具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机

摘要

本发明涉及风力发电技术领域，具体的说是一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机。现有的风力发电机多为水平轴三叶片形式，由于结构、风机高度等限制，存在风轮漏风量大、扑风效率低、叶片易折断、风利用范围小、输出功率提升困难等问题。本发明技术方案包括前框架、后框架、调节装置；前框架及后框架的内框依次装配在风机主轴前段，前框架与风机主轴滑动配合，后框架与风机主轴通过螺栓定位；门扇形叶片通过叶片轴装配在后框架上，叶片端部通过滑块与前框架的滑道配合，调节装置带动叶片的滑块调节叶片迎风角度。本发明提高了风机输出功率和扑风效率，降低了单位发电功率的成本及维修、维护费用，适用于大、中型风力发电机。

权利要求

1.一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，包括杆塔（8）、风机主轴（6）、发电机（7）；风机主轴（6）中部装配在杆塔（8）顶部，发电机（7）装配在风机主轴（6）后段；风机主轴（6）前端部装配有锥型的导流罩（3）；

其特征在于：还包括前框架、后框架、叶片（4）、叶片轴（12）、弧形连杆、调节装置；

前框架、后框架均由内框及外框组成，前、后框架的内框及外框之间均通过支撑杆（10）连接；前框架、后框架的内框依次套装在风机主轴（6）的前段，前框架内框（9）及后框架内框（11）与风机主轴（6）通过键连接，前框架内框与风机主轴（6）滑动配合，后框架内框（11）与风机主轴（6）通过固定螺栓定位；

后框架内框（11）的外侧及后框架外框（5）的内侧设有相互对应的卡座；叶片（4）呈门扇形状，叶片（4）一侧纵向设有轴孔，叶片（4）通过轴孔装配在叶片轴（12）上，叶片轴（12）两端的卡块（13）装配在卡座内；

叶片（4）横向截面呈弧形，叶片（4）靠近后框架外框一端的外段向风机主轴（6）前侧弯曲；叶片（4）靠近后框架外框（5）的端部侧边缘通过万向节（14）连接安装有一个滑块（15）；

前框架外框（2）设有滑道；各叶片（4）端部的滑块（15）装配在前框架外框（2）的滑道内，与滑道滑动配合；各滑块之间通过弧形连杆连接；

调节装置包括数台调节电机、拉绳或推拉杆；各调节电机分别通过拉绳分别与前框架滑道内的弧形连杆连接，或调节电机通过推拉杆连接前框架。

2.根据权利要求1所述的一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，其特征在于：所述调节装置的调节电机分别均角度安装在前框架内框（9）上；前框架的支撑杆（10）为中空杆体；前框架外框（2）滑道内的弧形连杆连接有数组绳索，各组绳索分别与各调节电机对应；每组绳索均由两条拉绳组成，两条拉绳穿过中空的前框架支撑杆杆体，反向缠绕连接相对应的调节电机动力输出机构。

3.根据权利要求1所述的一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，其特征在于：所述调节装置的调节电机分别均角度安装在前框架侧的风机主轴（6）上，各台调节电机的动力输出机构分别通过涡轮蜗杆装置或液压装置连接推拉杆，各推拉杆另一端与前框架连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，其特征在于：所述的前框架外框（2）边缘装有喇叭状的集风沿（1）。

5.根据权利要求1所述的一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，其特征在于：所述的叶片（4）的轴孔内设有螺纹，叶片轴（12）与叶片（4）通过螺纹配合。

说明书

具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电装置技术领域，具体的说是一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机。

背景技术

[0002] 风力发电机利用利用风能驱动叶片带动发电机主轴旋转发电，具有清洁、无污染等特点被广泛应用。现有的风力发电机多为三叶片水平轴式的风力发电机，为保证发电机的额定输出功率，目前使用的水平轴风力发电机高度均较高，较大功率的风机总体高度高达100米，额定功率均低于2MW，如进一步增加风机额定输出功率，需要增加叶片的长度并同时提高风机的高度，因受到材料强度和自身重量的限制，采用该结构的风力发电机大型化发展存在如下问题：

[0003] （1）风机的高度增加后，杆塔的晃动度随之增大，抗风能力变差，不但占用的空间大，且导致可利用的风速范围缩小，造成风能资源的大量浪费，一般当风速超过25m/s时就必须要停机，风机的可利用率降低；

