全葉尖風力發電機的製作方法

2023-06-03 20:51:11

專利名稱：全葉尖風力發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電裝置，特別是一種葉片全部設置於三角珩架式支撐架支撐的外輪緣上的全葉尖風力發電機，適用於多種風力發電場所。
背景技術：
目前，廣泛應用的以風能為動力的大型水平軸風力發電裝置，大多採用傳統輪轂上設置三個葉片的結構。這樣的風電裝置葉片少，對葉輪整體而言，風的受力就小，尤其是佔葉片總體長度四分之一左右的根部，為了強度保障，採用筒形結構，氣動性能為零；佔葉片長度四分之二的是中部，因其所處位置，對於相同的單位面積而言，所產生的扭矩不如葉片尖部；而只佔葉片總長度四分之一左右的尖部，為了穩定，防禦變形過度，葉片尖部較窄，所以氣動性能較弱。這種傳統葉片的空氣動力性能即差，又笨重，葉輪中間阻風面積大，對於材質要求高，並且效率低、製造成本高，大型葉片吊裝運輸也制約了風電裝置大型化的發展。機座設置於幾十米高的單一塔筒之上，承重範圍因單機容量大小不同，從幾十噸至二百餘噸不等，如此的重量及高度又是單一塔筒所支撐，故存在著重心不穩定因素，單一結構塔筒又受到吊機、吊裝高度極限制約，難以獲取更高處的風能，以及電機驅動的偏航、變槳系統結構複雜，變速箱調速範圍窄等影響所造成的發電機低效，因此，對上述風力發電裝置的改進，成為本領域技術人員普遍研究的對象。本發明人曾根據現有大型風力發電機存在的機械強度差、實施難度大、實用性差等問題，公開了公告號為CN100467862C的「抗強風風力發電機」，以便解決超大型葉片抗破壞性強風能力較差的缺陷。同時也對公開號為US005765990A的「用於產生電能的風輪」、公開號為DE20213062U1的「包含可組合裝置的能源獲取風力設備」等存在的葉片不適應大型風力發電機的問題，設計出專利號為CN101603509A的「加強型風力發電機」，該機設有轉盤式平臺和組裝其上的葉輪組，聚風罩，葉輪組中心軸兩端利用軸承、軸承座組裝在轉盤式平臺上所設置的中心軸支架上，主葉片根部固定中心軸上的葉片連接套上。葉尖固定在葉輪組的輪緣上，葉片中部固定於葉輪中間所設傳動支撐圈上，副葉片設置傳動支撐圈與輪緣之間。傳動支撐圈與發電機輪直接嚙合，中心軸兩端分別固定斜拉索固定盤，斜拉索的一端與斜拉索固定盤連接，另一端穿過傳動支撐圈與輪緣固定在一起，葉片中間另設有葉片斜拉索與斜拉索固定盤連接在一起。該風力發電機雖然利用斜拉索為大型葉輪製造提供了安全技術保障，從根本上解決了現有大型風力發電機存在的上述問題，但因其轉盤式平臺沒有設計偏航驅動裝置，葉片連接方式及變漿、剎車等功能還需完善，故還存在以下缺陷:其一是發電機所處位置高、穩定性差，實施難度大；其二是主、副葉片分別保留了葉片根部及葉片中部，尤其是副葉片設置在傳動支撐圈與輪緣之間實施難度大、機械強度難以保障。究其原因主要是由於採用的是單體結構的輪緣，只有一個支撐點，所以無法將葉片設置在輪緣上。