雙向對旋風輪風力發電機的製作方法

2023-06-10 07:46:26 1

專利名稱：：雙向對旋風輪風力發電機的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種離網型水平軸風力發電機，特別是涉及一種雙向對旋風輪風力發電機。二、
背景技術：
目前，公知的風力發電機種類繁多，其結構是由風輪機、發電機、風舵、支架等組成，其中定子大多採用固定式安裝，當風力發電機處在風場時由風輪機把風能轉換為旋轉力帶動發電機中轉子轉動，使定子線圈感應磁場切割磁力線而產生電流，電流的大小與風輪機的旋轉面積成比例，與風速的3次方成比例，因為現有技術的限制，實際得到的能量是風動能1030%左右，風動量轉換為電能的比例還是很低，這樣制約了風力發電的推廣和應用，要想提高風力發電機效率，只有增大風輪機的面積比例和風速，而風速是自然力量人們無法控制改變其大小，而發電機的轉速是可以改變，因此人們研製出雙風輪風力發電機其定子和轉子都能轉動，並且定子和轉子的轉向相反，提高發電機電樞繞組切割磁力線速度，增大發電機輸出功率，但是這種雙風輪風力發電機沒有調速裝置，風力太大或太小，都影響發電機的運行。三、
實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種設計合理、能夠促使且調整發電機水平轉動、風能利用率高的雙向對旋風輪風力發電機。本實用新型的技術方案是一種雙向對旋風輪風力發電機，含有風輪、發電機、尾舵和支架，所述發電機含有定子總成、轉子總成和外殼，所述轉子總成的轉動軸通過軸承與定子總成的殼體連接，該轉動軸的前端安裝有一個前風輪，所述定子總成前軸套的前端安裝一個後風輪，並且前、後風輪葉片的迎角相反，所述定子總成前軸套通過軸承與所述外殼前端連接，所述外殼的後端與一個支撐迴轉體的殼體連接，並且支撐迴轉體殼體內腔中的所述外殼側壁上設置有固定架，該固定架和定子總成後軸套之間設置有電樞電刷總成，所述定子總成的後軸套通過軸承與所述外殼的後端或所述支撐迴轉體殼體的內環臺階連接，所述支撐迴轉體的後端與尾舵連接，其下端與支架連接，所述支撐迴轉體的橫向軸線與支架的豎向軸線之間具有一定距離，使發電機的轉動軸線相對於支架偏心設置。所述定子總成的後軸套和所述定子總成的殼體為分體組合式結構，二者通過螺栓連接。或者，所述定子總成的後軸套通過螺栓固定在所述定子總成殼體的後端蓋上，所述定子總成的殼體和後端蓋螺栓連接，並且二者的接觸面之間設置有鋼絲穿條。所述支架上端的轉軸通過軸承與所述支撐迴轉體下部內腔連接，並且所述轉軸和所述支撐迴轉體之間設置有滑環電刷總成。所述支撐迴轉體的殼體上設置有電樞引線孔。所述尾舵含有連接盤、尾舵梁和兩個v型尾翼，其中，尾舵梁後端和兩個v型尾翼連接，其前端設置有一個立式軸套，該軸套和連接盤上設置的立軸相匹配，尾舵梁能夠繞立軸轉動。所述連接盤和軸套之間設置有限位機構，所述限位機構含有限位螺栓和螺母，其中限位螺栓前端和連接盤上設有的螺紋孔相匹配，其後端設置有一個圓錐臺體，該圓錐臺體和所述軸套上設置的圓錐孔相匹配，所述螺母調整限位螺栓進入螺紋孔的位置。所述軸套和立軸之間設置有軸承和密封環。所述前、後風輪釆用含碳纖維玻璃鋼材料的扭曲葉片，其葉片翼型選用美國經風洞試驗和實踐定型的翼型尺寸；所述轉子總成採用高效永磁體結構；所述前風輪前端安裝有整流罩。