立軸可擴展微葉片框架式風力發電機的製作方法
2023-06-02 16:19:16
專利名稱：立軸可擴展微葉片框架式風力發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用風能的風力發電機，尤其是涉及大功率的立軸風力發電機。
背景技術：
目前，涉及到風能利用的風力發電機，主要是水平軸和立軸兩種。
水平軸風力機已發展到2MW以上容量，但是由於水平軸風力發電機的齒輪箱和發電機安裝在頂部，隨著容量增大，其製造難度越來越大，成本越來越高，並且維護、保養非常困難，因而風力發電成本不具有競爭性，無法大規模利用。
立軸式風力發電機，具有全方向性，不需要迎風裝置，其發電機、齒輪箱放在地面，易於保養，製造簡單，成本低，但現有的立軸式風力發電機由於是靠壓力差帶動風輪轉動發電，因而隨著容量增大，其承受的橫向推力也增大，使風輪不能平衡，限制了它向大容量化方向發展。
現有的水平軸和立軸風力發電機都是風輪安裝後就不能擴展，缺乏擴展能力。
現有的水平軸和立軸風力發電機的出力受風速制約不能調節或調節能力非常小，低風速時出力太小，高風速時出力超過發電機的額定容量，給發電機造成損害。另外，由於發電機的出力隨不斷變換的風速而不斷變換，使併網風力發電機對電網安全運行造成非常大的影響，從而限制了在電網中風力發電機的裝機數量。
現有的立軸風力發電機的的葉輪上由若干框架組合而成，框架又由網格、邊框組成，網格由多個橫條和縱條分隔而成的單元格組成，微葉片活動的固定在橫條上並可繞橫條在網格的一側旋轉。葉輪的微葉片由於網格的阻擋而貼在網格上，使大型葉輪成為不透風的牆從而受到壓力，在壓力的作用下旋轉風輪不停地旋轉。但微葉片活動的固定在橫條上被風吹起，其方向與地面水平平齊，微葉片同時受到向下的重力作用，在重力作用與風的作用下，向上的飄起的微葉片不能全部覆蓋整個網格，從而降低旋轉風輪的效率。當微葉片活動的固定在縱條上時，重力對微葉片旋轉不起作用，葉輪的微葉片在風的作用下向同一個方向轉動，從而能覆蓋整個網格，大大提高旋轉風輪的效率。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，該立軸可擴展微葉片框架式風力發電機克服了立軸式風力發電機由於壓力差造成的橫向推力，減輕了重力作用對覆蓋網格的負面影響。
本實用新型的技術方案為
一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，包括由若干框架組合成的葉輪，位於旋轉立軸下部的增速齒輪箱、調速器、同步發電機以及控制單元；葉輪圍繞旋轉立軸均勻布置，並通過固定在旋轉立軸下部的齒輪與增速齒輪箱相連，增速齒輪箱輸出端通過前聯軸與調速器輸入端相連，調速器輸出端通過後聯軸與發電機相連；框架由網格、邊框組成，網格由多個橫條和縱條分隔而成的單元格組成，微葉片活動的固定在縱條上並可繞縱條在網格的一側旋轉，單個微葉片面積大於單個單元格面積，網格可阻擋微葉片向網格的另一側旋轉。
本實用新型的另一目的同時還提供一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，該立軸可擴展微葉片框架式風力發電機解決了風力發電機的出力受風速制約不能調節或調節能力弱的問題。
本實用新型的另一技術方案為一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，包括由若干框架組合成的葉輪，位於旋轉立軸下部的增速齒輪箱、調速器、同步發電機以及控制單元；葉輪圍繞旋轉立軸均勻布置，並通過固定在旋轉立軸下部的齒輪與增速齒輪箱相連，增速齒輪箱輸出端通過前聯軸與調速器輸入端相連，調速器輸出端通過後聯軸與發電機相連；調速器具體選用調速型液力偶合器。
液力偶合器的輸入端通常接電機，液力偶合器的輸出端通常接負載；但風力發電機領域還沒有液力偶合器的應用，而本實用新型將調速型液力偶合器突破常規，反向連接取得良好的效果。風力發電需要解決的一個重要技術問題是風力發電機的電力輸出隨風速快速變化而變化，影響了現有電網的安全運行。本實用新型控制單元根據採集的風速信號，調整調速型液力偶合器的充液量，而調整調速型液力偶合器的充液量可以控制調整調速型液力偶合器輸出端的傳送功率，液力偶合器再驅動同步發電機使出力穩定，從而與現有電網的安全運行保持一致。
本實用新型的優點在於本實用新型風力發電機葉輪由若干框架組合成，能夠很方便的擴展葉輪，具有靈活的擴展能力。由於採用旋轉風輪、增速齒輪箱、齒輪、調速型液力偶合器、同步發電機依次安裝方式，通過調節調速型液力偶合器的充液量，使發電機在低風速時能取得大的出力，在高風速時減小發電機出力而保護髮電機，在風速不斷快速變化時能夠保持出力穩定從而降低對電網安全運行造成影響。由於增速齒輪箱或齒輪、調速型液力偶合器、同步發電機布置在地面上，因而安裝、保養方便且造價低，可以利用現有的成熟的設備發展大容量風力發電機並且造價低廉。
