風力發動機的製作方法

2023-06-09 13:14:26 2

專利名稱：風力發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發動機，特別涉及一種多轉子變軸升降風力發動機。
風能是最潔淨的能源之一，世界上許多國家都在競相開發利用風能，經過多年的改進，已取得很大的進展。但是，要使風力發電成為具有競爭力的商品電，至少還需要解決以下四個問題一是要使每千瓦裝機容量的投資費用從目前的800-1000美元再作大幅度的下降；二是要使發電成本從目前每度電3-3.5美分再作較大幅度的下降；三是要使渦輪發動機的檢修、維護、保養，從目前距離地面高達25-60米的高空作業造成的操作不便、費時、費錢的狀況得到根本改善；四是要進一步提高風力發電機抵禦風暴襲擊的能力。
現有的水平軸和變軸風力發動機，是由一個至若干個立柱、對風機構、渦輪發動機組所構成。中國專利CN1161728A公開了「由多機組旋翼葉片系統總合成的風力渦輪機」，該發明為一個立柱(塔架)，多轉子的水平軸風力發電機。中國專利CN1093776A公開了「改進型風力發動機」，該發明為三根立柱(塔架)，多轉子的水平軸風力發電機。中國專利CN2082317公開了「抗強風風力發電裝置」，該發明為一根立柱、一個轉子上仰變軸風力發動機。它們的不足點是第一轉子發動機組設在立柱的頂部，均不能沿立柱作升降運動。這樣，當轉子直徑一定，立柱高度一定時，為了保證立柱在出現風暴時不會傾倒，其抗風強度在設計上一般取的安全裕量很大，由於阻力與風速的平方成正比，所以當設計的最高抗風風速是額定風速的4-6倍時，立柱的安全裕量是額定風速的16-36倍，這使得立柱在整個風力發動機的建造費用中所佔的比重較大，一般為30％-50％。而通常風力發動機在危險風速段運行的時間與總體運行的時間相比是很短的。這樣，立柱大量的安全裕量用於很短的運行時間很不經濟，這是進一步降低每千瓦裝機容量投資費用的主要障礙之一。第二個不足點是轉子發動機組離地面很高，檢修、維護、保養很不方便，費工、費時、費錢。第三個不足點是，立柱的抗風能力的提高主要靠增加立柱的強度來保證，所以其抗風能力的進一步提高受到每千瓦裝機容量投資費用的限制。
本發明與現有技術的區別在於，在一根風力發動機的立柱上設置了一種可沿立柱升降的水平梁，梁的兩端各設置一套轉子發動機組，每套轉子發動機組均可俯仰偏轉，水平梁還可繞立柱迴轉對風，是一種多轉子變軸升降風力發動機。
本發明的第一個目的在於充分利用立柱強度的安全裕量，大幅增加轉子的面積和裝機容量，來達到較大幅度降低每千瓦裝機容量的投資費用的目的。當風速(額定風速時，水平梁上升到立柱頂部的極限位置，轉子偏轉到水平位置，以獲取高度中較大的風力和最大的迎風面積。為了儘量用足立柱此時的安全裕量，二個轉子的迎風面積之和，許可增大到現有技術的風力發動機中，在立柱強度相當的情況下單個轉子面積或多個轉子面積之和的5-7倍，甚至更高。相應地，裝機容量也增加5-7倍，大幅度提高發電量。按現有技術的風力發動機中，立柱的建造費用佔整機建造費用的30％-50％計算，本發明每千瓦裝機容量的投資費用可下降20％-30％。
本發明的第二個目的在於進一步提高轉子和立柱的抗風性能，當額定風速＜風速＜危險風速時(危險風速＝3倍額定風速)，水平梁開始下降，轉子開始下俯或上仰，風速越接近危險風速時，下降的距離越大，下俯或上仰的角度越大，用以減小轉子的迎風面積和迎風阻力對立柱產生的彎矩。當風速＞危險風速時，轉子下俯或上仰至軸線與地面垂直，水平梁下降至水平梁內座坐落在託臺上，此時鋼絲繩和立柱頂部到託臺段卸載，風力發動機的抗風能力最強，可抵禦暴風的襲擊。