本實用新型的有益效果是1、本實用新型的前、後風輪均採用含碳纖維玻璃鋼材料的扭曲葉片，葉片翼型選用美國經風洞試驗和實踐定型的FX63-137翼型尺寸，其葉片的旋轉面積大，並且前、後風輪葉片的迎角相反，轉向相反，相對提高了風能利用率，實現弱風發電2、本實用新型的發電機採用高效永磁結構，前風輪驅動裝永磁體的轉子順時針轉動，風葉迎角相反的後風輪驅動電樞繞組的定子逆時針轉動，定、轉子相對轉動，提高了發電機電樞繞組切割磁力線速度，增大發電機輸出功率。3、本實用新型將前後風輪、發電機與支架上端轉軸偏心布置，當風速超過額定風速時，前後風輪、發電機能繞支架上端轉軸轉動，偏離風向一定角度，減小風輪迎風面積，以達到調速的目的；當風速超過停機風速時，前後風輪順槳，發電機與風向垂直，停機。支架上端轉軸和支撐迴轉體下端殼體支架安設置有軸承和滑環電刷總成，便於轉動和電流接通。4、本實用新型採用尾舵調向，尾舵由尾舵梁和兩個V型尾翼構成，尾舵梁另一端和尾舵連接盤鉸接，尾翼一直順著風向，帶動前、後風輪始終對準風向。另外，尾舵和連接盤之間設置有軸套和立柱，便於調整尾舵的方向，並且尾舵還設置有限位機構，保證和限定尾舵的方向。5、本實用新型適用範圍廣，既適用於強風發電，又適用於弱風發電。四、圖1為雙向對旋風輪風力發電機的結構示意圖；圖2為圖1所示雙向對旋風輪風力發電機的局部放大圖；圖3為圖2所示發電機的結構示意圖；圖4為圖2所示固定迴轉體的結構示意圖；圖5為圖4中A-A剖切圖；圖6為圖4中B-B剖視圖；圖7為圖1所示尾舵的結構示意圖；圖8為圖1所示前、後風輪葉片弦長的計算簡圖；圖9為圖1所示前風輪葉片實際安裝角計算簡圖；圖10為圖1所示前風輪FX63-137翼型尺寸坐標簡圖；圖11為圖1所示後風輪葉片實際安裝角計算簡圖；圖12為圖1所示後風輪FX63-137翼型尺寸坐標簡圖。五具體實施方式實施例一參見圖1圖12，圖中，l-整流罩，2-前風輪，3-後風輪，4-發電機，5-支撐迴轉體，6-尾舵，7-支架，8-前端蓋，9-外殼，10-連接盤，11-定子總成，12-轉子總成，13-定子總成的前軸套，14-後端蓋，15-固定架，17-定子總成的後軸套，18-滑環電刷總成，19-定位螺釘，20-壓板，21-電樞引線孔，22-限位螺栓，23-螺母，24-立柱，25-密封圈，26-軸套，27-尾翼。雙向對旋風輪風力發電機的轉子總成12的轉動軸通過軸承與定子總成11的殼體連接，該轉動軸的前端安裝有一個前風輪2，前風輪2的前端中間安裝一個整流罩1，定子總成11的前軸套13的前端安裝一個後風輪3，並且前風輪2和後風輪3的葉片的迎角相反，定子總成11的前軸套13通過軸承與發電機4的前端蓋8連接，前端蓋和外殼9通過螺栓連接，外殼9的後端與一個支撐迴轉體5的殼體前端螺栓連接，並且支撐迴轉體5殼體內腔中的外殼9的側壁上設置有固定架15,該固定架15和定子總成11的後軸套17之間設置有電樞電刷總成16，定子總成11的後軸套17通過螺栓固定在定子總成11殼體的後端蓋14上，定子總成11的殼體和後端蓋14螺栓連接，並且二者的接觸面之間設置有鋼絲穿條。定子總成11的後軸套17通過軸承與支撐迴轉體5殼體的內環臺階連接，支撐迴轉體5的後端與尾舵6連接，其下端與支架7連接，支撐迴轉體5的橫向軸線與支架7的豎向軸線之間具有一定距離，使發電機4的轉動軸線相對於支架偏心設置。本實施例中，支架7上端的轉軸通過軸承與支撐迴轉體5下部內腔連接，並且該轉軸和支撐迴轉體5之間設置有滑環電刷總成18，並且該轉軸上端和支撐迴轉體5之間設置有定位螺釘19，其下端和支撐迴轉體5之間設置有密封墊和壓板20，支撐迴轉體5的殼體上設置有電樞引線孔21，便於電源線引出。