一種雙用風力發電的製造方法

2023-06-24 07:43:36 2

一種雙用風力發電的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種結構合理，造價低廉，能充分捕獲與利用風能，並在不同時間段為用戶提供所需能源的雙用風力發電機，該雙用風力發電機包括有風輪機構、主軸、機箱以及安裝在機箱內的發電機，其特徵在於：所述機箱安裝於儲氣塔上，所述儲氣塔上設有氣源出口，所述機箱內安裝有空壓機，所述空壓機通過管道與儲氣塔連通，所述管道上安裝有單向閥，所述空壓機與發電機之間安裝有傳動切換機構，所述傳動切換機構可切換風輪機構與空壓機傳動連接或與發電機傳動連接，所述傳動切換機構的切換由PLC控制器控制。該風力發電機造價低廉，能充分捕獲與利用風能，並在不同時間段為用戶提供風能與氣能。
【專利說明】—種雙用風力發電機

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種風力發電機，具體涉及一種能充分接受與利用風能，並在不同時間段為用戶提供所需能源的雙用風力發電機。

【背景技術】
[0002]風力發電機是將風能轉換為電能的動力機械，由於風能是一種可再生的，無汙染的自然能源，因此在各個國家得到大力推廣。在現有技術中，風輪部分的風輪一般採用螺旋槳式，這種風輪的設計與製造工藝複雜，對製作材料要求高，而且風能接受率(Dp)低，存在葉片失速問題；而儲能式發電部分的工作方式普遍是風輪接受風能後，通過變速箱直接拖動發電機，然後經整流，逆變，升壓後饋入電網，這種風力發電機還需要安裝複雜的逆變系統，使得整個發電系統造價昂貴。另外一些企業還需用到大量的氣源，而這種風力發電機只能用於輸出電能，其功能較為單一，無法滿足用氣大戶的用氣需求。


【發明內容】

[0003]鑑於現有技術存在的不足，本實用新型創新提供了一種結構合理，造價低廉，能充分捕獲與利用風能，並在不同時間段為用戶提供所需能源的雙用風力發電機，該雙用風力發電機包括有風輪機構、主軸、機箱以及安裝在機箱內的發電機，其特徵在於:所述機箱安裝於儲氣塔上，所述儲氣塔上設有氣源出口，所述機箱內安裝有空壓機，所述空壓機通過管道與儲氣塔連通，所述管道上安裝有單向閥，所述空壓機與發電機之間安裝有傳動切換機構，所述傳動切換機構可切換風輪機構與空壓機傳動連接或與發電機傳動連接，所述傳動切換機構的切換由PLC控制器控制。
[0004]所述主軸穿過機箱垂直固定安裝於儲氣塔上，所述發電機與空壓機上下對應安裝於機箱內主軸的一側，所述發電機與空壓機對應的輸入軸上分別設有齒輪，所述傳動切換機構包括有位於發電機與空壓機之間的大齒輪以及控制大齒輪上下動作的氣缸，所述氣缸安裝於機箱內主軸的另一側，所述氣缸的伸縮杆與撥叉固定連接，所述大齒輪處在撥叉的夾口內，所述氣缸由PLC控制器控制,所述大齒輪套設於旋轉套外,所述旋轉套活動套於主軸外，所述大齒輪通過花鍵與旋轉套傳動連接，所述旋轉套由風輪機構帶動轉動。
[0005]所述風輪機構包括有兩個或者四個沿圓周均勻排列的輪葉單元，所述輪葉單元包括有若干個擋板以及左右豎杆，所述擋板橫向安裝於左右豎杆之間，所述左右豎杆安裝於上下橫杆之間的外段，所述上橫杆的裡端固定於軸承座上，所述軸承座設於主軸上，所述下橫杆的裡端與旋轉套固定連接。
[0006]上下相鄰兩擋板之間的間距相等，相鄰兩擋板之間安裝有捕風板，所述捕風板的上側鉸接於左右豎杆之間，交接點位於鄰近的擋板背風的一側，所述捕風板的下側可靠在鄰近的擋板上，或者靠在同樣安裝於左右豎杆之間的限位擋板上並使捕風板保持豎直。