本發明的第三個目的在於降低轉子發動機組檢修、維護保養的難度和費用，縮短作用時間。當要進行檢修、維護保養時，只需將轉子下俯或上仰至軸線與地面垂直，將水平梁下降至最低位置，一般離地面只有2-6米，作業方便，可較大幅度降低機具費、人工費，縮短作業時間，使檢修、維護保養的費用和停機損失費用顯著下降。
本發明的第四個目的在於較大幅度降低發電成本。發電成本主要由每千瓦裝機容量投資費用和檢修、維護保養的費用費用構成，由於二者都能較大幅度的下降，所以發電成本也能有較大幅度的下降。
本發明的目的是這樣實現的①本發明由立柱、水平梁內座、水平梁外座、水平梁、轉子、增速器、發電機、水平梁升降機構、轉子俯仰偏轉機構、迴轉對風機構、定位導向機構和立柱鋼絲繩卸載機構構成。水平梁內座套在立柱上，二者之間設有定位導向機構，水平梁外座與水平梁內座通過軸承實現迴轉副連接。二水平梁分設於水平梁外座兩側與其固接成一體，二水平梁的外伸端部各設有一套由轉子、增速器、發電機組成的轉子發電機組。通過所設的水平梁的升降機構、轉子俯仰偏轉機構、對風迴轉機構，實現水平梁沿立柱的升降運動、轉子俯仰偏轉運動、和水平梁繞立柱的對風迴轉運動。②水平梁升降機構的構成和升降的實現，水平梁升降機構由設在立柱頂部的定滑輪、水平梁內座上的動滑輪、立柱底部的定滑輪、地面的卷揚機、立柱和水平梁內座構成，鋼絲繩頭由卷揚機引出繞過立柱底部的定滑輪上引，再依次繞過立柱頂部的定滑輪和水平梁內座上的動滑輪後固定，形成由動、定滑輪組成為若干倍率的提升機構中的一種。正向或反向運轉卷揚機，可纏緊或放鬆鋼絲繩，通過提升機構使水平梁內、外座帶動水平梁沿立柱作升降運動。③轉子俯仰偏轉機構的構成和偏轉的實現，轉子俯仰偏轉機構包括設在水平梁外座偏轉平臺上的偏轉電動機、偏轉減速器、沿二水平梁縱向設置的傳動軸承座，齒輪聯軸器、傳動軸、設在傳動軸兩端的偏轉小齒輪和在二水平梁端部固接的水平端梁。偏轉軸通過偏轉軸承與水平端梁實行迴轉副連接，偏轉軸的伸出端固接有增速器和偏轉大齒輪。增速器與轉子和發電機固接組成轉子發電機組。在傳動軸與偏轉減速器之間設有萬向轉動軸，偏轉電動機正向或反向運轉，經偏轉減速器減速後，分兩路分別經萬向傳動軸、傳動軸、偏轉小齒輪帶動偏轉大齒輪偏轉，進而帶動固定在其上的轉子發電機組偏轉，實現轉子的仰、俯運動。④定位導向機構的構成與定位導向的實現，定位導向機構由立柱外表面與水平梁內座的內孔間組成的定位導向副構成。定位導向副可以是二者配合面之間互設的相互匹配的導軌和導槽，也可以是二者橫截面為非圓形狀的配合面中的一種，使水平梁內座只能沿立柱縱向移動，圓周方向定位，實現定位導向運動。⑤迴轉對風機構包括設在水平梁外座迴轉平臺上迴轉電動機、迴轉減速器、迴轉小齒輪和設在水平梁內座上的迴轉大齒輪。根據風向偏差信號控制迴轉電動機轉動，經迴轉減速器減速後，帶動迴轉小齒輪在迴轉大齒輪上嚙合滾動，從而帶動水平梁外座繞水平梁內座轉至正對風方向停轉，實現迴轉對風運動。⑥立柱鋼絲繩卸載機構包括水平梁內座、水平梁升降機構和設在立柱近地位置的託臺，放鬆鋼絲繩使水平梁下降至水平梁內座坐落在託臺上，繼續放鬆鋼絲繩至鋼絲繩卸載為止，此時立柱從頂部到託臺之間部分也實現了卸載。⑦二水平梁與水平梁外座之間的連接，可以是二水平梁的一端分別固接在水平梁外座兩側的懸臂式連接，也可以是在懸臂式連接的基礎上，在二水平梁的外伸端與水平梁外座的上部各增加一根豎直方向斜拉杆的單面斜拉梁式，還可以是在單面斜拉梁式的基礎上，再在在二水平梁的外伸端與水平梁外座之間在水平面方向，各增加一根水平方向斜拉杆的雙面斜拉梁式中的一種。⑧為了安裝檢修方便，水平梁內座與水平梁外座均分體製造，安裝時通過螺栓將其固接成一體。⑨立柱在近地位置設有一託臺，對託臺到地面部分的立柱局部加強，增強立柱的抗風性能。