尾舵6含有連接盤10、尾舵梁和兩個V型尾翼27，其中，尾舵梁後端和兩個V型尾翼27連接，其前端設置有一個立式軸套26，該軸套26和連接盤10上設置的立軸24相匹配，尾舵梁能夠繞立軸24轉動，立軸24採用螺栓形式。連接盤10和軸套26之間設置有限位機構，限位機構含有限位螺栓22和螺母23，其中限位螺栓22前端和連接盤10上設有的螺紋孔相匹配，其後端設置有一個圓錐臺體，該圓錐臺體和軸套26上設置的圓錐孔相匹配，螺母23調整限位螺栓22進入螺紋孔的位置。軸套26和立軸24之間設置有軸承和密封環25。前風輪2和後風輪3採用含碳纖維玻璃鋼材料的扭曲葉片，其葉片翼型選用美國經風洞試驗和實踐定型的FX63-137翼型尺寸；轉子總成12採用高效永磁體結構。本實施例中前、後風輪的具體尺寸(以1.5KW為例)為一.風輪(一).風輪葉片掃掠面積S及風輪直徑d的確定A.前風輪1.風輪葉片掃掠面積S的確定風力機的有效功率Ne(W)=KCaCiSv3n，故風輪掃掠面積S為S=Ne/KCaCiv3ri=800/0.6127x0.832x1.040xl03x0.35=4.31M2式中Nr風力機的有效功率，W。取1500K——單位換算係數，按表4-3-1選取。瓦特一平方米一米/秒取0.6127;何力主編《最新風電工程技術手冊》。以下同CaCi一空氣高度密度換算係數，空氣溼度密度換算係數，按表4-3-1根據風力機使用地理、自然條件選取。海拔高度1524米Ca——0.832Ci——1.040v——按風力發電機使用地方風速給定m/s。取風速為10m/sri——按表4-3-3選取，參見圖4-2-6、圖4-2-7。取0.352.風輪直徑的確定d=2VS/ji=2V4.31/3.14=2mB.後風輪1.風輪葉片掃掠面積S的確定風力機的有效功率Ne(W)=KCaCiSv3ri，故風輪掃掠面積S為S=Ne/KCaCiv3n=1000/0.6127x0.832x1.040xl03x0.35=5.39M2式中Nr風力機的有效功率，W。取1500K——單位換算係數，按表4-3-1選取。瓦特—平方米—米/秒取0.6127;何力主編《最新風電工程技術手冊》。以下同CaCi一空氣高度密度換算係數，空氣溼度密度換算係數，按表4-3-1根據風力機使用地理、自然條件選取。海拔高度1524米Ca——0.832Q——1.040v——按風力發電機使用地方風速給定m/s。取風速為10m/sn——按表4-3-3選取，參見圖4-2-6、圖4-2-7。取0.352.風輪直徑的確定d=2VS/n=2V5.39/3.11=4.48m=2.6m3.確定風力機葉片數取11=34.確定單個葉片面積Sytt=K'S/k=0.2X4.31+3=0.29M2Sy後二K'S/k=0.2X5.39+3=0.36M2式中K'——密實比，取0.2;S——葉片掃掠面積；K——風輪葉片數。(二)風輪轉速前風輪轉速取400r/min後風輪轉速取350r/min(三)葉片剖面翼型採用美國經風洞實驗及實踐定型的FX63-137翼型，1.前風輪翼型圖，見圖IO，其尺寸坐標參見下表-前風新X63-137翼型尺寸坐標tableseeoriginaldocumentpage92.後風輪翼型圖，見圖12，其尺寸坐標參見下表:imageseeoriginaldocumentpage101.葉片從轉動中心至葉尖不同位置的尖速比入6=2JiRn/60v=2X3.14X1X400/60X8=5.23入5=入6r/R=5.23X0.825/1=4.32入4=入6r/R=5.23X0.65/1=3.4X產入6r/R=5.23X0.475/1=2.48入2=入6r/R=5.23X0.3/1=1.57入j=入6r/R=5.23X0.125/1=0.652.