綜上所述，現有大型風力發電機的葉片普遍存在設置不合理，葉片效率低，實施難度大，機械強度難以保障等問題，另外，根據理論計算，相同單位面積的葉片尖部對於葉輪所產生的扭力，遠大於葉片中部及根部，因此，現有葉片的結構不適合高效風力發電機的風載要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種全葉尖風力發電機，從根本上解決了現有風力發電機存在的葉片效率低，機械強度差、實施難度大等問題，其輪體設計合理，葉片結構簡單，具有完備的液壓偏航、變槳功能，全葉尖受力均勻，便於安裝、調整，使用安全可靠，延長了整機使用壽命。本發明所採用的技術方案是:該全葉尖風力發電機包括固定在塔筒上的偏航平臺，組裝在偏航平臺上的有由機架、軸承座、空心轉軸和斜拉索支撐的水平軸葉輪組，發電機及液壓管路，其技術要點是:所述水平軸葉輪組包括利用三角珩架連接兩個外輪緣和一個內輪緣構成的輪體，通過葉片變槳裝置組裝在輪體外輪緣上的葉片，以及固定在輪體外周凸出葉片高度的傳動剎車一體圈；輪體的內輪緣與空心轉軸上的牽引法蘭之間利用斜拉索支撐連接在一起，葉片變槳裝置組裝在輪體外輪緣上，葉片變槳裝置上的葉片底端採用鉸鏈或鉸接軸構成葉片鉸接端，葉片上端作為活動支撐端與液壓缸的活塞杆端鉸接在一起，並通過活塞杆的伸縮完成葉片的變槳；空心轉軸的兩側設置主剎車盤，分別固定在軸承座或機架上的主剎車鉗夾持在主剎車盤的兩側；偏航平臺的上、下臺盤之間設有偏航軸承、限位架及使上臺盤繞下臺盤中心轉動的液壓馬達驅動的傳動裝置；偏航軸承包括固定在上臺盤底部的帶有內齒圈的軸承上圈，固定在下臺盤上部的軸承下圈，在軸承上、下圈溝道內設置有滾動輪，滾動輪軸的兩端通過軸承組裝在軸承上圈所延伸出的支撐架上。所述偏航平臺至少由三根塔筒支撐。所述液壓管路中液壓油管的輸出管通過固定在軸承座外殼上的液壓旋轉接頭插入空心轉軸，從空心轉軸的油管通孔導出至輪體上，液壓油管的回油管從空心轉軸的油管通孔導入，通過固定在軸承座外殼上的液壓旋轉接頭導出空心轉軸，連接回油箱。所述液壓管路的液壓油管，輸出管通過固定在軸承座外殼上的液壓旋轉接頭插入空心轉軸，從空心轉軸的油管通孔導出至輪體上，輪體上的回油管從空心轉軸的油管通孔導入，通過固定在軸承座外殼上的液壓旋轉接頭導出空心轉軸，連接回油箱。所述傳動剎車一體圈的兩側設置有固定在偏航平臺上的副剎車鉗。所述傳動剎車一體圈的外周與固定在偏航平臺上的傳動輪式發電機的傳動輪緊密接觸。所述傳動剎車一體圈的外周通過隔磁絕緣墊片固定有永磁體作為發電機轉子，與固定在偏航平臺上的機座內作為定子的繞線組構成永磁直驅發電機。本發明具有的優點及積極效果是:全葉尖風力發電機顧名思意就是放棄傳統輪體氣動性為零的葉片根部以及氣動性較差的葉片中部，全部採用高效率的葉片尖部，其輪體空心轉軸兩端的牽引法蘭與三角珩架內輪緣之間所設斜拉索支撐，取代了傳統輪體葉根及葉中的支撐作用，葉片全部設置於三角珩架外輪緣上。因多條斜拉索橫截面之和還不及現有傳統輪體葉根的二分之一，故其輪體設計合理，葉片結構簡單。全葉尖受力均勻，既減少了輪體阻風面，又增加了風載高效的葉尖面積，使用安全可靠、也延長了整機使用壽命。它從根本上解決了現有風力發電機葉片粗大笨重、效率低下、機械強度差、結構複雜等問題。從古至今人們均採用傳統輪體結構，來確保其強度。由於本發明輪體葉片的數量及單位面積大幅增加，所以與現有技術比，儘管葉輪直徑相同，但扭矩可以成倍增加。由於三角珩架外輪緣上所設的葉片變槳裝置的液壓缸伸縮即可完成變槳的目的，因此，具有完備的液壓偏航、變槳功能，且操作簡單快捷。傳動剎車一體圈直接驅動傳動輪式發電機或驅動永磁直驅發電機，無需變速箱，調速範圍寬並可做為副盤剎車盤。剎車時，設置在偏航平臺上的副剎車鉗夾緊傳動剎車一體圈兩側，即能實現剎車的目的。