本發明的有益效果是由於構造了多轉子變軸升降風力發動機，通過調整水平梁的升降和轉子俯仰偏轉，可適應各種風速工況，充分利用立柱的強度裕量，與現有立柱強度相當的風力發動機相比，可增加轉子面積和裝機容量5-7倍，提高了轉子和立柱的抗風性能，降低檢修、保養的難度和費用，縮短作業時間，大幅度降低每千瓦裝機容量投資費用和發電成本。


圖1 是本發明一般運行狀態主視2 是圖1的左視3 是水平梁外座的結構示意4 是圖3的剖視5 是A-A剖視6 是轉子俯仰偏轉機構局部剖視7 是轉子俯仰偏轉機構局部剖視8 是本發明調整狀態左視9 是本發明抗危險風速狀態左視10 是圖1的俯視11 是倍率為3的提升機構傳動示意12 是倍率為6的提升機構傳動示意13 是四導軌、導槽定位導向副橫剖視14 是缺圓形定位導向副橫剖視15 是六邊形定位導向副橫剖視16 是橢圓形定位導向副橫剖視圖下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明實施例1立柱1為圓柱狀杆件，近地面設有一託臺2，立柱1的表面設有兩根縱嚮導軌3、4，頂部和底部各設有定滑輪5、6和7、8。水平梁內座9分體製造，用螺栓固接成一體套裝在立柱1上，其上設有動滑輪10、11，導槽12、13和迴轉大齒輪14。水平梁外座15分體製造，用螺栓固接成一體，通過迴轉軸承16、17與水平梁內座9實現迴轉副連接。在水平梁外座15的迴轉平臺上設有迴轉電動機18、迴轉減速器19和迴轉小齒輪20。在偏轉平臺上設有偏轉電動機21、偏轉減速器22和萬向傳動軸23、24。水平梁25、26分設於水平梁外座15的兩側，用螺栓固接，其上分別設有軸承座27、28，傳動軸29、30，齒輪連軸器31、32和偏轉小齒輪33、34。水平梁25、26與水平梁外座15之間分別設有豎直面斜拉杆35、36，水平面斜拉杆37、38。水平梁25、26分別與水平端梁39、40實行法蘭連接，偏轉軸41、42分別通過偏轉軸承43、44和45、46與水平端梁39、40實行迴轉副連接。偏轉軸41、42的外伸端分別與偏轉大齒輪47、48和增速器49、50固接，轉子51、52與發電機53、54分別與增速器49、50固接組成兩套轉子發電機組。在地面上設有卷揚機55，其上引出鋼絲繩56、57。①水平梁升降機構的構成和升降運動由以下步驟實現，鋼絲繩56、57由卷揚機55引出繞過立柱1底部的定滑輪7、8上引，再依次繞過立柱1頂部的定滑輪5、6和水平梁內座9上的動滑輪10、11後固定，形成由動、定滑輪組成為倍率為2的提升機構。正向或反向運轉卷揚機55，可纏緊或放鬆鋼絲繩56、57，通過提升機構使水平梁內、外座9、15帶動水平梁25、26沿立柱1作升降運動。②轉子俯仰偏轉機構的構成和偏轉的實現，轉子俯仰偏轉機構包括設在水平梁外座15偏轉平臺上的偏轉電動機21、偏轉減速器22、沿二水平梁縱向設置的傳動軸承座27、28，齒輪聯軸器31、32，傳動軸29、30，設在傳動軸兩端的偏轉小齒輪33、34和在二水平梁25、26端部固接的水平端梁39、40。偏轉軸41、42通過偏轉軸承43、44與水平端梁39、40實行迴轉副連接，偏轉軸41、42的伸出端固接有增速器49、50和偏轉大齒輪47、48。增速器49、50與轉子發電機53、54固接組成轉子發電機組。在傳動軸29、30與偏轉減速器22之間設有萬向轉動軸23、24，偏轉電動機21正向或反向運轉，經偏轉減速器22減速後，分兩路分別經萬向傳動軸23、24，傳動軸29、30，偏轉小齒輪33、34帶動偏轉大齒輪47、48偏轉，進而帶動固定在其上的轉子發電機53、54偏轉，實現轉子的仰、俯運動。③定位導向機構的構成與定位導向的實現，水平梁內座9套裝於立柱1外表面，水平梁內座9的內孔和導槽12、13分別與立柱1的圓柱面和導軌3、4相匹配，使水平梁內座9隻能沿立柱縱向移動，圓周方向定位，實現定位導向運動。