葉片從轉動中心至葉尖不同半徑處的剖面翼型弦長Li，見圖8L,二riCc/CLk-0.125X2.6/UX3-0.095mL2=riCc/CLk=03X1.15/1.1X3=0.105mL3=riCc/CLk=0.475X0.65/1.1X3=0.094mL4=riCc/CLk=0.65X0.35/1.1X3=O細mL5=riCc/CLk=0.825X0.22/1.1X3=0.055mU-riCVCLk-lXO.18/1.1X3=0.054m3.葉片的實際安裝角6i，見圖9由《最新風電工程技術手冊》中圖3-9尖速比入與葉片相對迎風角4>的關係曲線査出葉片從轉動中心至葉尖不同位置的尖速比的相對迎風角4);入6=5.23<b6=6.5°;06=;—am=4°—10。=-6°入5=4.324>5=8°;e5=4>i—am=5。一10°=-5°入3=2.483=14°入2=1.57d>2=23°入i二0.65^=40°e4=4>i—am=6.5—10°=-3.5°03=(J>i—am=9°—10。=國1。02二4)i一am-16。一10。=6°0!二4)i一am^40。一10°=30。式中9i——葉片從轉動中心至葉尖不同位置的半徑fi所對應的葉片實際安裝角(°)，4>iTi所對應的葉片相對迎風角(°)，am——葉片的平均迎角(°)，am=a0+CL/KL(l+3/Rz)=-8+1.75/0.079〔1+3/12.7)=10°式中aQ—一升力係數為零時的葉片迎角(°)通常為負值。翼型FX63-137a0=—8°。Rz——展弦比。Rz=R2/Sy=R2/RLm=R/Lm=1/(0.095+0.105+0.094+0.069+0.055+0.054)+6=12.7CL—一升力係數；KL——升力曲線平均斜率KL=(CL(——CL(0))/(aL(max)—a0)=(1.75-0)/(14+8)=0.079——升力曲線最大值；CLW——零升力；aL(max)一一當升力曲線最大值CL扭股)所對應的最大迎角(°)。FX63-137翼型CL(max)=1.75、CL(max)=14°B.後風輪1.葉片從轉動中心至葉尖不同位置的尖速比入6=2JtRn/60v=2X3.14X1.3X350/60X10=4.76入5=入6r/R=4.76X1.065/1.3=3.9入4=入6r/R=4.76X0.83/1.3=3.04入3=入6r/R=4.76X0.595/1.3=2.18X2=入6r/R=4.76X0.36/1.3=1.32入j=入6r/R=4.76X0.125/1.3=0.462.葉片從轉動中心至葉尖不同半徑處的剖面翼型弦長Li=riCc/CLk=0.125X2.6/1.1X3=0.095mL2=riCc/CLk=0.36X1.4/1.lX3=0.153mL3=riCc/CLk=0.595X0.75/1.1X3=0.135mL4=riCc/CLk=0.83X0.45/1.1X3=0.113mL5=riCc/CLk=1.065X0.25/1.1X3=0.08lmL6=riCc/CLk=1.3X0.2/1.1X3=0.079m3.葉片的實際安裝角e;，見圖ll,由《最新風電工程技術手冊》中圖3-9尖速比A與葉片相對迎風角4)的關係曲線査出葉片從轉動中心至葉尖不同位置的尖速比的相對迎風角4^X6=4.764>6=7。