CN101892958B - 一种螺旋叶片式风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋叶片式风力发电装置，包括叶片、增速齿轮箱和发电机，其中发电机的输入端与增速齿轮箱的输出端连接，所述增速齿轮箱的输入端与轴底部的输出法兰连接，该轴通过轴承支承于支架的底部，轴的顶端与叶片立柱的底端对接固定，所述叶片立柱的顶端通过轴承支承于支架的顶部，且支架的顶部设有出风通道；在所述叶片立柱上设置叶片，该叶片位于支架内，并沿叶片立柱的轴向呈螺旋状盘旋。本发明结构简单、安装维护容易、体积小、成本低，可以承受多个方向的风力，并且捕捉风力的能力强，风能吸收效率高。叶轮既可以水平放置，也可以垂直放置，可以在多种不同的场所安装使用。

Description

一种螺旋叶片式风力发电装置

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体地说，特别涉及螺旋叶片式风力发电装置。

背景技术

把风能转变成电能是风能利用的最基本的一种方式。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转速度提升，来带动发电机发电。

因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，所以风力发电已在全世界得到普遍认同和大力推广应用。随着研究的深入、科技的进步，风力发电技术也在不断的进步。

最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔架上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。现代风机增加了齿轮箱、偏航***、液压***、刹车***和控制***等，虽然解决了电压和频率的稳定问题，但仍存在以下不足：

1、叶轮、齿轮箱等部件设置在塔杆顶部，安装及维护均需要进行高空作业，不仅安装维护困难，而且费用昂贵，仅吊装费每次就要好几万元。

2、从叶轮、齿轮箱到发电机的传动为直线型，体积庞大，叶轮的高度受限，且难以接受紊乱流风力。

3、风机的叶片一般为2叶或3叶，为了捕捉任意风向的风，必须增加尾翼或者风向导航装置，使机头为了对准风向而经常摆动，增加了故障率。

4、为了能吸收更多的风能，叶轮直径要做得很大，不仅增加了制造难度和制造成本，而且占用空间大，安装调试极为不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种易于安装维修的螺旋叶片式风力发电装置。

本发明的技术方案如下：一种螺旋叶片式风力发电装置，包括叶片、增速齿轮箱和发电机，其中发电机的输入端与增速齿轮箱的输出端连接，其关键在于：所述增速齿轮箱的输入端与轴底部的输出法兰连接，该轴通过轴承支承于支架的底部，轴的顶端与叶片立柱的底端对接固定，所述叶片立柱的顶端通过轴承支承于支架的顶部，且支架的顶部设有出风通道；在所述叶片立柱上设置叶片，该叶片位于支架内，并沿叶片立柱的轴向呈螺旋状盘旋。

众所周知，风力发电，首先是风能的吸收，叶轮的结构和性能直接关系到风能的吸收，所以叶轮是风电的首要关键部件。风机叶片从风的运动中获得的能量与风速的三次方成正比；除风速之外，叶轮直径或者叶片的受风面积决定了可撷取风能的多寡，约与叶轮直径平方/叶片的受力面积成正比；叶片的数目也会影响到风机的输出。

因此，本发明采用支架和螺旋状叶片组成叶轮，叶片的横截面形状类似于机翼的翼型，并沿叶片立柱的轴向呈螺旋状盘旋，能够捕捉任意风向的风，让风吹过叶片产生两侧气压差而使叶片绕中心轴线转动，随着叶片旋转，引导空气往上流动，最后从支架顶部的出风通道流出。叶片及叶片立柱转动的同时，通过叶片立柱底部的轴将动力传递给增速齿轮箱，再由增速齿轮箱传递给发电机，使发电机进行发电工作。叶片和叶片立柱位于支架内，可以承受多个方向的风力(也就是说不受风向的限制)，风能利用率高。与传统的高塔式发电装置相比，本发明结构更加简单，成本更低，安装及维护的高度低，既降低了安装维护的难度，又减少了相关费用。

所述支架由顶支架、支架立柱和底座构成，其中顶支架位于底座的正上方，底座的中部通过轴承支承轴，顶支架的中部通过轴承与叶片立柱支承，且顶支架上设有出风通道，在所述顶支架与底座之间连接有多根支架立柱，各支架立柱位于叶片的外侧。以上结构简单牢靠，装配方便、快捷，能够确保捕捉风力的灵敏性。