④迴轉對風機構包括設在水平梁外座15迴轉平臺上迴轉電動機18、迴轉減速器19、迴轉小齒輪20和設在水平梁內座9上的迴轉大齒輪14。根據風向偏差信號控制迴轉電動機18轉動，經迴轉減速器19減速後，帶動迴轉小齒輪20在迴轉大齒輪14上嚙合滾動，帶動水平梁外座15繞水平梁內座9轉至正對風方向停轉，實現迴轉對風運動。⑤立柱鋼絲繩卸載機構包括水平梁內座9、水平梁升降機構和設在立柱1近地位置的託臺2，放鬆鋼絲繩56、57使水平梁25、26下降至水平梁內座9坐落在託臺2上，繼續放鬆鋼絲繩至鋼絲繩卸載為止，此時立柱1從頂部到託臺2之間部分也實現了卸載。⑥本實施例由於採用水平面斜拉杆37、38，轉子工作方式為背風式。由於採用了豎直面斜拉杆35、36，轉子俯仰偏轉有效角度為90度。
實施例2①立柱71為橫截面有四導槽的圓柱狀杆件，水平梁內座67的內孔有四導軌與立柱四導槽相匹配，水平梁內座67套裝於立柱71上，組成定位導向副。②取消水平面斜拉杆37、38，轉子的工作方式可為向風式或背風式，轉子有效偏轉角度為180度。③立柱71頂部定滑輪58、59和水平梁內座67上的動滑輪60組成倍率為3的提升機構。④其餘部分與實施例1相同。
實施例3①立柱72是橫截面為缺圓形柱狀杆件，水平梁內座68的內孔與立柱表面相匹配，組成定位導向副。②取消豎直面斜拉杆35、36，取消水平面斜拉杆37、38，轉子的工作方式可為向風式或背風式，轉子有效偏轉角度為正反方向360度。③立柱72頂部定滑輪61、62、63和水平梁內座68上的動滑輪64、65、66組成倍率為6的提升機構。④其餘部分與實施例1相同。
實施例4立柱73是橫截面為多邊形柱狀杆件，水平梁內座69的內孔橫截面是與立柱73橫截面相匹配的多邊形，其餘與實施例1相同。
實施例5立柱74是橫截面為橢圓形柱狀杆件，水平梁內座70的內孔橫截面是與立柱74橫截面相匹配的橢圓形，其餘與實施例1相同。
權利要求
1.一種風力發動機，由立柱、增速器、發電機和對風裝置所組成，其特徵在於立柱[1]上套裝有水平梁內座[9]，二者之間設有定位導向機構，水平梁外座[15]與水平梁內座[9]通過軸承[16、17]實行迴轉副連接，二水平梁[25、26]分設於水平梁外座[15]兩側與其固接成一體，二水平梁[25、26]的外伸端部各設有一套由轉子[51、52]、增速器[49、50]、發電機[53、54]組成的轉子發電機組。通過所設的水平梁的升降機構、轉子俯仰偏轉機構、對風迴轉機構和立柱鋼絲繩卸載機構，實現水平梁沿立柱的升降運動、轉子俯仰偏轉運動、水平梁繞立柱的對風迴轉運動和立柱與鋼絲繩的卸載。
2.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的水平梁升降機構由設在立柱[1]頂部的定滑輪、水平梁內座[9]上的動滑輪、立柱[1]底部的定滑輪、地面的卷揚機[55]、立柱[1]和水平梁內座[9]構成，鋼絲繩頭由卷揚機[55]引出繞過立柱底部的定滑輪上引，再依次繞過立柱頂部的定滑輪和水平梁內座上的動滑輪後固定，形成由動、定滑輪組成為若干倍率的提升機構中的一種。正向或反向運轉卷揚機[55]，可纏緊或放鬆鋼絲繩，通過提升機構使水平梁內、外座[9、15]帶動水平梁[25、26]沿立柱[1]作升降運動。