；96=「am=7°—11.5°=-4.5°入5=3.95=8。；e5=4>i—am=8—11.5°=-3.5°formulaseeoriginaldocumentpage3式中e1-葉片從轉動中心至葉尖不同位置的半徑ri所對應的葉片實際安裝角(°)，^Ti所對應的葉片相對迎風角(°)，am——葉片的平均迎角，(°)am=a0+CL/KL(l+3/Rz)=-8+1.75/0.079〔1+3/22.3〕=11.5°式中aQ—一升力係數為零時的葉片迎角(°)通常為負值。翼型FX63-137^=—8°。Rz——展弦比。Rz=R2/Sy=R2/RLm=R/Lm=1.3/〔0.095+0.153+0.135+0.113+0.081+0.079)+6=22.3CL——升力係數；KL——升力曲線平均斜率KL=(Cl(證)—CL())/(aL(max)—ao)=(1.75-0)/(14+8)=0.079CL(max)——升力曲線最大值；CL(o)——零升力；aw)——當升力曲線最大值cl(皿)所對應的最大迎角，(°)。FX63-137翼型CL(max)=1.75、Cl(隱屍14。二.發電機前風輪2帶動的轉子總成12的轉動軸由GB27&946205、GB276-946203軸承支撐，為強化磁場，加厚了釹鐵硼材質的永磁體，永磁體輪轂材質選ZL101鑄鋁，轉子總成12的轉動軸和定子總成11的殼體選1Crl8Ni9Ti不鏽鋼。後風輪3帶動的定子總成11、電機繞組和定子總成11的殼體採用(H33H8/h7配合，分別在定子鐵心、定子殼體加工4°R1.5X40斜槽，用4)3X40茵鍵固定。定定子總成11由GB276-946208、GB276-946203軸承支撐在外殼8和支撐迴轉體內腔，外殼9和支撐迴轉體5螺栓聯結。支撐迴轉體5鉸接軸和支架7固定聯結，以保證整機隨風向偏轉。發電機電刷採用壓蓋壓簧結構，體積小，接觸良好。三尾舵尾舵6由尾舵梁和固定在尾舵梁上的兩個V型尾翼27構成，重量輕，平衡性好。尾舵梁另一端通過尾舵聯接盤10和支撐迴轉體5聯接。尾翼6—直順著風向，帶動風輪始終對準風向。使用時，前風輪2驅動裝永磁體的轉子總成12順時針轉動，風葉迎角相反的後風輪3驅動定子總成11逆時針轉動，定、轉子相對轉動，提高了發電機電樞繞組切割磁力線速度，增大發電機輸出功率；前後風輪、發電機4與支架7上端轉軸偏心布置，當風速超過額定風速時，前後風輪、發電機4能繞支架7上端轉軸轉動，偏離風向一定角度，減小風輪迎風面積，以達到調速的目的；當風速超過停機風速時，前後風輪順槳，發電機4與風向垂直，停機；支架7上端轉軸和支撐迴轉體5下端殼體支架安設置有軸承和滑環電刷總成，便於轉動和電流接通。實施例二本實施例與實施例一基本相同，相同之處不重述，不同之處在於定子總成的後軸套通過軸承與發電機外殼的後端連接，支撐迴轉體不設置內環臺階。實施例三本實施例與實施例一或實施例二基本相同，相同之處不重述，不同之處在於定子總成的後軸套和定子總成的殼體為一體式結構。改變轉子總成、定子總成、外殼之間的具體連接方式，以及改變支撐迴轉體和尾舵的具體結構能夠組成多個實施例，均為本實用新型的常見變化範圍，在此不一一詳述。權利要求1.