以下結合附圖對本發明作進一步描述。

圖1是本發明的一種具體結構示意 圖2是圖1沿A-A線的局部放大剖視 圖3是本發明的一種永磁直驅發電的具體結構示意圖。
圖中序號說明:1塔筒、2偏航軸承、3偏航平臺、4傳動輪式發電機、5傳動剎車一體圈、6葉片、7機架、8空心轉軸、9軸承座、10內輪緣、11外輪緣、12葉片變槳裝置、13斜拉索、14牽引法蘭、15主剎車鉗、16主剎車盤、17液壓油管、18液壓旋轉接頭、19油管通孔、20三角珩架、21液壓馬達、22限位架、23葉片鉸接端、24葉片活動支撐端、25導向滑道、26隔磁絕緣墊片、27永磁體、28繞線組、29機座、30葉片支撐架。
具體實施例方式根據圖1 3詳細說明本發明的具體結構。該全葉尖風力發電機包括固定在塔筒I上的偏航平臺3，組裝在偏航平臺3上的有由機架7、軸承座9、空心轉軸8和斜拉索13支撐的水平軸葉輪組，組裝在偏航平臺3上的發電機及液壓管路等部件。其中偏航平臺3至少由三根塔筒I支撐。具體實施方法是:將每根塔筒I的第一節套入偏航平臺3的預留孔，並與地面或水平面基礎固定。在塔筒I的內壁設置吊機(圖中未示出)互助升高後，再吊裝機架7和組裝水平軸葉輪組。藉助多個塔筒I的支撐，通過提升與頂升相結合將偏航平臺3及以上的裝置升至塔筒I的頂端固定，只需小型吊車，即可突破大型吊機吊裝高度極限的制約。偏航平臺3的上、下兩臺盤之間設有偏航軸承2、限位架22及使上臺盤繞下臺盤中心轉動的液壓馬達21驅動的傳動裝置。偏航軸承2包括固定在上臺盤底部的帶有內齒圈的軸承上圈，固定在下臺盤上部的軸承下圈，在軸承上、下圈溝道內設置有滾動輪，滾動輪軸的兩端通過軸承(圖中未示出)組裝在軸承上圈所延伸出的支撐架上。液壓馬達21驅動的傳動裝置是由偏航軸承2的內齒圈與液壓馬達21驅動的齒輪相哨合構成的。組裝在偏航平臺3上的水平軸葉輪組包括利用三角衝架20連接兩個外輪緣11和一個內輪緣10構成的珩架式結構的輪體，通過葉片變槳裝置12組裝在輪體外輪緣11上的葉片6，以及固定在輪體外周凸出葉片6高度的支撐架頂端的傳動剎車一體圈5等件。輪體的空心轉軸8利用兩端的軸承組裝在軸承座9上，沿空心轉軸8的兩端分別對稱固定有主剎車盤16和牽引法蘭14。利用斜拉索13將輪體的內輪緣10與空心轉軸8上的牽引法蘭14支撐連接在一起。斜拉索13可按自行車輻條或摩天輪斜拉索的編排方式，一端固定連接在牽引法蘭14上，另一端固定連接在輪體的內輪緣10上。實際安裝時，可將相對應部位的斜拉索13穿插固定，即斜拉索13穿越所斜拉位置的牽引法蘭14的孔，連至對應端牽引法蘭14的孔內固定，其目的是為了平衡斜拉索13固定端對空心轉軸8產生的軸向力。在輪體兩個平行的外輪緣11上均勻組裝多個葉片變槳裝置12。