風力發電機的軟風啟動裝置的製作方法

2023-05-09 05:18:41

專利名稱：風力發電機的軟風啟動裝置的製作方法
技術領域：
韋發明涉及風力發電機，尤其涉及一種在軟風環境條件下能使風力發電機 正常啟動，並能運行發電的軟風啟動裝置。
背景技術：
目前普遍使用的風力發電機都包括葉輪、葉輪軸、變速機構、發電機、風 向校正裝置、蓄電池等，葉輪安裝在葉輪軸上，葉輪軸通過一組變速機構帶動 發電機旋轉，風向校正裝置確保葉輪對準風向，由於風力發電機內各運動件之
間均存在磨擦，當風力小於3級(風速小於3.4m/s)時，風力對葉輪作用所產 生的扭矩小於各運動件之間靜磨擦力矩，因而現有的風力發電機在軟風條件下 是無法啟動運行發電的，這是限制風力發電機推廣應用的主要技術障礙。大家 知道，風能存在於自然界，它是由太陽輻射熱所引起的，太陽能照射到地球表 面，引起地球表面各處受熱不均，產生溫差，引起大氣的對流而形成風。風是 流動的空氣，它有速度，有密度，所以含有能量，風是取之不盡的清潔能源， 但風能分布的隨機性很強，沒有特定規律，在不同地區，不同季節，不同時段 的風力都不相同，並不是每天都有3級以上的風，風力小於3級的天氣時常存 在。目前，風力發電機只能為一些無電源的固定場所不定時地提供電能，或作 為農村、山區家庭用電的補充電源。如何使風力發電機在軟風條件下能正常運 轉發電，這是人們共同關注並渴望解決的技術難題。為此人們開展了一系列的 創新設計，吉林大學的方顯忠教授在專利200720094027.7公開了一種《葉片式 風力發電機》，它是利用兩隻互為倒置的套裝錐筒，使進入導風筒內的風流增速 後再吹動發電機葉輪，從而提高流經葉片風的速度和密度，增大流經葉片風的 體積流量，迫使風力發電機正常運轉發電，實現利用軟風就能發電的目的，擴大風能的利用率。其核心技術是通過一種導風裝置提高流經葉輪的風速，達到 軟風啟動運行發電的目的，這是軟風啟動發電的一種理論性技術方案，還沒有 得到實踐驗證，到目前為止，該方案尚未得到應用實施，實施和應用困難。
大家知道，對於同一運動副來講，其動磨擦係數要小於靜磨擦係數，即要 將風力發電機的葉輪從靜止狀態進入運轉狀態所需要的能量要比維護轉動狀態
的葉輪繼續運轉所需要的能量要大，也就是說，在現有技術條件下，風力小於3 級的軟風雖然不足以使風力發電機正常運轉發電，但若給風力發電機提供一定 啟動能量，使風力發電機從靜止狀態進入運轉狀態，那麼3級以下風力的軟風 就有可能維持風力發電機正常運轉發電，基於這一理論申請人經過研究和試驗， 找到了一種利用軟風就能使風力發電機正常運轉發電的新方案。

發明內容
本發明的目的是提供一種風力發電機的軟風啟動裝置，配備了這一裝置，
風力發電機在軟風條件下就能運行發電，提高了風力發電機的運行時間和發電
效率，提高了風能的利用率。
所述風力發電機的軟風啟動裝置，其特徵是它包括葉輪l、葉輪軸2、慣 性輪9、啟動電機80、蝸輪蝸杆機構81、電磁離合器82、啟動軸83、輸入齒輪 84、接收齒輪85，葉輪l、慣性輪9和接收齒輪85均安裝在葉輪軸2上，輸入 齒輪84安裝在啟動軸83上，啟動電機80通過蝸輪蝸杆機構81、電磁離合器 82和啟動齒輪組驅動葉輪軸2轉動，所述啟動齒輪組由輸入齒輪84、接收齒輪 85組成，啟動齒輪組中的輸入齒輪84與接收齒輪85嚙合或脫離由電磁離合器 82控制，所述啟動電機80由蓄電池7供電，啟動電機80和電磁離合器82均由 電控裝置ll控制。
進一步，所述慣性輪9與安裝在葉輪軸2上的其它轉動件一體化； 進一步，所述慣性輪9與安裝在葉輪軸2上的初級大齒輪31合併為一體。 進一步，所述慣性輪9與安裝在葉輪軸2的初級大齒輪31和接收齒輪85 三者合併為一體。