圖1是由2個框架組成旋轉風輪的整體風力發電機安裝示意圖。
圖2是沒有安裝微葉片的框架圖。
圖3是安裝了微葉片的框架圖。
圖4是表示微葉片安裝示意圖。
圖5是微葉片安裝完畢後的示意圖。
圖6表示由6個帶微葉片的框架組合而成的大型葉輪。
圖7和圖8表示由4個大型葉輪組成的旋轉風輪運行俯視圖。
具體實施方式
實施例1一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，包括由若干框架組合成的葉輪，位於旋轉立軸4下部的增速齒輪箱9、調速器11、發電機以及控制單元17；葉輪圍繞旋轉立軸4均勻布置，並通過固定在旋轉立軸4下部的齒輪8與增速齒輪箱9相連，增速齒輪箱9輸出端通過前聯軸10與調速器11輸入端相連，調速器11輸出端通過後聯軸12與發電機相連；框架由網格1、邊框2組成，網格1由多個橫條和縱條分隔而成的單元格組成，微葉片3活動的固定在縱條上並可繞縱條在網格1的一側旋轉，單個微葉片面積大於單個單元格面積，網格1可阻擋微葉片3向網格1的另一側旋轉。
防護罩5是旋轉風輪固定構架同時也是地面設備的防護罩，旋轉立軸4被上加固件6和下加固件7固定在防護罩5內。防護罩5罩在地面18上。
實施例2立軸可擴展微葉片框架式風力發電機；微葉片安裝在網格1的同一側，當所有微葉片3平鋪在網格1上時能夠覆蓋整個網格1。其餘同實施例1。
實施例3立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，圍繞旋轉立軸4均勻布置了2個或2個以上安裝了微葉片3的葉輪。其餘同實施例1。
實施例4立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，所有微葉片3都安裝在葉輪的網格1順時針一側或者都安裝在逆時針一側。其餘同實施例1。
實施例5立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，調速器11為調速型液力偶合器，控制單元17根據採集的風力信號，調整調速型液力偶合器的充液量。其餘同實施例6立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，可以根據風速的大小，通過手動或採用控制單元17控制調節調速型液力偶合器的充液量，從而控制調節調速型液力偶合器的輸出功率。使同步發電機在不同的風速下獲得最佳出力。其餘同實施例7立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，發電機為同步發電機13。其餘同實施例5。
實施例8立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，發電機為異步發電機，並增設逆變、整流裝置。其餘同實施例1。
本領域技術人員都知道相對而言，採用同步發電機13與調速型液力偶合器配合使用的投資組合要遠低於異步發電機與增設逆變、整流裝置的組合，後者的結構更複雜。後者的投資組合比前者高出40-70％。
實施例9圖4是表示微葉片3安裝示意圖，將圖4中微葉片3突出來的部分繞過網格縱條與虛線部分重合，然後將其活動固定好。
圖7和圖8所示由4個大型葉輪組成的旋轉風輪，假設風方向沿箭頭方向吹向旋轉風輪，當大型葉輪在旋轉立軸4左邊時，由於大型葉輪上的微葉片3在網格1的後面，被風吹成與風的方向平行，因而風從大型葉輪上的網格1中通過沒有受到阻力，大型葉輪成為透風的網沒有受到壓力。當大型葉輪在旋轉立軸4中間時，大型葉輪的微葉片3被風吹成與風的方向平行，大型葉輪沒有受到壓力。當大型葉輪在旋轉立軸4右邊時，大型葉輪的微葉片3由於網格1的阻擋而貼在網格1上，使大型葉輪成為不透風的牆從而受到壓力，在壓力的作用下旋轉風輪不停地旋轉。當微葉片3全部安裝在大型葉輪順時針一側時，旋轉風輪逆時針旋轉。當微葉片3全部安裝在大型葉輪逆時針一側時，旋轉風輪順時針旋轉。
如圖1所示，旋轉風輪旋轉時，固定在旋轉立軸4底部的齒輪8隨旋轉風輪轉動，通過增速齒輪箱9增速後經前聯軸10與調速型液力偶合器輸入端相連，當調速型液力偶合器輸入端的轉速高於同步發電機13轉速時，調速型液力偶合器充液後就可以將功率傳遞給同步發電機13從而發電。在低風速時，通過增加調速型液力偶合器充液量，可以使同步發電機13在低風速時能取得大的出力。在高風速時，通過減小調速型液力偶合器充液量，可以使同步發電機13在高風速時能保持出力不大於額定功率，從而保護同步發電機13。在風速不斷變化時，通過不斷調節調速型液力偶合器充液量，使同步發電機13能保持穩定的出力，因而可以減小併網同步發電機13對電網安全的影響。
