一種可擴展工作風速範圍的風力發電機組的製作方法

2023-06-05 22:20:31

專利名稱：一種可擴展工作風速範圍的風力發電機組的製作方法
技術領域：
本發明屬於風力發電技術領域，特別涉及一種可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組。
背景技術：
風能作為一種價格低廉、綠色環保的新能源，在發電領域得到巨大的關注和發展。目前安裝的風力發電系統多是上風式MW級與電網互聯的大型風力發電系統，該行業的技術經過不斷完善已日漸成熟，但是小型風力發電機還需要解決技術上的很多難點和不足。一方面風力發電機正常運行時的風速需要大於啟動風速同時小於切出風速，全年8760個小時理想情況下只有約2000個小時可用來發電，可發電風速範圍較小以至於發電時長較短，發電地區受限制，使風能利用率較低。另一方面風力發電輸出電壓隨風速波動較大，使電能質量較低。而且上風式風力發電機需要偏航裝置，以至於發電成本較高。

發明內容
為了克服傳統風力發電機發電時長短、輸出電壓波動大、需要偏航裝置的不足，本發明提供一種可擴展工作風速範圍的新型風力發電機，不僅能夠降低切入風速，提高切出風速，還可以省去偏航裝置，同時平穩輸出電壓。可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組，包括風輪葉片、機艙、機艙罩、輪轂、塔筒和發電機，發電機位於機艙內，輪轂內設有發條室，輪轂和發電機通過發條室內的發條連接，輪轂的前端設置支撐杆，第一彈簧套在支撐杆外面，第一彈簧兩端分別連接連動套筒和套筒位移限制裝置，連動套筒套在支撐杆上，套筒位移限制裝置固定在支撐杆上，每個風輪葉片的根部均由與其相連的連動杆連接在連動套筒上，連動套筒和套筒位移限制裝置之間的支撐杆中鑲嵌額定風速閾值裝置；所述額定風速閾值裝置由第二彈簧和閥值帶構成；第二彈簧位於支撐杆內部，閥值帶半鑲嵌到支撐杆中並與支撐杆中的第二彈簧連接。支撐杆可以與輪轂接觸連接或者固定連接。葉片根部由連動杆連接在連動套筒上，使3個葉片在受力不同的情況也可以調節相同的錐角，保持風輪受力平衡和正常工作。風輪葉片與輪轂通過軸承連接，塔筒與機艙剛性連接。可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組採用下風式結構，輔以水滴形導流機艙罩。下風式風機可自動調向對風，省去偏航裝置和尾翼，進而減少成本。對於水滴形機艙罩，水滴形是流體阻力最小的形狀，導流機艙罩可將葉片根部的風聚焦到葉片端部，提高空氣密度，提高風能利用效率。風經過導流機艙罩匯集到葉片端部，吹動葉片旋轉，帶動發條，從而帶動發電機旋轉，開始發電。可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組風輪葉片與輪轂由軸承連接，風輪錐角隨風速大小可調，當風速大於額定風速，葉片受力增大，風輪錐角自動變大，掃風面積減小，葉片轉速降低，在風速大時依然可保持正常轉速和輸出功率，提高切出風速。 可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組輪轂和發電機通過發條連接，一方面當風速小於切入風速時，發條處於鬆弛狀態，風輪葉片未連接發電機可自行空轉，積累能量。另一方面，當風力發電機運行時，外界風速變化，由於發條中積累能量，緩衝風速波動對發電機的影響，能夠平穩輸出電壓，保護髮電機，提高輸出電能質量。本發明的有益效果是本發明提供的風力發電機組可工作風速範圍增大，在風速變化時能夠保持正常的轉速和功率輸出，從而延長發電時間，提高風能利用率和設備利用率，增加發電量。