3.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的轉子俯仰偏轉機構包括有設在水平梁外座[15]偏轉平臺上的偏轉電動機[21]、偏轉減速器[22]、沿二水平梁[25、26]縱向設置的傳動軸承座[27、28]，齒輪聯軸器[31、32]、傳動軸[29、30]、設在傳動軸兩端的偏轉小齒輪[33、34]和在二水平梁端部固接的水平端梁[39、40]，偏轉軸[41、42]通過偏轉軸承[43、44]、[45、46]與水平端梁實行迴轉副連接，偏轉軸的伸出端固接有增速器[49、50]和偏轉大齒輪[47、48]，增速器[49、50]與轉子[51、52]、發電機[53、54]固接組成轉子發電機組，在傳動軸[29、30]與偏轉減速器[22]之間設有萬向轉動軸[23、24]，偏轉電動機[21]正向或反向運轉，經偏轉減速器[22]減速後，分兩路分別經萬向傳動軸[23、24]、傳動軸[29、30]、偏轉小齒輪[33、34]帶動偏轉大齒輪[47、48]偏轉，進而帶動固定在其上的轉子發電機組偏轉，實現轉子的仰、俯運動。
4.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的定位導向機構由立柱[1]外表面與水平梁內座[9]的內孔間組成的定位導向副構成，定位導向副可以是二者配合面之間互設的相互匹配的至少一條導軌和導槽，也可以是二者橫截面為非圓形狀的配合面中的一種，使水平梁內座[9]只能沿立柱[1]縱向移動，圓周方向定位，實現定位導向運動。
5.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的迴轉對風機構包括設在水平梁外座[15]迴轉平臺上迴轉電動機[18]、迴轉減速器[19]、迴轉小齒輪[20]和設在水平梁內座[9]上的迴轉大齒輪[14]，根據風向偏差信號控制迴轉電動機轉動，經迴轉減速器減速後，帶動迴轉小齒輪在迴轉大齒輪上嚙合滾動，帶動水平梁外座繞水平梁內座轉至正對風方向停轉，實現迴轉對風運動。
6.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的立柱鋼絲繩卸載機構包括水平梁內座[9]、水平梁升降機構和設在立柱近地位置的託臺[2]，放鬆鋼絲繩[56、57]使水平梁[25、26]下降，直至水平梁內座坐落在託臺上，繼續放鬆鋼絲繩至鋼絲繩卸載為止，此時立柱從頂部到託臺之間部分也實現了卸載。
7.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的二水平梁[25、26]與水平梁外座[15]之間的連接，可以是二水平梁的一端分別固接在水平梁外座兩側的懸臂式連接，也可以是在懸臂式連接的基礎上，在二水平梁的外伸端與水平梁外座的上部各增加一根豎直方向斜拉杆的單面斜拉梁式，還可以是在單面斜拉梁式的基礎上，再在二水平梁的外伸端與水平梁外座之間在水平面方向，各增加一根水平方向斜拉杆的雙面斜拉梁式中的一種。
8.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的水平梁內座[9]與水平梁外座[15]均分體製造，安裝時通過螺栓將其固接成一體。
9.根據權利要求1所述的風力發動機，其特徵在於所述的立柱[1]在近地位置設有一託臺[2]，對託臺到地面部分的立柱局部加強。
全文摘要
一種風力發動機,是一種多轉子變軸升降風力發動機,由可沿立柱升降和可繞立柱迴轉的水平梁內外座、設於其上兩側的水平梁及設於二水平梁端可俯仰偏轉的轉子發動機組構成。通過調整水平梁的升降和轉子的俯仰偏轉,可適應各種風況,充分利用立柱的強度裕量,與現有立柱強度相當的風力發動機相比,可增加轉子面積和裝機容量5—7倍,提高了轉子和立柱的抗風性能,降低檢修、保養的難度和費用,縮短作業時間,大幅度降低每千瓦裝機容量投資費用和發電成本。
文檔編號F03D5/00GK1198509SQ9811127
公開日1998年11月11日 申請日期1998年5月4日 優先權日1998年5月4日
發明者朱傑 申請人:朱傑