[0007]所述左右豎杆可滑動地安裝於上下橫杆上，所述主軸上安裝有輪葉推動機構，所述輪葉推動機構包括有推動電機、螺杆與螺母，所述螺母固定安裝在豎杆上，所述螺母與螺杆螺紋連接，所述螺杆裡端連接有從動傘齒輪，所述主軸上固定安裝有安裝支架，所述推動電機與螺杆安裝於安裝支架上，所述主軸上套設有皮帶輪，所述推動電機通過皮帶與皮帶輪傳動連接，所述皮帶輪下方一體連接有主動傘齒輪，所述主動傘齒輪與從動傘齒輪傳動連接。
[0008]所述擋板可以為「V」型、圓弧型或者直板型，所述限位擋板也可以為「V」型、圓弧型或者直板型。
[0009]相鄰兩輪葉單元的上橫杆或者下橫杆之間固定安裝有加強連杆，所述輪葉單元上下橫杆之間的最外端安裝有加強豎杆。
[0010]所述主軸外還固定套設有吸風豎管，所述吸風豎管上下開口，所述吸風豎管上部罩有旋轉罩，所述旋轉罩頂部與上橫杆固定連接，所述旋轉罩罩壁上安裝有吸風管道，所述吸風管道的端部彎曲，端部處的出風口朝向風輪機構轉動的反方向。
[0011]所述機箱上還安裝有制動機構，所述制動機構包括有上夾臂與下夾臂，所述上夾臂與下夾臂通過鉸接部交叉，一側用於夾住固定安裝於旋轉套上的制動盤，另一側的具有一把手。
[0012]所述儲氣塔內設有壓力傳感器，所述壓力傳感器與PLC控制器電聯接
[0013]本實用新型的風輪機構採用垂直軸式，其具有如下優點:1、設計及製作工藝都大為簡化，降低了生產成本；2、重量是同功率螺旋槳葉片的1/4，由於重量較輕，風力能更好地帶動風輪轉動；3、由於風輪一側受力，因此風輪可以獲得較大的扭矩；4、對製作材料要求低，大功率機可選用玻纖、碳纖複合材料，IMW以下機型可用玻璃鋼或金屬材料。另外，按照本實用新型提供的雙用風力發電機，除了能充分接受風能外，還能充分利用風能，並在不同的時間段給用戶帶去所需的能源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0015]圖2為機箱內部的結構示意圖；
[0016]圖3為圖1中A處的放大圖；
[0017]圖4為風輪機構的俯視圖；
[0018]圖5為輪葉推動機構的結構示意圖；
[0019]圖6為PLC控制器的控制線路圖。

【具體實施方式】
[0020]通過風力的作用，風輪機構3驅使旋轉套5轉動，旋轉套5又帶動空壓機22或者發電機20工作，從而在不同的時間段產生不同形式的能源，為企業用戶提供所需。如圖1與圖2所示，該雙用風力發電機除了風輪機構3外，還包括主軸4、機箱2以及具有氣源出口10的儲氣塔1，機箱2安裝於儲氣塔I上，主軸4穿過機箱2垂直固定安裝於儲氣塔I上；機箱2內安裝有空壓機22與發電機20，兩者上下對應安裝於機箱2內主軸4的一側，空壓機22通過管道23與儲氣塔I連通，在管道23上安裝有單向閥24。空壓機22工作，壓縮氣體，氣體被壓縮後通過管道23存入儲氣塔I內，用戶需要用氣時，只需通過管道給用氣單位供氣即可；而發電機20工作，產生電能，可以直接為企業用戶供電，或者直接供給電網。
[0021]發電機20與空壓機22切換工作是通過傳動切換機構的來回切換實現的。發電機20與空壓機22相對應的輸入軸上分別安裝有齒輪21，在上下齒輪21之間安裝有可與齒輪21嚙合的大齒輪27，該大齒輪27是傳動切換機構的一部件，為了讓大齒輪27上下移動，傳動切換機構還包括有氣缸25，通過氣缸25的推動，大齒輪27就能切換與發電機20的輸入軸或者空壓機22的輸入軸傳動連接，由於發電機20與空壓機22位於機箱2內的一側,那麼氣缸25就安裝於機箱2內的另一側，該氣缸25的動作也是由PLC控制；另外需要說明的是，由於大齒輪27是處於轉動狀態，氣缸25是不能直接作用於大齒輪27上的，而是通過推動框住大齒輪27的撥叉26來推動大齒輪27上下移動。