各葉片變槳裝置12包括固定在外輪緣11上的連接座(形狀可按變槳要求設置)、葉片鉸接端23、葉片活動支撐端24、導向滑道25和葉片支撐架30等件。葉片支撐架30可根據需要設置在連接座上。葉片變槳裝置12上的葉片6底端可以採用鉸鏈或鉸接軸(圖中未示出)構成葉片鉸接端23，葉片6上端作為活動支撐端24與液壓缸(圖中未示出)的活塞杆端鉸接在一起，並通過活塞杆的伸縮完成葉片6的變槳；空心轉軸8的兩側設置主剎車盤16，分別固定在軸承座9或機架7上的主剎車鉗15夾持在主剎車盤16的兩側。剎車時，主剎車鉗15夾緊主剎車盤16的兩側，實現剎車的目的。根據葉片變槳裝置12的葉片鉸接端23、葉片活動支撐端24的設置，葉片6連接與變槳可有二種實施方案，本實施例中以下二方案均指面對葉輪順時針旋轉而言。方案一:葉片鉸接端23採用鉸鏈或鉸接軸固定在葉片6的底端，葉片上端為活動支撐端24，液壓缸的活塞杆端鉸接在葉片活動支撐端24，並通過活塞杆的伸縮帶動葉片6繞葉片鉸接端23翻轉一定角度，完成葉片6的變槳。方案二:葉片鉸接端23採用鉸鏈或鉸接軸固定在葉片6的左端，葉片右端為活動支撐端24設直液壓缸，液壓缸的活塞杆端絞接在葉片活動端24,並通過活塞杆的伸縮，使葉片活動支撐端24沿導向滑道25移動的同時，帶動葉片6繞葉片鉸接端23轉動，完成葉片6的變槳。本發明的發電機可米用二種實施方案，方案一:如圖1所不，傳動剎車一體圈5的外周與固定在偏航平臺3上的多臺傳動輪式發電機4的傳動輪緊密接觸。傳動剎車一體圈5將動力傳送給傳動輪式發電機，以達到發電的目的。方案二:如圖3所示，傳動剎車一體圈5的外周通過隔磁絕緣墊片26固定有永磁體27作為發電機轉子，與固定在偏航平臺3上的機座29內作為定子的繞線組28構成永磁直驅發電機。傳動剎車一體圈5將動力傳送給永磁直驅發電機，以達到發電的目的。組裝在永磁直驅發電機的機座29內的定子繞線組28、轉子永磁體27和葉片6的基本技術參數及其採用的規格和數量，應參照現有發電機的規格要求和根據實際使用需要確定。本實施例中定子的繞線組28及機座29為開放式結構，長度不超出偏航平臺3，與外輪緣11上所設永磁體27旋轉弧度一致、設置高度一致，繞線組28上設有防護膜。當傳動剎車一體圈5作為副剎車盤時，傳動剎車一體圈5的兩側設置有固定在偏航平臺上的副剎車鉗(圖中未示出)。剎車時，副剎車鉗夾緊作為副剎車盤的傳動剎車一體圈5的兩側，實現剎車的目的。液壓管路固定在機架7及軸承座9外殼上。液壓管路中液壓油管17的輸出管及回油管(圖中未示出)與原動機、液壓泵、油箱(圖中未示出)連通。液壓油管17輸出管通過液壓旋轉接頭18插入空心轉軸8，從空心轉軸8的油管通孔19導出至輪體上，直接連接葉片變槳裝置12的液壓缸。液壓油管的回油管從空心轉軸8的油管通孔19導入，通過固定在軸承座9外殼上的液壓旋轉接頭18導出空心轉軸8，連接回油箱。液壓馬達21的液壓管路與原動機、液壓泵、油箱(圖中未示出)直接連通。構成輪體珩架式結構的兩個外輪緣11和一個內輪緣10、偏航軸承2及偏航平臺3等大型部件均可分段製造，以便於分段運輸，現場組合安裝、調整。
權利要求
