CN105781891A - 一种v型风轮结构的海上风力发电机 - Google Patents

一种v型风轮结构的海上风力发电机 Download PDF

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Abstract

一种V型风轮结构的海上风力发电机，属于风力发电技术领域。所述V型风轮结构的海上风力发电机包括V型风轮、齿轮传动机构、联轴器、发电机组和底座平台；所述V型风轮设置三根倾斜布置的旋转臂，所述旋转臂下端与风轮转盘装配，旋转臂以风轮旋转轴为中心呈放射状分布，在每一根旋转臂的上端设置叶片；所述风轮旋转轴下端通过齿轮传动机构、联轴器与发电机组连接；所述发电机组安装在底座平台上；所述底座平台采用海桩或者锚链固定于海底。本发明具有施工成本低、安装维护方便的特点，可根据海上风浪情况调整旋转臂及叶片角度，避免了在大风浪情况下叶片的损坏，延长了海上风力发电机的使用寿命。

Description

一种V型风轮结构的海上风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种V型风轮结构的海上风力发电机，属于风力发电技术领域。
背景技术
风力发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，以促使发电机发电。由于风力发电不涉及燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，因此是一种清洁环保的发电方式，特别是随着海洋资源的不断开发利用，目前海上风电场建设正在世界上形成一股热潮，很多大型风电场屹立于无垠的海洋之上。但是，由于海上风电场建设难度很大，不仅劳动力与成本的投入规模出人意料，并且难以预测的天气条件也会对大型风力发电设备造成不同程度的损坏，因此人们不断探索寻找便于安装维护、降低施工成本的风力发电机结构。
风力发电机按照风轮旋转轴的布置形式，可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两大类，其中垂直轴风力发电机的风轮旋转轴垂直于地面或者气流方向，在风向改变的时候无需对风，因此垂直轴风力发电机不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。但是现有的垂直轴风力发电机风轮大多位于风轮旋转轴的上部，呈Φ型或Η型结构，其重心位置较高，影响了风力发电机工作的稳定性；另外现有的垂直轴风力发电机叶片采用固定式装配方式安装，针对屹立于无垠海洋上的风力发电场而言，由于不能对叶片角度进行调整，在大风浪情况下极易造成叶片损坏，影响了海上风力发电机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种施工成本低、安装维护方便的V型风轮结构的海上风力发电机，以适应海上风浪情况调整风轮工作状态，避免叶片的损坏，延长海上风力发电机的使用寿命。
本发明上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种V型风轮结构的海上风力发电机，包括V型风轮、齿轮传动机构、联轴器、发电机组和底座平台；所述V型风轮设置三根倾斜布置的旋转臂，所述旋转臂下端与风轮转盘装配，旋转臂以风轮旋转轴为中心呈放射状分布，在每一根旋转臂的上端设置叶片；所述风轮旋转轴下端通过齿轮传动机构、联轴器与发电机组连接；所述发电机组安装在底座平台上；所述底座平台采用海桩或者锚链固定于海底。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述旋转臂下端以铰接方式安装在风轮转盘上，并在旋转臂的铰接端设有第一牵拉臂，所述第一牵拉臂下端与旋转臂固定连接，上端通过第二牵拉臂与设置在风轮旋转轴上的旋转臂收放驱动机构铰接装配。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述旋转臂收放驱动机构包括第一电机、传动组件、第一丝杠和升降盘；所述第一电机固定安装在风轮旋转轴上，第一电机输出轴与传动组件中主动轮固定装配；所述传动组件中从动轮固定在第一丝杠下端；所述升降盘与第一丝杠配装，在升降盘的外侧边缘铰接装配第二牵拉臂。