如圖1所示控制單元17，旋轉風輪的轉速測量單元14將測量到轉速信號傳送給控制單元17，同步發電機13的運行轉速、電壓、電流信號變送單元16將測量到轉速信號傳送給控制單元17，控制單元17通過對輸入的信號比較分析，然後將控制信號傳送給調速型液力偶合器的調節器15。
其餘同實施例1。
實施例10採用輸出功率為6.8千瓦旋轉風輪、輸出功率為6.8千瓦增速齒輪箱9，出功率為6.8千瓦調速型液力偶合器、輸出功率為6千瓦的同步發電機13配置構成輸出功率為6千瓦風力發電機組。其餘同實施例1。
實施例11採用輸出功率為68千瓦旋轉風輪、輸出功率為68千瓦增速齒輪箱9、輸出功率為68千瓦調速型液力偶合器、輸出功率為60千瓦的同步發電機13配置構成輸出功率為60千瓦風力發電機組。其餘同實施例1。
實施例12採用輸出功率為680千瓦旋轉風輪、輸出功率為680千瓦增速齒輪箱9、輸出功率為680千瓦調速型液力偶合器、輸出功率為600千瓦的同步發電機13配置構成輸出功率為600千瓦風力發電機組。其餘同實施例1。
實施例13採用輸出功率為2200千瓦旋轉風輪、輸出功率為2200千瓦增速齒輪箱9、輸出功率為2200千瓦調速型液力偶合器、輸出功率為2000千瓦的同步發電機13配置構成輸出功率為2000千瓦風力發電機組。其餘同實施例1。
以上實施例中的標記為網格1，邊框2，微葉片3，旋轉立軸4，防護罩5，上加固件6，下加固件7，齒輪8，增速齒輪箱9，前聯軸10，調速器11，後聯軸12，同步發電機13，轉速測量單元14，調節器15，信號變送單元16，控制單元17，地面18。
權利要求1.一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，包括由若干框架組合成的葉輪，位於旋轉立軸(4)下部的增速齒輪箱(9)、調速器(11)、發電機以及控制單元(17)；葉輪圍繞旋轉立軸(4)均勻布置，並通過固定在旋轉立軸(4)下部的齒輪(8)與增速齒輪箱(9)相連，增速齒輪箱(9)輸出端通過前聯軸(10)與調速器(11)輸入端相連，調速器(11)輸出端通過後聯軸(12)與發電機相連，其特徵在於框架由網格(1)、邊框(2)組成，網格(1)由多個橫條和縱條分隔而成的單元格組成，微葉片(3)活動的固定在縱條上並可繞縱條在網格(1)的一側旋轉，單個微葉片面積大於單個單元格面積，網格(1)可阻擋微葉片(3)向網格(1)的另一側旋轉。
2.根據權利要求1所述的立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，其特徵在於微葉片安裝在網格(1)的同一側，當所有微葉片(3)平鋪在網格(1)上時能夠覆蓋整個網格(1)。
3.根據權利要求1所述的立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，其特徵在於圍繞旋轉立軸(4)均勻布置了2個或2個以上安裝了微葉片(3)的葉輪。
4.根據權利要求1所述的立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，其特徵在於所有微葉片(3)都安裝在葉輪的網格(1)順時針一側或者都安裝在逆時針一側。
5.根據權利要求1所述的立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，其特徵在於調速器(11)為調速型液力偶合器。
6.根據權利要求1所述的立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，其特徵在於發電機為同步發電機(13)。
專利摘要本實用新型涉及風力發電機領域，特別是一種立軸可擴展微葉片框架式風力發電機，包括由若干框架組合成的葉輪，位於旋轉立軸下部的增速齒輪箱、調速器、同步發電機以及控制單元；框架由網格、邊框組成，網格由多個橫條和縱條分隔而成的單元格組成，微葉片活動的固定在縱條上並可繞縱條在網格的一側旋轉，網格可阻擋微葉片向網格的另一側旋轉。本實用新型克服了立軸式風力發電機由於壓力差造成的橫向推力，減輕了重力作用對覆蓋網格的負面影響，能夠很方便的擴展葉輪，能夠保持出力穩定從而降低對電網安全運行造成影響。本實用新型還有安裝、保養方便、造價低廉的特點，可以利用現有的成熟的設備發展大容量風力發電機。
文檔編號F03D11/00GK2703138SQ200420020529
公開日2005年6月1日 申請日期2004年2月23日 優先權日2004年2月23日
發明者張繼華 申請人:張繼華