[0004] （2）风机的高度越高，吊装难度、吊装危险性等越大，吊装成本显著增加；日常维护困难，维护成本大幅增加；

[0005] （3）风力发电机功率增大导致风机总体高度增高，风力适用范围变窄，设备维护费用的增加，则获得单位千瓦电能的成本显著上升，不具备竞争力；

[0006] （4）受到现有材料技术的限制，风机叶片的长度难以进一步增加；而目前现有的大型风机叶片容易折断，寿命短，且更换费用较高；

[0007] （5）现有技术中，水平轴式风力发电机的三个叶片调节经常不能同步，造成被迫停机。

[0008] 综上所述，现有技术的水平轴式风机技术成熟，其规模化制造，成本低廉，但受到叶片形式、强度及风机塔筒高度的限制，普遍存在风机输出功率偏小、叶片容易折断、叶片扑风效率低、风轮漏风量巨大等缺点，风速13m/s开始弃风、25m/s全部弃风；而且风电设备投资大，成本回收周期长，年利用小时数偏低。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，克服了现有技术中的不足，提高了风能的利用率及发电效率，降低了单位千瓦的发电投资成本。

[0010] 本发明的技术方案：

[0011] 包括杆塔、风机主轴、发电机；风机主轴中部装配在杆塔顶部，发电机装配在风机主轴后段；风机主轴前端部装配有锥型的导流罩；

[0012] 还包括前框架、后框架、叶片、叶片轴、弧形连杆、调节装置；

[0013] 前框架、后框架均由内框及外框组成，前、后框架的内框及外框之间均通过支撑杆连接；前框架、后框架的内框依次套装在风机主轴的前段，前框架内框、后框架内框与风机主轴通过键连接，后框架内框与风机主轴通过固定螺栓定位，前框架内框与风机主轴滑动配合；

[0014] 后框架内框的外侧及后框架外框内侧设有相互对应的卡座；叶片呈门扇形状，叶片一侧纵向设有轴孔，叶片通过轴孔装配在叶片轴上，叶片轴两端的卡块装配在卡座内；

[0015] 叶片横向截面呈弧形，叶片靠近后框架外框一端的外段向风机主轴前侧（即迎风一侧）弯曲；叶片靠近后框架外框的端部侧边缘通过万向节连接安装有一个滑块；

[0016] 前框架外框设有滑道；各叶片端部的滑块装配在前框架外框的滑道内，与滑道滑动配合；各滑块之间通过弧形连杆连接；

[0017] 调节装置包括数台调节电机、拉绳或推拉杆；各调节电机分别通过拉绳分别与前框架滑道内的弧形连杆连接，或调节电机通过推拉杆连接前框架。

[0018] 所述调节装置的调节电机分别均角度安装在前框架内框上；前框架的支撑杆为中空杆体；前框架外框滑道内的弧形连杆连接有数组绳索，各组绳索分别与各调节电机对应；每组绳索均由两条拉绳组成，两条拉绳穿过中空的前框架支撑杆杆体，反向缠绕连接相对应的调节电机动力输出机构。

[0019] 所述调节装置的调节电机分别均角度安装在前框架侧的风机主轴上，各台调节电机的动力输出机构分别通过涡轮蜗杆装置或液压装置连接推拉杆，各推拉杆另一端与前框架连接。

[0020] 所述的前框架外框边缘装有喇叭状的集风沿。

[0021] 所述的叶片的轴孔内设有螺纹，叶片轴与叶片通过螺纹配合。

[0022] 本发明具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机，将多个门扇形叶片装配在风轮框架内，提高了风机的发电效率，解决了现有技术水平轴风力发电机上输出功率难以进一步增大、叶片容易损坏等问题，本发明具有以下有益效果：

[0023] 1、通过改变叶片的数量、形状及安装方式，大幅增加单机功率，在不增加风力发电机杆塔高度及叶片长度的情况下，提高了风机输出功率和扑风效率，降低了单位发电功率的成本；

[0024] 2、本发明风轮采用框架结构，叶片两端均设有支撑点，避免了目前三叶片水平轴风机叶片容易遭到雷击和大风折断；降低了维修及维护成本；

[0025] 3、通过调节叶片角度使得风机适应风速的范围更广；该设备不但可以在低风速区域运行，而且能满足高风速区域的使用条件（即高风速下不用停机），切出风速达到25m/s仍可将调节叶片小角度满负荷正常运行，提高了风能利用效率；

[0026] 4、风轮框架前部设有集风沿及导流罩，提高风机的扑风能力和做功能力。

[0027] 下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。

附图说明

[0028] 图1为本发明的结构示意图；

[0029] 图2为本发明前框架结构示意图；

[0030] 图3为本发明后框架及叶片轴装配示意图；

[0031] 图4为本发明叶片与叶片轴的装配示意图；

[0032] 图5为本发明图4的左视图；

[0033] 图6为本发明图4的A-A向剖视图；

[0034] 图7为本发明后框架的卡座剖视图；

[0035] 图8为本发明前框架滑道的剖视图。

具体实施方式

[0036] 图中：1、集风沿，2、前框架外框，3、导流罩，4、叶片，5、后框架外框，6、风机主轴，7、发电机，8、杆塔，9、前框架内框，10、支撑杆，11、后框架内框，12、叶片轴，13、卡块，14、万向节，15、滑块。