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述旋转臂收放驱动机构的传动组件优选齿轮传动组件。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述叶片为分体式结构，包括上半部叶片和下半部叶片，所述上半部叶片和下半部叶片分别通过铰接结构与旋转臂连接；所述旋转臂为空腔结构，在其上下侧壁上均设有滑槽孔，在旋转臂空腔结构中设置叶片收放驱动机构。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述叶片收放驱动机构包括第二电机、第二丝杠、移动座和用于封堵旋转臂上下侧壁滑槽孔的封板；所述第二电机固定安装在旋转臂空腔中，第二电机输出轴与第二丝杠固定装配；所述第二丝杠与移动座配装组成丝杠螺母运动副；所述移动座与封板固定装配；所述封板包括上封板和下封板，在上封板和下封板的外侧面上均安装拉杆，所述拉杆穿过旋转臂上下侧壁的滑槽孔后分别与上半部叶片、下半部叶片铰接装配。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，在每一根旋转臂与风轮旋转轴之间均设置拉索。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述齿轮传动机构包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定在风轮旋转轴上，所述从动齿轮通过联轴器与发电机组连接。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述齿轮传动机构的主动齿轮和从动齿轮为锥齿轮结构，发电机组水平布置。
上述V型风轮结构的海上风力发电机，所述齿轮传动机构中从动齿轮数量及联轴器、发电机组的数量不少于四组。
本发明采用V型风轮结构，由于V型风轮的旋转臂倾斜布置，其下端与风轮转盘铰接装配，因此有效地降低了风力发电机风轮的重心高度，保证了海上风力发电机工作的稳定性；本发明在风轮旋转轴上设置了旋转臂收放驱动机构，因此可通过旋转臂收放驱动机构中第一电机、传动组件、第一丝杠和升降盘的配合实现对旋转臂收放状态的控制；本发明还将叶片设计为与旋转臂上端铰接装配的分体结构，同时在旋转臂空腔中设置叶片收放驱动机构，因此可通过叶片收放驱动机构中的第二电机、丝杠螺母运动副和移动座的配合，实现对叶片收放状态的控制；本发明可通过风轮旋转轴带动若干组发电机组运转，因此降低了对单组发电机装机容量的要求，从而降低了发电设备的购置成本；另外，采用本发明所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其旋转臂与风轮转盘、旋转臂与叶片的装配结构便于现场拆装，发电机整体结构的安装及维修不需借助大型吊装设备，因此大大降低了安装及维护作业成本。综上所述，本发明具有施工成本低、安装维护方便的特点，可根据海上风浪情况调整旋转臂及叶片角度，避免了在大风浪情况下叶片的损坏，延长了海上风力发电机的使用寿命。
附图说明
图1是本发明结构示意图(叶片处于打开状态)；
图2是风轮结构示意图；
图3是旋转臂收放驱动机构示意图；
图4是旋转臂收放驱动机构中传动组件工作原理示意图；
图5是旋转臂、叶片、叶片收放驱动机构装配关系示意图；
图6是叶片收放驱动机构示意图；
图7是叶片闭合状态示意图；
图8是本发明旋转臂处于打开状态、叶片处于闭合状态示意图。
图中各标号清单为：1、V型风轮，1-1、旋转臂，1-1-1、滑槽孔，1-2、第一牵拉臂，1-3、风轮旋转轴，1-4、第二牵拉臂，1-5、旋转臂收放驱动机构，1-5-1、第一电机，1-5-2、传动组件，1-5-2-1、主动轮，1-5-2-2、从动轮，1-5-3、第一丝杠，1-5-4、升降盘，1-6、叶片，1-6-1、上半部叶片，1-6-2、下半部叶片，1-7、叶片收放驱动机构，1-7-1、第二电机，1-7-2、第二丝杠，1-7-3、移动座，1-7-4、封板，1-7-5、拉杆，1-8、拉索，1-9、风轮转盘，2、齿轮传动机构，3、联轴器，4、发电机组，5、底座平台。