當環境風力為軟風時(風速在1.5 3.3m/s)，依靠風力自身作用力不能克服風力發電機的啟動磨擦阻力，風力發電機當然不能正常啟動運轉。
風力發電機有了軟風啟動裝置，只要風速大於1.5m/s就能充分利用軟風進 行發電，由於在葉輪軸2上安裝了能夠儲存動能和釋放動能的慣性輪9，在啟動 電機80與葉輪軸2之間增設了由蝸輪蝸杆機構81、啟動齒輪組構成的發電機啟 動運轉能量給予機構，當外界的風速在1.5-3.3級之間時，電控裝置11就會控 制啟動電機80和電磁離合器82使它們工作，此時，電磁離合器82處於閉合狀 態，啟動電機80通過蝸輪蝸杆機構81帶動啟動齒輪組和葉輪軸2旋轉，使安 裝在葉輪軸2上的慣性輪9轉動，當整個發電機運轉系統進入運轉狀態時，轉 動的慣性輪9內儲存了能克服系統磨擦阻力的動能，使發電機進入動磨擦階段， 由於系統的動磨擦阻力要小於系統的靜磨擦阻力，軟風作用於葉輪所產生的能 量大於系統的動磨擦阻力所消耗的能量，因此夠維護髮電機運轉發電，經過試 驗，只要有1.5m/s以上的軟風就能進行風力發電，極大地提高了風力發電機的 運行時間和效率，提高了風能的利用率。


圖1為裝有軟風啟動裝置的風力發電機的工作原理框圖2為裝有軟風啟動裝置的風力發電機的機械結構示意圖3是葉輪軸與發電機之間變速機構的傳動示意圖4為軟風啟動裝置的一種結構示意圖； 圖中l-葉輪；2-葉輪軸；3-變速機構；31-初級大齒輪；32-過渡軸； 33-初級小齒輪；34-二級大齒輪；35-二級小齒輪；4-發電機；5-支架；
6-立柱法蘭；7-蓄電池；8-軟風啟動裝置；80-啟動電機；81-蝸輪蝸杆機構；
82-電磁離合器；83-啟動軸；84-輸入齒輪；85-接收齒輪；9-慣性輪； 10-制動裝置；ll-電控裝置；12-風向調節裝置；13-充電器；14-逆變器； 15-用電器；16-風向檢測儀；17-風速檢測儀。
具體實施例方式
下面以裝有軟風啟動裝置的風力發電機為例來說明本發明的具體實施方
式
實施例1:圖1 4所示的是裝有軟風啟動裝置的風力發電機，它包括葉輪1、
葉輪軸2、變速機構3、發電機4、支架5、立柱法蘭6、蓄電池7、軟風啟動裝 置8、慣性輪9、制動裝置10、電控裝置11，在葉輪軸2上安裝有葉輪1和慣 性輪9，發電機4安裝在支架5上，裝有葉輪1和慣性輪9的葉輪軸2結合件經 變速機構3驅動發電機4，支架5固定在立柱法蘭6上，變速機構3設置在葉輪 軸2和發電機4之間，軟風啟動裝置8與葉輪軸2相連；所述變速機構3包括 安裝在葉輪軸2上的初級大齒輪31、安裝在過渡軸32上的初級小齒輪33和二 級大齒輪34、帶動發電機旋轉的二級小齒輪35，初級大齒輪31和初級小齒輪 33相嚙合，二級大齒輪34與二級小齒輪35相嚙合；所述軟風啟動裝置8包括 啟動電機80、蝸輪蝸杆機構81、電磁離合器82、啟動軸83、輸入齒輪84和接 收齒輪85，輸入齒輪84安裝在啟動軸83上，接收齒輪85安裝在葉輪軸2上， 啟動電機80通過蝸輪蝸杆機構81和電磁離合器82驅動設置在啟動軸83和葉 輪軸2之間的啟動齒輪組，使裝有葉輪1和慣性輪9的葉輪軸2轉動，電磁離 合器82控制著啟動齒輪組中輸入齒輪84與接收齒輪85嚙合或脫離；所述啟動 電機80由蓄電池7供電，啟動電機80和電磁離合器82均由電控裝置11控制， 在本例中，所述慣性輪9與初級大齒輪31合併為一體。 這種風力發電機的具體工作過程如下
當環境風力為1.5~3.3m/s的軟風，依靠風力自身作用力不能克服風力發電 機的啟動磨擦阻力，此時，風力發電機不能正常啟動運轉發電，風速檢測儀17 將檢測到風速信息發送給電控裝置11，經信息處理自動向啟動電機80和電磁離 合器82發出起動工作信號指令，此時，電磁離合器82處於閉合狀態，啟動電 機80通過蝸輪蝸杆機構81帶動啟動齒輪組和葉輪軸2旋轉，由於在葉輪軸2 上裝有慣性輪9，當整個發電機運轉系統進入運轉狀態時，轉動的慣性輪9內儲存了能克服系統磨擦阻力的動能，使發電機進入動磨擦階段，由於系統的動磨 擦阻力要小於系統的靜磨擦阻力，軟風作用於葉輪所產生的能量大於系統的動