1.一種全葉尖風力發電機，包括固定在塔筒上的偏航平臺，組裝在偏航平臺上的由機架、軸承座、空心轉軸和斜拉索支撐的水平軸葉輪組，發電機及液壓管路，其特徵在於:所述水平軸葉輪組包括利用三角珩架連接兩個外輪緣和一個內輪緣構成的輪體，通過葉片變槳裝置組裝在輪體外輪緣上的葉片，以及固定在輪體外周凸出葉片高度的傳動剎車一體圈；輪體的內輪緣與空心轉軸上的牽引法蘭之間利用斜拉索支撐連接在一起，葉片變槳裝置組裝在輪體外輪緣上，葉片變槳裝置上的葉片底端採用鉸鏈或鉸接軸構成葉片鉸接端，葉片上端作為活動支撐端與液壓缸的活塞杆端鉸接在一起，並通過活塞杆的伸縮完成葉片的變槳；空心轉軸的兩側設置主剎車盤，分別固定在軸承座或機架上的主剎車鉗夾持在主剎車盤的兩側；偏航平臺的上、下臺盤之間設有偏航軸承、限位架及使上臺盤繞下臺盤中心轉動的液壓馬達驅動的傳動裝置；偏航軸承包括固定在上臺盤底部的帶有內齒圈的軸承上圈，固定在下臺盤上部的軸承下圈，在軸承上、下圈溝道內設置有滾動輪，滾動輪軸的兩端通過軸承組裝在軸承上圈所延伸出的支撐架上。
2.根據權利要求1所述的全葉尖風力發電機，其特徵在於:所述偏航平臺至少由三根塔筒支撐。
3.根據權利要求1所述的全葉尖風力發電機，其特徵在於:所述液壓管路中液壓油管的輸出管通過固定在軸承座外殼上的液壓旋轉接頭插入空心轉軸，從空心轉軸的油管通孔導出至輪體上，液壓油管的回油管從空心轉軸的油管通孔導入，通過固定在軸承座外殼上的液壓旋轉接頭導出空心轉軸，連接回油箱。
4.根據權利要求1所述的全葉尖風力發電機，其特徵在於:所述傳動剎車一體圈的兩側設置有固定在偏航平臺上的副剎車鉗。
5.根據權利要求1所述的全葉尖風力發電機，其特徵在於:所述傳動剎車一體圈的外周與固定在偏航平臺上的傳動輪式發電機的傳動輪緊密接觸。
6.根據權利要求1所述的全葉尖風力發電機，其特徵在於:所述傳動剎車一體圈的外周通過隔磁絕緣墊片固定永磁體作為發電機轉子，與固定在偏航平臺上的機座內作為定子的繞線組構成永磁直驅發電機。
7.根據權利要求1所述的全葉尖風力發電機，其特徵在於:將相對應部位的所述斜拉索，穿越所斜拉位置的牽引法蘭的孔，連至對應端牽引法蘭的孔內固定。
全文摘要
一種全葉尖風力發電機，解決了現有風力發電機存在的葉片效率低，機械強度差、實施難度大等問題，包括固定在塔筒上的偏航平臺，組裝在偏航平臺上的水平軸葉輪組、發電機及液壓管路，其技術要點是水平軸葉輪組包括輪體，通過葉片變槳裝置組裝在輪體外輪緣上的葉片，以及固定在輪體外周的傳動剎車一體圈；輪體與空心轉軸之間利用斜拉索支撐連接在一起，葉片變槳裝置的鉸接端固定在葉片的底端，葉片活動支撐端設置液壓缸，通過液壓缸的活塞杆伸縮完成葉片的變槳；主剎車鉗布置在空心轉軸上的主剎車盤的兩側。其輪體設計合理，葉片結構簡單，具有完備的液壓偏航、變槳功能，全葉尖受力均勻，便於安裝、調整，使用安全可靠，延長了整機使用壽命。
文檔編號F03D11/00GK103147926SQ201310109970
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月1日 優先權日2013年4月1日
發明者戚永維 申請人:戚永維