需要特别指出的是：为清楚地表达各部件间位置及装配关系，在图1、图8中将安装在风轮旋转轴前面的一组旋转臂、叶片及叶片收放驱动机构省略。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
参看图1、图2，本发明为一种V型风轮结构的海上风力发电机，它包括V型风轮1、齿轮传动机构2、联轴器3、发电机组4和底座平台5；所述V型风轮1设置三根倾斜布置的旋转臂1-1，所述旋转臂1-1下端与风轮转盘1-9装配，旋转臂1-1以风轮旋转轴1-3为中心呈放射状分布，在每一根旋转臂1-1的上端设置叶片1-6；所述风轮旋转轴1-3下端通过齿轮传动机构2、联轴器3与发电机组4连接；所述发电机组4安装在底座平台5上；所述底座平台5采用海桩或者锚链固定于海底。由于在本发明所述的V型风轮结构的海上风力发电机中，风轮的旋转臂1-1采用开了倾斜布置形式，其下端直接与风轮转盘1-9装配，因此有效地降低了风力发电机风轮的重心高度，保证了海上风力发电机工作的稳定性
参看图1、图2、图3、图4、图8，作为本发明的优选实施例，将所述旋转臂1-1设计为可收放结构，旋转臂1-1下端以铰接方式安装在风轮转盘1-9上，并在旋转臂1-1的铰接端设有第一牵拉臂1-2，所述第一牵拉臂1-2下端与旋转臂1-1固定连接，上端通过第二牵拉臂1-4与设置在风轮旋转轴1-3上的旋转臂收放驱动机构1-5铰接装配；所述旋转臂收放驱动机构1-5包括第一电机1-5-1、传动组件1-5-2、第一丝杠1-5-3和升降盘1-5-4；所述第一电机1-5-1固定安装在风轮旋转轴1-3上，第一电机1-5-1的输出轴与传动组件1-5-2中主动轮1-5-2-1固定装配；所述传动组件1-5-2中从动轮1-5-2-2固定在第一丝杠1-5-3下端；所述升降盘1-5-4与第一丝杠1-5-3配装，在升降盘1-5-4的外侧边缘铰接装配第二牵拉臂1-4。当海上风浪变化时，可通过第一电机1-5-1驱动齿轮传动组件1-5-2运转，以带动第一丝杠1-5-3旋转，从而使与第一丝杠1-5-3配合的升降盘1-5-4上下运动，再通过升降盘1-5-4带动第二牵拉臂1-4及第一牵拉臂1-2完成旋转臂1-1的角度调节动作，实现对旋转臂1-1收放状态的控制；特别是在天气条件极其恶劣的情况下，针对巨大的海上风浪，可将旋转臂1-1调整至如图8所示的完全打开状态，从而最大限度地降低发电机风轮的重心高度，提高风力发电机工作的稳定性，与此同时旋转臂1-1形成的类似三角形区域还可以为海上渔船遮挡风浪，在暴风雨将要来临时，可以将船停靠在三角形区域内，使小型渔船的损害降到最低。
参看图5、图6、图7，作为本发明的优选实施例，将叶片1-6设计为分体式结构，所述叶片1-6包括上半部叶片1-6-1和下半部叶片1-6-2，所述上半部叶片1-6-1和下半部叶片1-6-2分别通过铰接结构与旋转臂1-1连接；所述旋转臂1-1为空腔结构，在其上下侧壁上均设有滑槽孔1-1-1，在旋转臂空腔结构中设置叶片收放驱动机构1-7。所述叶片收放驱动机构1-7包括第二电机1-7-1、第二丝杠1-7-2、移动座1-7-3和用于封堵旋转臂上下侧壁滑槽孔1-1-1的封板1-7-4；所述第二电机1-7-1固定安装在旋转臂内腔中，第二电机1-7-1输出轴与第二丝杠1-7-2固定装配；所述第二丝杠1-7-2与移动座1-7-3配装组成丝杠螺母运动副；所述移动座1-7-3与封板1-7-4固定装配；所述封板1-7-4包括上封板和下封板，在上封板和下封板的外侧面上均安装拉杆1-7-5，所述拉杆1-7-5穿过旋转臂上下侧壁的滑槽孔1-1-1后分别与上半部叶片1-6-1、下半部叶片1-6-2铰接装配。当海上风浪变化时，可通过叶片收放驱动机构1-7中的第二电机1-7-1带动丝杠螺母运动副运转，从而使叶片收放驱动机构1-7中的移动座1-7-3沿第二年丝杠1-7-2上下移动，牵拉上半部叶片1-6-1和下半部叶片1-6-2分别绕铰接轴转动，实现对叶片收放状态的控制；针对海上风浪较大的天气情况，可将叶片1-6调整至如图7所示的完全闭合状态，以避免在大风浪对叶片1-6造成损坏。
参看图1至图8，本发明所述的V型风轮结构的海上风力发电机的旋转臂1-1与风轮转盘1-9、旋转臂1-1与叶片1-6的装配结构便于现场拆装，发电机整体结构的安装及维修不需借助大型吊装设备，因此大大降低了安装及维护作业成本。