[0022]大齒輪27的轉動是靠旋轉套5帶動的(具體是在兩者之間通過花鍵28實現傳動連接)，而旋轉套5的轉動是依靠風輪機構3的驅動而實現。風輪機構3包括有兩個或者四個沿圓周均勻分布的輪葉單元30，每個輪葉單元30包括有若干個擋板302以及用於安置擋板302的上下橫杆31、32，為了使條形擋板302水平安置於上下橫杆31、32之間，本實用新型在上下橫杆31、32之間的外段位置固定安裝有左右豎杆301，若干個擋板302就上下排列、各個水平安裝在左右豎杆301之間，然後將上橫杆31的裡端固定於軸承座33上(軸承座33設於主軸4上)，再將下橫杆32的裡端與旋轉套5固定連接，這樣風吹向擋板，擋板以及上下橫杆就能帶著旋轉套轉動了。
[0023]按照上述的風輪結構，風輪機構3已能夠藉助風的力量轉動，然而這種風輪機構3的輪葉單元30左右對稱，形成一個面，當風一個方向吹來時，風力既作用於左側的輪葉單元30上，又會作用於右側的輪葉單元30上，由於左右兩側輪葉單元30受到同一個方向的風力，那麼風輪機構3的轉速將大打折扣，只有一側輪葉單元30受力，另一側的輪葉單元30受到反向的推力，風輪機構3才能獲得最大的扭矩，然而這種現象是違背自然規律的，在符合自然規律的情況下，唯一的辦法是讓一側的輪葉單元30受風的推力，另一側則不受力，或者嚴格意義上說是最大限度的減少那一側的風的推力，從而使風輪機構3獲得最快的轉速。
[0024]為此，本實用新型在上下相鄰兩擋板302之間留出一定的間距，在兩上下相鄰兩擋板302之間安裝有捕風板303，捕風板303的上側鉸接於左右豎杆301之間，其鉸接點位於鄰近的擋板302的背風側，即位於捕風板303上方的擋板302的背風面，而捕風板303的下側為自由端，它可以靠在下方的擋板302上(上下方的擋板302是指與單個捕風板鄰近的上下擋板302)，即下方的擋板302可以擋住捕風板303擺動。通過這種結構，當風從某個方向吹來時，其中一個迎著風的輪葉單元30其捕風板303的下側就靠在下方的擋板302上，由於捕風板303被擋板302擋住，上下擋板302之間就形成了一個封閉的阻擋面，風作用於該阻擋面上時，這側的輪葉單元30就獲得推力；與此相反，與該輪葉單元30處於同一平面的另一側輪葉單元30其捕風板則被吹起，由於鉸接點306位於鄰近的擋板302的背風側，捕風板303就被卡住，形成一個開放的空間，就像一扇打開的門，風就從這扇門穿過，因此這一側的輪葉單元30就能最大限度地減少風的阻力，從而使風輪機構3獲得最大的扭矩；為了讓上下橫杆31、32固定，本實用新型將上橫杆31的裡端固定於軸承座33上，該軸承座33設於主軸4上，而下橫杆32的裡端就與旋轉套5固定連接，上下橫杆31、32以及捕風板303轉動就能帶動旋轉套5轉動，當然，旋轉套5是套設在主軸4上的。