为了便于加工制造，保证叶轮的稳定性，所述顶支架及底座的轮廓均为圆形或矩形，位于顶支架与底座之间的支架立柱呈圆形、正三角形、正方形或边数大于四的正多边形分布。

在所述叶片外侧两相邻支架立柱之间设置有呈“×”形分布的加强筋。支架立柱之间通过加强筋连接成一个整体，结构强度好，不会发生变形或损坏，使用寿命有保障。

在所述支架立柱正对叶片立柱的面上设有导风板，该导风板的长度方向与支架立柱的轴向同向，且导风板的厚度从支架立柱到叶片立柱的方向逐渐减小，两根相邻支架立柱上的导风板形成“八”字形结构，小口朝向叶片，具有聚集、导向的作用，能够引导风力加快速度吹向叶片。

所述底座由平台支撑，该底座通过螺栓与平台固定；所述平台设置于地面或屋顶，并位于增速齿轮箱及发电机的上方。这样本发明可以装于外部风场、海洋等环境下，也可以用于城市内的房顶上，接受紊乱流风力，使用范围非常广泛。

所述发电机位于增速齿轮箱的旁边，该发电机输入端的轴线与增速齿轮箱输出端的轴线在同一直线上，并与增速齿轮箱输入端的轴线相垂直。以上结构简单、紧凑，从叶轮、齿轮箱到发电机的传动为“L”型，一方面有效减少了体积，另一方面，降低或增加叶轮高度容易。

所述叶片立柱为圆柱形或圆锥形中空管，不仅形状简单、取材方便、成本低，而且能有效减小叶轮的重量。

所述叶片为单头、双头或多头螺旋状叶片。在相同直径的情况下，单头、双头或多头螺旋叶片比传统的2叶或3叶叶片有更大的受风面积，单位时间内能吸收更多的风能，提高了风能的吸收效率。

有益效果：本发明结构简单、安装维护容易、体积小、成本低，可以承受多个方向的风力，并且捕捉风力的能力强，风能吸收效率高。叶轮既可以水平放置，也可以垂直放置，可以在多种不同的场所安装使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的A-A剖视图。

图4为图2的B向视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明由增速齿轮箱2、发电机3、轴4、支架5、叶片立柱6、叶片7、导风板8、平台9、加强筋1和轴承构成，其中平台9设置于地面或屋顶，并位于增速齿轮箱2及发电机3的上方。所述支架5具有顶支架51、支架立柱52和底座53，底座53的轮廓为圆形或矩形，本实施例中优选为正方形，该底座53由平台9支撑，底座53通过螺栓或其它等同的方式与平台9相固定。在底座53的正上方设置顶支架51，顶支架51的外轮廓形状与底座53相同，尺寸比底座53稍小。在所述顶支架51上分布有若干个出风通道5a，出风通道5a贯通顶支架51的上下面，该出风通道5a为扇形、三角形或其它等同的形状，按规则分布。

从图1、图2、图3中可知，叶片立柱6优选为圆锥形中空管，也可以是圆柱形中空管。叶片立柱6的顶端通过轴承支承于顶支架51的中部，叶片立柱6的底端与轴4的顶端对接固定，且轴4通过轴承支承于底座53的中部。在所述叶片立柱6上设置叶片7，该叶片7位于支架5内，且中片横截面形状为距形、梯形、飞机的机翼形或其它适合的形状，本实施例中优选为机翼的翼型，并且叶片7沿叶片立柱6的轴向呈螺旋状盘旋。叶片7可以是单头螺旋状叶片，也可以是双头螺旋状叶片，还可以是多头螺旋状叶片。在所述顶支架51与底座53之间连接有多根支架立柱52，各支架立柱52位于叶片7的外侧，且支架立柱52的横截面为三角形、圆形或多边形，本实施例中优选为圆形。若顶板51与底座53之间设置三根支架立柱52，这三根支架立柱52呈正三角形分布，且叶片立柱6位于正三角形的中心；若顶支架51与底座53之间设置五根支架立柱52，这五根支架立柱52呈正五边形分布，且叶片立柱6位于正五边形的中心，依次类推……。本实施例中，在顶支架51与底座53之间设置四根支架立柱52，这四根支架立柱52呈正方形分布，叶片立柱6位于正方形的中心。

