中軸，水平旋轉帆機構安裝在中軸上，水 平旋轉帆機構包括動力臂、動力帆、中心轉軸、傳動裝置和控制器，動力帆安裝在中心轉軸 上，中心轉軸固定在其下方的動力臂上，傳動裝置安裝在動力臂上且與中心轉軸或動力帆 形成可轉動連接，傳動裝置與控制器連接。所述傳動裝置選用絞盤牽拉傳動裝置、齒輪傳動裝置、蝸輪蝸杆傳動裝置，皮帶傳 動裝置，液壓傳動裝置和氣動傳動裝置的一種。當採用絞盤牽拉傳動裝置，所述的傳動裝置包括安裝在動力臂另一端的絞盤以及 與絞盤上與動力帆連接的鋼絲繩，絞盤的轉動軸與伺服電機連接，伺服電機接控制器；由控 制器控制伺服電機轉動並帶動絞盤轉動，由絞盤上的鋼絲拉動動力帆，從而實現動力帆的 轉動。當採用齒輪傳動裝置時，動力帆下方的中心轉軸上裝有大齒輪，旁邊在動力臂上 裝有與大齒輪嚙合的小齒輪，小齒輪轉軸與伺服電機連接，伺服電機接控制器；由控制器控制伺服電機轉動並通過傳動裝置帶動中心轉軸轉動，從而實現動力帆的轉動。齒輪傳動具 有旋轉角度大，精度高兩大特點，因此可以精確地調整帆片的位置。當採用蝸輪蝸杆傳動裝置時，蝸輪安裝在動力帆下方的中心轉軸上，蝸杆安裝在 動力臂上，並與蝸輪嚙合，蝸杆的一段與伺服電機同軸連接，伺服電機接控制器；工作時，由 控制器控制伺服電機轉動並由伺服電機帶動蝸杆旋轉，通過嚙合時蝸輪轉動，從而改變帆 片位置。當採用皮帶傳動裝置時，動力帆下方的中心轉軸上裝有皮帶輪，旁邊在動力臂上 裝有另一個主動輪，在皮帶輪和主動輪上套有傳動帶，主動輪轉軸與伺服電機連接，伺服電 機接控制器；工作時，由控制器控制伺服電機轉動並由伺服電機帶動主動輪轉動，由於皮帶 輪可360度旋轉，因此帆片的角度調整可在一個很大的角度範圍內進行。當採用液壓傳動裝置時，液壓缸固定在動力臂上，活塞桿頭部與動力帆下方的中 心轉軸鉸接，通過活塞杆的伸縮使中心轉軸轉動。液壓缸通過油管與油泵相連，兩者之間有 一個閥門，控制器裝於閥門上用於控制進油量，從而使得活塞杆能夠根據需要伸縮特定長 度，液壓缸的伸縮可以產生很大的驅動力，因此適合用在大型帆片的驅動上，使產品能夠大 型化集群化。所述的的動力臂為1-6根，在動力臂下面的中心轉軸上可加裝浮體。動力帆的布 置形式可以有多種，根據中心轉軸相對於動力帆的位置不同可分為①單邊帆片型，該形式 的動力帆全部處於中心轉軸的一邊；②對稱帆片型，該形式的動力帆以中心轉軸為對稱中 心，實現帆片左右兩邊完全對稱布置；③不對稱帆片型，該形式動力帆也分布於中心轉軸的 兩側，但根據實際需要兩邊所分配的面積有所不同。除了以上三種形式之外還可有其他布 置形式。所述的動力帆的帆片的形狀可選用下述形狀羽毛形帆片，方形帆片，拱形帆片。帆片的材質可為硬帆和軟帆兩種，硬帆要保證其輕質性，但同時也要有一定的強 度，在保證整體輕巧美觀的同時，有較好的抗風浪的能力。軟帆應有帆框將帆面繃緊，使其 在風力作用下不易變形。本實用新型的有益效果是本實用新型工作時，浮島平臺漂浮在水面，將動力臂與浮島平臺中軸相連，風力帶 動動力臂末端的動力帆，動力帆帶動動力臂使平臺中軸旋轉後驅動發電裝置，通過伺服電 機調整帆片的切風角度，可以使帆片在各個角度都能夠得到最大的驅動力，從而最大程度 上使帆片在不斷變化的風場中始終保持一個相對恆定且高效的風能利用率，大大提高了風 力發電的效果。即使在低風速時也能有效工作，很大程度上減小了風速變化對發電效能的 影響，從而降低啟動風速，大大增加了有效工作風速區間。另外，由於浮島平臺外形是規則 的，可進行大規模拼裝，只要將各發電裝置輸出串聯，即可形成大規模的風力發電系統，發 電成本大大低於煤電，並在水利發電成本以下。本實用新型結構簡單科學，造價低，可適應 除強颱風外的高、中、低風速的水上發電。
圖1為本實用新型利用絞盤牽拉帆片結構圖圖中1·動力帆2.中心轉軸3.浮體4.動力臂5.絞盤6.伺服電機7.控制器[0019]圖2為本實用新型利用帶傳動牽拉帆片結構圖圖中1·動力帆2.中心轉軸3.浮體4.動力臂5.主動輪6.伺服電機7.控制器 8.皮帶輪9.傳送帶圖3為本實用新型利用齒輪傳動牽拉帆片結構圖圖中1 3.浮體4.動力臂5.小齒輪6.伺服電機7.控制器8.大齒輪圖4為本實用新型利用液壓缸伸縮牽拉帆片結構圖圖中1.動力帆2.中心轉軸3.浮體4.動力臂5.液壓缸6