圖1是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的風機整體結構正視圖；圖2是是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的風機整體結構側視圖。圖3是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的輪轂結構正視圖；圖4是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的輪轂結構剖視圖。圖5是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的風輪錐角可調裝置側視圖。圖6是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的額定風速限制裝置剖視圖；圖7是本發明可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組的額定風速限制裝置俯視圖。圖中標號1.塔筒；2.機艙罩；3.輪戚；4.風輪葉片；5.軸承；6.發條室；8.連動杆；9.連動套筒；10.額定風速閾值裝置；11.套筒位移限制裝置；12.支撐杆；13.第一彈簧；14.閾值帶；15.第二彈簧。
具體實施例方式
下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。以下結合附圖對本裝置做進一步的描述。可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組，包括風輪葉片4、機艙、機艙罩2、輪轂3、塔筒I和發電機，發電機位於機艙內，輪轂3內設有發條室，輪轂和發電機通過發條室內的發條連接，輪轂3的前端設置支撐杆12，支撐杆12與輪轂3接觸連接或者固定連接，第一彈簧13套在支撐杆12外面，第一彈簧13兩端分別連接連動套筒9和套筒位移限制裝置11，連動套筒9套在支撐杆上，套筒位移限制裝置11固定在支撐杆上，每個風輪葉片4的根部均由與其相連的連動杆8連接在連動套筒9上，連動套筒9和套筒位移限制裝置11之間的支撐杆中鑲嵌額定風速閾值裝置10 ；所述額定風速閾值裝置10由第二彈簧15和閥值帶14構成；第二彈簧15位於支撐杆12內部，閥值帶14半鑲嵌到支撐杆12中並與支撐杆12中的第二彈簧15連接。圖6和圖7為額定風速閾值裝置。
風輪葉片與輪轂通過軸承連接，塔筒與機艙剛性連接。可擴展工作風速範圍的新型風力發電機組採用下風式結構，輔以水滴形導流機艙罩。圖2為水滴形導流機艙罩，其流體阻力小，位於迎風面。外部風經過水滴形導流機艙罩導流後，聚焦到風輪葉片端部，使葉片迎風面範圍內的空氣密度提高，葉片受力變大，從而提高葉片轉速。此過程可使發電機的切入風速較傳統風機降低，提高風能利用率。閾值帶14結構如圖6所示，外界風速大於額定風速時，連動套筒9可將閾值帶14擠壓至槽中，使連動套筒9可越過額定風速閾值裝置10，從而改變風輪錐角。當風速降低至額定風速以下時，由閾值帶外部結構決定，彈簧13可將連動套筒9擠壓回原位置，風輪錐角不變，從而不影響小於或等於額定風速情況下的發電量。當外界風速小於切入風速時，發電機軸不轉動，而此時葉片空轉，發條收緊，可將風能轉變為部分彈性勢能，儲存於發條內。在瞬間風速大於風機啟動風速時，便可將此部分彈性能量利用，釋放轉化為電能。當外界風速大於切入風速，小於額定風速時，連動套筒9擠壓額定風速閾值裝置10，由額定風速閾值裝置10中閾值帶14的外部形狀決定，此時額定風速閾值裝置10對連動套筒9的阻力大於葉片對連動套筒的作用力，使得連動套筒9不能越過額定風速閾值裝置10，風輪錐角不變，此時新型風機與傳統風機工作原理相同。外界風速變化時，發條儲存能量，緩衝風速波動對發電機的影響。當外界風速大於額定風速小於切出風速時，連動套筒9擠壓額定風速閾值限制裝置10，由於此時風速較高，葉片受力大，閾值帶14向下擠壓彈簧12，可使連動套筒9越過風速閾值限制裝置10，而後連動套筒9向後擠壓彈簧13。此時連接葉片與輪轂的軸承轉動，風輪錐角隨葉片受力增大而增大，掃風面積隨之減小，葉片轉速減小，穩定輸出功率。因此當風速大於傳統風機的切出風速時，此新型風機仍能正常工作，提高了風機的切出風速。當外界風速大於切出風速時，連動套筒9擠壓並越過額定風速閾值裝置10，此過程同外界風速大於額定風速小於切出風速時的情況相同，由於風速較高，葉片受力大，連動套筒9將擠壓彈簧13直到擠壓至套筒位移限制裝置11，葉片4被機艙罩2擋住，轉速幾乎為0，發電機停機，對設備保護。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.可擴展工作風速範圍的風力發電機組，其特徵在於包括風輪葉片(4)、機艙、機艙罩(2)、輪轂(3)、塔筒(I)和發電機，發電機位於機艙內，輪轂(3)內設有發條室，輪轂和發電機通過發條室內的發條連接，輪轂(3)的前端設置支撐杆(12)，第一彈簧(13)套在支撐杆(12)外面，第一彈簧(13)兩端分別連接連動套筒(9)和套筒位移限制裝置(11)，連動套筒(9)套在支撐杆上，套筒位移限制裝置(11)固定在支撐杆上，每個風輪葉片(4)的根部均由與其相連的連動杆(8)連接在連動套筒(9)上，連動套筒(9)和套筒位移限制裝置(11)之間的支撐杆中鑲嵌額定風速閾值裝置(10)； 所述額定風速閾值裝置(10)由第二彈簧(15)和閥值(14)帶構成；第二彈簧(15)位於支撐杆(12)內部，閥值帶(14)半鑲嵌到支撐杆中並與支撐杆中的第二彈簧(15)連接。
2.根據權利要求1所述的風力發電機組，其特徵在於支撐杆(12)與輪轂(3)接觸連接或者固定連接。
3.根據權利要求1所述的風力發電機組，其特徵在於風輪葉片與輪轂通過軸承連接，塔筒與機艙剛性連接。
4.根據權利要求1所述的風力發電機組，其特徵在於採用下風式結構。
5.根據權利要求1所述的風力發電機組，其特徵在於機艙罩為水滴形。
全文摘要
本發明公開了屬於風力發電技術領域的一種可擴展工作風速範圍的風力發電機組。包括風輪葉片、機艙、機艙罩、輪轂、塔筒和發電機，發電機位於機艙內，輪轂內設有發條室，輪轂和發電機通過發條室內的發條連接，輪轂的前端設置支撐杆，第一彈簧套在支撐杆外面，第一彈簧兩端分別連接連動套筒和套筒位移限制裝置，連動套筒套在支撐杆上，套筒位移限制裝置固定在支撐杆上，風輪葉片根部由連動杆連接在連動套筒上，連動套筒和套筒位移限制裝置之間的支撐杆中鑲嵌額定風速閾值裝置。本發明提供的風力發電機組可工作風速範圍增大，在風速變化時能夠保持正常的轉速和功率輸出，從而延長發電時間，提高風能利用率和設備利用率，增加發電量。
文檔編號F03D9/00GK103016271SQ20121058015
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者朱永強, 閆然, 賈天昊, 賈忱然, 段春明 申請人:華北電力大學