磨擦阻力所消耗的能量，因此能夠維護髮電機運轉發電。當風速大於3級(風 速大於3.4m/s)時，風速檢測儀17將採集到的相關信號輸入電控裝置11，軟風 啟動裝置中的電磁離合器82處於斷開狀態，發電機依靠風力能夠正常運轉發電； 當遇到強颱風、颶風等超強風力時，制動裝置10限制葉輪轉動，風力發電機自 動關閉，停止發電，設定發電機的安全風速為25m/s，如果風速超過這個速度就 要自動關閉；當風向變化時，風向檢測儀16將檢測到的信息傳給電控裝置11， 並使風向調節裝置12能及時調整葉輪1的朝向，確保葉輪正面迎風。發電機運 轉發出的交流電經充電器13對蓄電池7進行充電儲存，蓄電池7再經逆變器14 輸出供應給用電器15。經過試驗，本發明只要有1.5m/s以上的軟風就能進行風 力發電，極大地提高了風力發電機的運行時間和效率，提高了風能利用率。
本發明的實施方式很多，慣性輪9可以安裝在葉輪軸2的任意位置上，慣 性輪9可以與安裝在葉輪軸2上的其它轉動件可以一體化，例如，在上例中， 可將慣性輪9與初級大齒輪31—體化；也可以將慣性輪9、初級大齒輪31、接 收齒輪85三者合併為一體。只要在葉輪軸2上增設慣性輪9，在風速為1.5 3.3m/s的軟風條件下，風力發電機的啟動能量由軟風啟動裝置來提供的一切方 案均在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、風力發電機的軟風啟動裝置，其特徵是它包括葉輪(1)、葉輪軸(2)、慣性輪(9)、啟動電機(80)、蝸輪蝸杆機構(81)、電磁離合器(82)、啟動軸(83)、輸入齒輪(84)、接收齒輪(85)，葉輪(1)、慣性輪(9)和接收齒輪(85)均安裝在葉輪軸(2)上，輸入齒輪(84)安裝在啟動軸(83)上，啟動電機(80)通過蝸輪蝸杆機構(81)、電磁離合器(82)和啟動齒輪組驅動葉輪軸(2)轉動，所述啟動齒輪組由輸入齒輪(84)、接收齒輪(85)組成，啟動齒輪組中的輸入齒輪(84)與接收齒輪(85)嚙合或脫離由電磁離合器(82)控制，所述啟動電機(80)由蓄電池(7)供電，啟動電機(80)和電磁離合器(82)均由電控裝置(11)控制。
2、 根據權利要求1所述風力發電機的軟風啟動裝置，其特徵是所述慣 性輪(9)與安裝在葉輪軸(2)的初級大齒輪(31)合併為一體。
3、 根據權利要求1所述風力發電機的軟風啟動裝置，其特徵是所述慣 性輪(9)、初級大齒輪(31)和接收齒輪(85)三者合併為一體。
全文摘要
風力發電機的軟風啟動裝置，它包括葉輪、慣性輪、啟動電機、蝸輪蝸杆機構、電磁離合器、啟動軸、輸入齒輪、接收齒輪，葉輪、慣性輪和接收齒輪均安裝在葉輪軸上，輸入齒輪安裝在啟動軸上，啟動電機通過蝸輪蝸杆機構、電磁離合器和啟動齒輪組驅動葉輪軸轉動，所述啟動齒輪組由輸入齒輪、接收齒輪組成，啟動齒輪組的嚙合或脫離由電磁離合器控制，所述啟動電機由蓄電池供電，啟動電機和電磁離合器均由電控裝置控制。軟風啟動裝置能克服風力發電機的系統靜磨擦力使其轉動，依靠軟風就能使風力發電機維護運行發電。經過實試驗，只要有1.5m/s以上的軟風就能進行風力發電，提高了風力發電機的運行時間和效率，提高了風能的利用率。
文檔編號F03D9/00GK101586531SQ200910033479
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者趙延風, 陳小松, 雷良俊 申請人:金壇市譽泰隆能源科技有限公司