[0025]上述的風輪機構3已經能使風輪獲得較大的扭矩，但是由於擋板302是上下垂直排列的，而捕風板303的上端又鉸接於上擋板302的一側，因此捕風板303靠在下擋板時，實際上是不垂直的，而是具有一定的斜角，由此造成的不足便是捕風板受到的風力將打折扣。因此，為了讓捕風板303在關閉時保持垂直狀態，在左右豎杆之間還安裝有限位擋板305，如圖3所示，該限位擋板305與擋板302不處於同一垂直線上，而是與下擋板302錯開，既捕風板303下端不是靠在下擋板302上，而是靠在與下擋板302錯開的限位擋板305上，這樣捕風板303在關閉時將一直處於垂直狀態,處於垂直狀態的捕風板303便能正面面對風的推力，從而使輪葉單元30獲得最大的推力；另外，值得說明的是，限位擋板305與擋板302可以為「V」型、圓弧型或者直板型，三者都能起到阻擋捕風板303的作用，其中「V」型的擋板302相對來說捕風的效果最好，因為「V」型擋板敞開的一端可以很好地捕風風力，而尖頭的一端則能很好地避開風的阻力，相當於飛機的風機頭，當然這三種形狀的擋板可以混搭，也可以只使用其中一種。另外，為了加固上下橫杆31、31，防止上下橫杆31、32在轉動過程中抖動，本實用新型在相鄰兩輪葉單元30的上橫杆31或者下橫杆32之間固定安裝有加強連杆9，還在輪葉單元30上下橫杆31、32之間的最外端安裝有加強豎杆8，該加強連杆9與加強豎杆8都是很細的杆子，在風輪機構3轉動過程中基本不會產生阻力。
[0026]為了讓捕風板303獲得更大的動力，本實用新型還在主軸4外固定套設有吸風豎管34 (位於上下橫杆31、32之間)，該吸風豎管34上下開口，在其上部還罩有旋轉罩35，旋轉罩35頂部通過螺栓固定連接在上橫杆31上，在旋轉罩35罩壁上還安裝有水平嚮往延伸的吸風管道36，該吸風管道36的端部37彎曲，如圖4所示，位於端部37處的出風口 38朝向捕風板30轉動的反方向。由於下橫杆32帶動旋轉套5旋轉，在吸風豎管34下方就會產生一定的氣流，氣流從吸風豎管34的下開口處進入吸風豎管34，再從吸風豎管34上開口進入旋轉套35，之後從旋轉套35進入吸風管道36，最後從吸風管道36的出風口排出氣體，由於吸風管道36的端部37彎曲，並且其出風口 38朝向捕風板30轉動的反方向，由此從吸風管道36出風口排出的氣體就推動旋轉罩35沿輪葉單元30轉動的方向旋轉，而旋轉罩35又與上橫杆31固定連接，這樣下橫杆32就能更加快速地帶動旋轉套5轉動，從而為空壓機22或者發電機20提供源源不斷的動能。
[0027]當輪葉單元30處於最外端時，風輪機構3獲得的扭矩是最大的，為了控制風輪機構3的轉速在合理的範圍內，本實用新型將輪葉單元30在上下橫杆31、32之間設置成可移動式，即通過調解輪葉單元30與主軸4之間的距離，就能調整風輪機構3的扭矩，從而可以讓風輪機構3在受到不同大小的風力的情況下保持一定的轉速。如圖5所示，為了實現這種功能，本實用新型將左右豎杆301可滑動地安裝於上下橫杆31、32之間(可以在上下橫杆31、32上設置凹槽，讓左右豎杆301活動設於凹槽內；或者在左右豎杆301上下兩端設置凹槽，而在上下橫杆31、32上設置凸起，讓左右豎杆301可在凸起上滑動)，在主軸4上安裝有輪葉推動機構7，該輪葉推動機構7包括有推動電機71、螺杆76與螺母77，其中螺母77固定安裝在豎杆301上，螺杆76與螺母77螺紋連接，螺杆76裡端連接有從動傘齒輪75，在主軸4上還固定安裝有安裝支架78，推動電機71與螺杆76安裝於安裝支架78上，主軸7上套設有皮帶輪73，推動電機71通過皮帶72與皮帶輪73傳動連接，皮帶輪73下方一體連接有主動傘齒輪74，主動傘齒輪74與從動傘齒輪75嚙合，這樣通過推動電機71就能帶動螺杆76轉動，螺杆76轉動又帶動螺母77在螺杆上移動，這樣輪葉單元30就能左右移動了。