从图1、图2、图3中还可知，在叶片7外侧两相邻支架立柱52之间焊接有呈“×”形分布的加强筋1，以增加支架5的结构强度。在每根支架立柱52正对叶片立柱6的面上设有导风板8，该导风板8的长度方向与支架立柱52的轴向同向，且导风板8与支架立柱52相连的一端最厚，悬空端最薄，导风板8的厚度从支架立柱52到叶片立柱6的方向逐渐减小，即每块导风板8的悬空端均指向叶片立柱6(见图3)，这样两根相邻支架立柱52上的导风板8形成“八”字形结构，小口朝向叶片7，具有聚集、导向风力的作用。

从图1、图2中进一步可知，轴4底部的输出法兰与增速齿轮箱2的输入端连接，增速齿轮箱2的输出端通过法兰与发电机3的输入端连接。发电机3位于增速齿轮箱2的旁边，该发电机3输入端的轴线与增速齿轮箱2输出端的轴线在同一直线上，并与增速齿轮箱2输入端的轴线相垂直，即支架立柱6、增速齿轮箱2和发电机3为“L”形布置。

本发明的工作原理如下：

导风板8将支架5外的自然风聚集、引导，使之吹向叶片7，风吹过叶片7产生两侧气压差而使叶片7绕中心轴线转动，随着叶片7旋转，引导气流往上运动，最后从顶支架51上的出风通道5a流出。叶片7及叶片立柱6转动的同时，通过叶片立柱6底部的轴4将动力传递给增速齿轮箱2，再由增速齿轮箱2传递给发电机3，使发电机3进行发电工作。

Claims (8)

1.一种螺旋叶片式风力发电装置，包括叶片(7)、增速齿轮箱(2)和发电机(3)，其中发电机(3)的输入端与增速齿轮箱(2)的输出端连接，其特征在于：所述增速齿轮箱(2)的输入端与轴(4)底部的输出法兰连接，轴(4)的顶端与叶片立柱(6)的底端对接固定；在所述叶片立柱(6)上设置叶片(7)，该叶片(7)位于支架(5)内，并沿叶片立柱(6)的轴向呈螺旋状盘旋；所述支架(5)由顶支架(51)、支架立柱(52)和底座(53)构成，其中顶支架(51)位于底座(53)的正上方，底座(53)的中部通过轴承支承轴(4)，顶支架(51)的中部通过轴承与叶片立柱(6)的顶端支承，且顶支架(51)上设有出风通道(5a)，在所述顶支架(51)与底座(53)之间连接有多根支架立柱(52)，各支架立柱(52)位于叶片(7)的外侧。

2.根据权利要求1所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：所述顶支架(51)及底座(53)的轮廓均为圆形或矩形，位于顶支架(51)与底座(53)之间的支架立柱(52)呈圆形、正三角形、正方形或边数大于四的正多边形分布。

3.根据权利要求2所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：在所述叶片(7)外侧两相邻支架立柱(52)之间设置有呈“X”形分布的加强筋(1)。

4.根据权利要求2或3所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：在所述支架立柱(52)正对叶片立柱(6)的面上设有导风板(8)，该导风板(8)的长度方向与支架立柱(52)的轴向同向，且导风板(8)的厚度从支架立柱(52)向叶片立柱(6)的方向逐渐减小，两相邻支架立柱(52)上的导风板(8)形 成“八”字形结构。

5.根据权利要求4所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：所述底座(53)由平台(9)支撑，该底座(53)通过螺栓与平台(9)固定；所述平台(9)设置于地面或屋顶上，并位于增速齿轮箱(2)及发电机(3)的上方。

6.根据权利要求1或5所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：所述发电机(3)位于增速齿轮箱(2)的旁边，该发电机(3)输入端的轴线与增速齿轮箱(2)输出端的轴线在同一直线上，并与增速齿轮箱(2)输入端的轴线相垂直。

7.根据权利要求1所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：所述叶片立柱(6)为圆柱形或圆锥形中空管。

8.根据权利要求1所述的螺旋叶片式风力发电装置，其特征在于：所述叶片(7)为单头或多头螺旋状叶片，叶片横截面形状为矩形、梯形或飞机的机翼形。 

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