[0037] 实施例1

[0038] 由图1～图8可知，本发明包括杆塔8、风机主轴6、发电机7、前框架、后框架、叶片4、叶片轴12、弧形连杆、调节装置；风机主轴6中部装配在杆塔8顶部，发电机7装配在风机主轴6的后段；

[0039] 前框架、后框架均由内框及外框组成，前框架及后框架的内框与外框之间分别通过三根支撑杆10连接；前框架的三根支撑杆10为中空结构；

[0040] 前框架、后框架的内框依次套装在风机主轴6的前段，前框架内框9及后框架内框11中心孔设有键槽，前、后框架内框与风机主轴6均通过花键连接；后框架内框11与风机主轴6通过数条固定螺栓定位，保证后框架与风机主轴6之间无轴向位移；前框架内框9风机主轴6之间滑动配合，即前框架内框9可沿风机主轴6轴向滑动，使前框架靠近或远离后框架；

[0041] 后框架内框11的外侧及后框架外框5的内侧设有相互对应的卡座；叶片4呈门扇形状，叶片4一侧设有纵向轴孔，叶片轴12两端设有卡块13，叶片轴12穿过叶片4的轴孔，轴两端的卡块13分别安装在后框架内、外框的卡座内，本实施例采用九片叶片，各叶片呈放射状环绕风机主轴6分布；

[0042] 前框架外框2边缘装有喇叭状的集风沿1；风机主轴6前端部装配有锥型的导流罩3，导流罩3位于前框架内框9前方，保证气流平滑导向叶片；

[0043] 叶片4的外段（即靠近后框架外框侧）向风机主轴前侧（即迎风一侧）弯曲，叶片4的横截面呈弧形；叶片4靠近后框架外框侧的外端部通过万向节14连接安装有一个滑块15；

[0044] 前框架外框2设有滑道；各叶片4端部的滑块15装配在前框架外框2的滑道内，与滑道滑动配合；各滑块15之间通过弧形连杆连接；

[0045] 本实施例的调节装置包括调节电机及拉绳；本实施例的前框架采用三台调节电机调整叶片角度，调节电机均角度安装在前框架内框9的侧部；

[0046] 前框架外框2滑道内的弧形连杆上连接有三组绳索，分别与安装在前框架内框9的各台调节电机对应，每组绳索均由两条拉绳组成；各组绳索分别穿过前框架支撑杆10杆体的中空通道，每组绳索的两条拉绳反向缠绕连接在相对应的调节电机动力输出轴的线轴上。当各调节电机同时工作时线轴转动，每组绳索中的两条拉绳均反方向收、放，其中一条拉绳拉动弧形连杆沿其滑道运动，调整叶片绕叶片轴转动；当线轴反向驱动旋转时，则通过另一条拉绳拉动弧形连杆沿其滑道反方向运动，调整叶片绕叶片轴反方向转动。

[0047] 调整各叶片4角度时，装配在前框架上的调节电机动力轴旋转，带动各组绳索拉动位于前框架滑道内的弧形连杆运动，拉动各叶片4绕叶片轴12转动改变迎风角度，同时前框架远离或靠近后框架。

[0048] 实施例2

[0049] 本实施例与实施例1不同的是，叶片4的轴孔内设有螺纹，叶片轴12与叶片4通过螺纹配合，使叶片4的重量均匀作用于叶片轴12，该结构适合叶片重量较大的大型风机；调节装置采用调节电机及推拉杆；前框架侧的风机主轴6上，均角度固定装配有三台调节电机，各台调节电机的动力输出机构通过涡轮蜗杆装置连接推拉杆，各条推拉杆的另一端通过万向节和法兰盘连接前框架内框9。

[0050] 进行叶片4角度调整时，各台调节电机同时运转，带动前框架的推拉推拉前框架沿风机主轴6轴向移动，靠近或远离后框架；使位于前框架滑道内的滑块15及弧形连杆沿滑道滑动，带动所有叶片同步转动，实现叶片迎风角度的调整。

[0051] 本例中的调节电机输出机构也可通过液压装置控制推拉杆运动；将电机的输出机构与油泵连接，推拉杆连接在液压缸顶杆上，通过油泵连接并控制液压缸工作。

[0052] 本实施例的其它结构与实施例1相同。

[0053] 应当指出，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。