[0028]本實用新型總的工作原理如下:在晚上不用電的情況下，PLC控制器控制氣缸25的伸縮杆向下動作，使大齒輪27與空壓機22傳動連接，空壓機22壓縮氣體，單向閥24進氣(該單向閥24隻進氣不出氣)，使壓縮後的氣體存儲到儲氣塔I內，等到白天該儲氣塔I內的壓縮氣體就可以作為用氣企業寶貴的氣源；而在白天需要用電時，PLC控制器控制氣缸25的伸縮杆向上動作，切換大齒輪27與發電機20傳動連接，通過發電機20的發電，就可以為企業提供源源不斷的電能。由於儲氣塔I具有儲氣空間，因此從能量角度來說，它就相當於一種儲能設備，為用氣企業儲存壓縮後的氣體。在需要用氣時，就通過儲氣塔I上的氣源出口 10為用氣企業提供高貴的氣源；如圖6所示，當用戶沒有在使用氣源，致使儲氣塔I內的氣壓達到一定壓強時，通過設在儲氣塔I內的壓力傳感器11將信號傳送給與之電聯接的PLC控制器，PLC控制器再控制氣缸25動作，迫使大齒輪27切換到與發電機20傳動連接，從而使發電機20發電，為企業提供電能。
[0029]該雙用風力發電機除了用於發電與產氣外，還可以當作路燈，具體是在儲氣塔I上架設橫檔2，在橫檔2上安裝燈泡13，發電機20產生的電可以作為燈泡13的電源；另外，在遇到颱風或者強風等天氣，為了保障設備安全，此時需要停止該風力發電機的工作，為此，本實用新型在機箱2上架設有安裝板，在安裝板上安裝有制動機構6，如圖2所示，該制動機構6包括有上夾臂61與下夾臂62，上下夾臂61、62通過鉸接部62交叉，兩夾臂的一側用於夾住固定安裝於旋轉套5上的制動盤51，另一測的具有一把手64，用於手動施壓將制動盤51夾持住。
【權利要求】
1.一種雙用風力發電機，包括有風輪機構(3)、主軸(4)、機箱(2)以及安裝在機箱(2)內的發電機(20)，其特徵在於:所述機箱(2)安裝於儲氣塔(I)上，所述儲氣塔(I)上設有氣源出口( 10 )，所述機箱(2 )內安裝有空壓機(22 )，所述空壓機(22 )通過管道(23 )與儲氣塔(I)連通，所述管道(23)上安裝有單向閥(24)，所述空壓機(22)與發電機(20)之間安裝有傳動切換機構，所述傳動切換機構可切換風輪機構(3)與空壓機(22)傳動連接或與發電機(20)傳動連接，所述傳動切換機構的切換由PLC控制器控制。
2.根據權利要求1所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述主軸(4)穿過機箱(2)垂直固定安裝於儲氣塔(I)上，所述發電機(20 )與空壓機(22 )上下對應安裝於機箱(2 )內主軸(4 )的一側，所述發電機(20 )與空壓機(22 )對應的輸入軸上分別設有齒輪(21)，所述傳動切換機構包括有位於發電機(20)與空壓機(22)之間的大齒輪(27)以及控制大齒輪(27)上下動作的氣缸(25)，所述氣缸(25)安裝於機箱(2)內主軸(4)的另一側，所述氣缸(25)的伸縮杆與撥叉(26 )固定連接，所述大齒輪(27 )處在撥叉(26 )的夾口內，所述氣缸(25 )由PLC控制器控制，所述大齒輪(27 )套設於旋轉套(5 )外，所述旋轉套(5 )活動套於主軸(4)外，所述大齒輪(27 )通過花鍵(28 )與旋轉套(5 )傳動連接，所述旋轉套(5 )由風輪機構(3 )帶動轉動。
3.根據權利要求2所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述風輪機構(3)包括有兩個或者四個沿圓周均勻排列的輪葉單元(30)，所述輪葉單元(30)包括有若干個擋板(302)以及左右豎杆(301)，所述擋板(302 )橫向安裝於左右豎杆(301)之間，所述左右豎杆(301)安裝於上下橫杆(31、32)之間的外段，所述上橫杆(31)的裡端固定於軸承座(33)上，所述軸承座(33)設於主軸(4)上，所述下橫杆(32)的裡端與旋轉套(5)固定連接。