泵圖5為本實用新型利用蝸輪蝸杆傳動牽拉帆片結構圖圖中1.動力帆2.中心轉軸3.浮體4.動力臂5.蝸杆6 8.蝸輪圖6為本實用新型各種帆片布置形式圖中1.單邊布置型2.對稱布置型3.不對稱布置型圖7為本實用新型各種帆片形狀圖中1.羽毛形帆片2.矩形帆片3.拱形帆片
具體實施方式
實施例1，參照圖1，一種水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，水平旋轉帆機構 安裝在中軸上，水平旋轉帆機構包括動力臂4、動力帆1、中心轉軸2、伺服電機、傳動裝置、 控制器(S7-200，西門子)，動力帆安裝在中心轉軸上，中心轉軸固定在其下方的動力臂上， 採用絞盤牽拉傳動裝置，所述的傳動裝置包括安裝在動力臂另一端的絞盤以及與絞盤上與 動力帆連接的鋼絲繩，絞盤的轉動軸與伺服電機連接，伺服電機接控制器；由控制器控制伺 服電機轉動並帶動絞盤轉動，由絞盤上的鋼絲拉動動力帆，從而實現動力帆的轉動。動力帆 的選用圖6中的單邊布置型1，帆片選用圖7中羽毛形帆片1。所述的的動力臂4為4根， 繞中軸十字交叉布置，在動力臂下面的中心轉軸上加裝浮體3。實施例2，參照圖2，採用皮帶傳動裝置時，動力帆1下方的中心轉軸2上裝有皮帶 輪8，旁邊在動力臂4上裝有另一個主動輪5，在皮帶輪和主動輪上套有傳動帶9，主動輪轉 軸與伺服電機6連接，伺服電機接控制器7 ；工作時，由控制器7控制伺服電機6轉動並由 伺服電機帶動主動輪5轉動，由於皮帶輪可360度旋轉，因此帆片的角度調整可在一個很大 的角度範圍內進行。動力帆的選用圖6中對稱布置型2，帆片選用圖7中矩形帆片2。所述 的的動力臂4為3根，繞中軸均布，在動力臂下面的中心轉軸上加裝浮體3，其餘與實施例1 相同。實施例3，參照圖3，當採用齒輪傳動裝置時，動力帆1下方的中心轉軸2上裝有大 齒輪8，旁邊在動力臂4上裝有與大齒輪嚙合的小齒輪5，小齒輪轉軸與伺服電機6連接，伺 服電機接控制器7 ；由控制器7控制伺服電機6轉動並通過齒輪傳動帶動中心轉軸2轉動， 從而實現動力帆的轉動。齒輪傳動具有旋轉角度大，精度高兩大特點，因此可以精確地調整 帆片的位置。動力帆的選用圖6中不對稱布置型3，帆片選用圖7中拱形帆片3。所述的的 動力臂4為2根，按中軸對稱布置，在動力臂下面的中心轉軸上加裝浮體3，其餘與實施例1 相同。
.動力帆2.中心轉軸 .閥門7.控制器8.油 .伺服電機7.控制器
5[0033]實施例4，參照圖4，當採用液壓傳動裝置時，液壓缸5固定在動力臂4上，活塞杆 頭部與動力帆1下方的中心轉軸2鉸接，通過活塞杆的伸縮使中心轉軸轉動。液壓缸5通 過油管與油泵8相連，兩者之間有一個閥門6，控制器7裝於閥門上用於控制進油量，從而使 得活塞杆能夠根據需要伸縮特定長度，液壓缸的伸縮可以產生很大的驅動力，因此適合用 在大型帆片的驅動上，使產品能夠大型化集群化。動力帆的選用圖6中單邊布置型1，帆片 選用圖7中矩形帆片2。所述的的動力臂4為5根，繞中軸均布，在動力臂下面的中心轉軸 上加裝浮體3，其餘與實施例1相同。實施例5，參照圖5，採用蝸輪蝸杆傳動裝置時，蝸輪8安裝在動力帆1下方的中心 轉軸2上，蝸杆5安裝在動力臂4上，並與蝸輪嚙合，蝸杆的一段與伺服電機6同軸連接，伺 服電機接控制器7 ；工作時，由控制器7控制伺服電機6轉動並由伺服電機帶動蝸杆5旋轉， 通過嚙合時蝸輪轉動，從而改變帆片位置。動力帆的選用圖6中單邊布置型1，帆片選用圖 7中拱形帆片3。所述的的動力臂4為1根，在動力臂下面的中心轉軸上加裝浮體3，其餘與 實施例1相同。上述實施例均在中國專利200920269390. 7基礎上的改進。
權利要求一種水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是水平旋轉帆機構安裝在中軸上，水平旋轉帆機構包括動力臂、動力帆、中心轉軸、傳動裝置和控制器，動力帆安裝在中心轉軸上，中心轉軸固定在其下方的動力臂上，傳動裝置安裝在動力臂上且與中心轉軸或動力帆形成可轉動連接，傳動裝置與控制器連接。