一種雙向對旋風輪風力發電機，含有風輪、發電機、尾舵和支架，其特徵是所述發電機含有定子總成、轉子總成和外殼，所述轉子總成的轉動軸通過軸承與定子總成的殼體連接，該轉動軸的前端安裝有一個前風輪，所述定子總成前軸套的前端安裝一個後風輪，並且前、後風輪葉片的迎角相反，所述定子總成前軸套通過軸承與所述外殼前端連接，所述外殼的後端與一個支撐迴轉體的殼體連接，並且支撐迴轉體殼體內腔中的所述外殼側壁上設置有固定架，該固定架和定子總成後軸套之間設置有電樞電刷總成，所述定子總成的後軸套通過軸承與所述外殼的後端或所述支撐迴轉體殼體的內環臺階連接，所述支撐迴轉體的後端與尾舵連接，其下端與支架連接，所述支撐迴轉體的橫向軸線與支架的豎向軸線之間具有一定距離，使發電機的轉動軸線相對於支架偏心設置。2、根據權利要求1所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述定子總成的後軸套和所述定子總成的殼體為分體組合式結構，二者通過螺栓連接。3、根據權利要求2所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述定子總成的後軸套通過螺栓固定在所述定子總成殼體的後端蓋上，所述定子總成的殼體和後端蓋螺栓連接，並且二者的接觸面之間設置有鋼絲穿條。4、根據權利要求1所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述支架上端的轉軸通過軸承與所述支撐迴轉體下部內腔連接，並且所述轉軸和所述支撐迴轉體之間設置有滑環電刷總成。5、根據權利要求1所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述支撐迴轉體的殼體上設置有電樞引線孔。6、根據權利要求1所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述尾舵含有連接盤、尾舵梁和兩個V型尾翼，其中，尾舵梁後端和兩個V型尾翼連接，其前端設置有一個立式軸套，該軸套和連接盤上設置的立軸相匹配，尾舵梁能夠繞立軸轉動。7、根據權利要求6所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述連接盤和軸套之間設置有限位機構，所述限位機構含有限位蠊栓和繊母，其中限位螺栓前端和連接盤上設有的螺紋孔相匹配，其後端設置有一個圓錐臺體，該圓錐臺體和所述軸套上設置的圓錐孔相匹配，所述螺母調整限位螺栓進入螺紋孔的位置。8、根據權利要求6或7所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述軸套和立軸之間設置有軸承和密封環。9、根據權利要求l所述的雙向對旋風輪風力發電機，其特徵是所述前、後風輪採用含碳纖維玻璃鋼材料的扭曲葉片；所述轉子總成採用永磁體結構；所述前風輪前端安裝有整流罩。專利摘要本實用新型公開了一種雙向對旋風輪風力發電機，其發電機含有定子總成、轉子總成和外殼，轉子總成通過軸承與定子總成的殼體連接，轉子總成和定子總成的前端分別安裝一個風輪，兩個風輪葉片的迎角相反，所述定子總成前軸套與外殼前端轉動連接，所述外殼的後端與一個支撐迴轉體的殼體連接，支撐迴轉體殼體內腔中的所述外殼側壁上設置有固定架，該固定架和定子總成後軸套之間設置有電樞電刷總成，所述定子總成的後軸套與支撐迴轉體殼體的內環臺階轉動連接，該支撐迴轉體的後端與尾舵連接，其下端與支架連接，所述支撐迴轉體使發電機的轉動軸線相對於支架偏心設置。本實用新型設計合理、能夠促使且調整發電機水平轉動、風能利用率高。文檔編號F03D1/06GK201100217SQ20072009055公開日2008年8月13日申請日期2007年6月4日優先權日2007年6月4日發明者李張印,李日東,王子恆申請人:王子恆;李日東;李張印