4.根據權利要求3所述的雙用風力發電機，其特徵在於:上下相鄰兩擋板(302)之間的間距相等，相鄰兩擋板(302)之間安裝有捕風板(303)，所述捕風板(303)的上側鉸接於左右豎杆(301)之間，交接點(306)位於鄰近的擋板(303)背風的一側，所述捕風板(303)的下側可靠在鄰近的擋板(302 )上，或者靠在同樣安裝於左右豎杆(301)之間的限位擋板(305 )上並使捕風板(303)保持豎直。
5.根據權利要求2或3所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述左右豎杆(301)可滑動地安裝於上下橫杆(31、32)上，所述主軸(4)上安裝有輪葉推動機構(7)，所述輪葉推動機構(7)包括有推動電機(71)、螺杆(76)與螺母(77)，所述螺母(77)固定安裝在豎杆(301)上，所述螺母(77 )與螺杆(76 )螺紋連接，所述螺杆(76 )裡端連接有從動傘齒輪(75 )，所述主軸(4 )上固定安裝有安裝支架(78 )，所述推動電機(71)與螺杆(76 )安裝於安裝支架(78 )上，所述主軸(4 )上套設有皮帶輪(73 )，所述推動電機(71)通過皮帶(72 )與皮帶輪(73 )傳動連接，所述皮帶輪(73 )下方一體連接有主動傘齒輪(74)，所述主動傘齒輪(74)與從動傘齒輪(75)傳動連接。
6.根據權利要求4所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述擋板(302)可以為「V」型、圓弧型或者直板型，所述限位擋板(305)也可以為「V」型、圓弧型或者直板型。
7.根據權利要求2或3所述的雙用風力發電機，其特徵在於:相鄰兩輪葉單元(30)的上橫杆(31)或者下橫杆(32)之間固定安裝有加強連杆(9)，所述輪葉單元(30)上下橫杆(31、32 )之間的最外端安裝有加強豎杆(8 )。
8.根據權利要求2或3所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述主軸(4)外還固定套設有吸風豎管(34)，所述吸風豎管(34)上下開口，所述吸風豎管(34)上部罩有旋轉罩(35),所述旋轉罩(35)頂部與上橫杆(31)固定連接，所述旋轉罩(35)罩壁上安裝有吸風管道(36)，所述吸風管道(36)的端部(37)彎曲，端部(37)處的出風口(38)朝向風輪機構(3)轉動的反方向。
9.根據權利要求2或3所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述機箱(2)上還安裝有制動機構(6)，所述制動機構(6)包括有上夾臂(61)與下夾臂(63)，所述上夾臂(61)與下夾臂(63 )通過鉸接部(62 )交叉，一側用於夾住固定安裝於旋轉套(5 )上的制動盤(51)，另一側的具有一把手(64)。
10.根據權利要求1、2或3所述的雙用風力發電機，其特徵在於:所述儲氣塔(I)內設有壓力傳感器(11)，所述壓力傳感器(11)與PLC控制器電聯接。
【文檔編號】F03D3/06GK204140282SQ201420625049
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】黃欣欣 申請人:黃欣欣