2.根據權利要求1所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是所述傳動裝 置選用絞盤牽拉傳動裝置、齒輪傳動裝置、蝸輪蝸杆傳動裝置，皮帶傳動裝置，液壓傳動裝 置和氣動傳動裝置的一種。
3.根據權利要求2所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是當採用絞盤 牽拉傳動裝置，所述的傳動裝置包括安裝在動力臂另一端的絞盤以及與絞盤上與動力帆連 接的鋼絲繩，絞盤的轉動軸與伺服電機連接，伺服電機接控制器；由控制器控制伺服電機轉 動並帶動絞盤轉動，由絞盤上的鋼絲拉動動力帆，從而實現動力帆的轉動。
4.根據權利要求2所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是當採用齒輪 傳動裝置時，動力帆下方的中心轉軸上裝有大齒輪，旁邊在動力臂上裝有與大齒輪嚙合的 小齒輪，小齒輪轉軸與伺服電機連接，伺服電機接控制器；由控制器控制伺服電機轉動並通 過傳動裝置帶動中心轉軸轉動，從而實現動力帆的轉動。
5.根據權利要求2所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是當採用蝸輪 蝸杆傳動裝置時，蝸輪安裝在動力帆下方的中心轉軸上，蝸杆安裝在動力臂上，並與蝸輪齧 合，蝸杆的一段與伺服電機同軸連接，伺服電機接控制器，由控制器控制伺服電機轉動並由 伺服電機帶動蝸杆旋轉，通過嚙合時蝸輪轉動，從而改變帆片位置。
6.根據權利要求2所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是當採用皮帶 傳動裝置時，動力帆下方的中心轉軸上裝有皮帶輪，旁邊在動力臂上裝有另一個主動輪，在 皮帶輪和主動輪上套有傳動帶，主動輪轉軸與伺服電機連接，伺服電機接控制器，由控制器 控制伺服電機轉動並由伺服電機帶動主動輪轉動。
7.根據權利要求2所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是當採用液壓 傳動裝置時，液壓缸固定在動力臂上，液壓缸通過油管與油泵相連，兩者之間有一個閥門， 閥門上裝有用於控制進油量的控制器，活塞桿頭部與動力帆下方的中心轉軸鉸接，通過活 塞杆的伸縮使中心轉軸轉動。
8.根據權利要求1所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是所述的的動 力臂為1-6根。
9.根據權利要求1所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是在動力臂下 面的中心轉軸上加裝浮體。
10.根據權利要求1所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是動力帆的 布置形式為下述三種方式的一種單邊帆片型、對稱帆片型、不對稱帆片型。
11.根據權利要求10所述的水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是所述的動 力帆的帆片的形狀選用下述形狀的一種羽毛形帆片、方形帆片、拱形帆片。
專利摘要本實用新型涉及一種旋轉帆，特別涉及一種水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構。主要解決現有垂直軸式風力發電機無法提高能源利用效率的問題和無法低轉速和大型化的問題。技術方案為一種水上風力發電裝置的水平旋轉帆機構，其特徵是水平旋轉帆機構安裝在中軸上，水平旋轉帆機構包括動力臂、動力帆、中心轉軸、傳動裝置和控制器，動力帆安裝在中心轉軸上，中心轉軸固定在其下方的動力臂上，傳動裝置安裝在動力臂上且與中心轉軸或動力帆形成可轉動連接，傳動裝置與控制器連接。本實用新型主要用於水上風力發電。
文檔編號F03D9/00GK201723368SQ201020139288
公開日2011年1月26日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者公孫非 申請人:上海兆風能源科技有限公司