Claims (10)

1.一种V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述V型风轮结构的海上风力发电机包括V型风轮(1)、齿轮传动机构(2)、联轴器(3)、发电机组(4)和底座平台(5)；所述V型风轮(1)设置三根倾斜布置的旋转臂(1-1)，所述旋转臂(1-1)下端与风轮转盘(1-9)装配，旋转臂(1-1)以风轮旋转轴(1-3)为中心呈放射状分布，在每一根旋转臂(1-1)的上端设置叶片(1-6)；所述风轮旋转轴(1-3)下端通过齿轮传动机构(2)、联轴器(3)与发电机组(4)连接；所述发电机组(4)安装在底座平台(5)上；所述底座平台(5)采用海桩或者锚链固定于海底。
2.根据权利要求1所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述旋转臂(1-1)下端以铰接方式安装在风轮转盘(1-9)上，并在旋转臂(1-1)的铰接端设有第一牵拉臂(1-2)，所述第一牵拉臂(1-2)下端与旋转臂(1-1)固定连接，上端通过第二牵拉臂(1-4)与设置在风轮旋转轴(1-3)上的旋转臂收放驱动机构(1-5)铰接装配。
3.根据权利要求2所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述旋转臂收放驱动机构(1-5)包括第一电机(1-5-1)、传动组件(1-5-2)、第一丝杠(1-5-3)和升降盘(1-5-4)；所述第一电机(1-5-1)固定安装在风轮旋转轴(1-3)上，第一电机(1-5-1)的输出轴与传动组件(1-5-2)中主动轮(1-5-2-1)固定装配；所述传动组件(1-5-2)中从动轮(1-5-2-2)固定在第一丝杠(1-5-3)下端；所述升降盘(1-5-4)与第一丝杠(1-5-3)配装，在升降盘(1-5-4)的外侧边缘铰接装配第二牵拉臂(1-4)。
4.根据权利要求3所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述旋转臂收放驱动机构(1-5)的传动组件(1-5-2)为齿轮传动组件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述叶片(1-6)为分体式结构，包括上半部叶片(1-6-1)和下半部叶片(1-6-2)，所述上半部叶片(1-6-1)和下半部叶片(1-6-2)分别通过铰接结构与旋转臂(1-1)连接；所述旋转臂(1-1)为空腔结构，在其上下侧壁上均设有滑槽孔(1-1-1)，在旋转臂空腔结构中设置叶片收放驱动机构(1-7)。
6.根据权利要求5所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述叶片收放驱动机构(1-7)包括第二电机(1-7-1)、第二丝杠(1-7-2)、移动座(1-7-3)和用于封堵旋转臂上下侧壁滑槽孔(1-1-1)的封板(1-7-4)；所述第二电机(1-7-1)固定安装在旋转臂内腔中，第二电机(1-7-1)输出轴与第二丝杠(1-7-2)固定装配；所述第二丝杠(1-7-2)与移动座(1-7-3)配装组成丝杠螺母运动副；所述移动座(1-7-3)与封板(1-7-4)固定装配；所述封板(1-7-4)包括上封板和下封板，在上封板和下封板的外侧面上均安装拉杆(1-7-5)，所述拉杆(1-7-5)穿过旋转臂上下侧壁的滑槽孔(1-1-1)后分别与上半部叶片(1-6-1)、下半部叶片(1-6-2)铰接装配。
7.根据权利要求6所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，在每一根旋转臂(1-1)与风轮旋转轴(1-3)之间均设置拉索(1-8)。
8.根据权利要求7所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述齿轮传动机构(2)包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定在风轮旋转轴(1-3)下端，所述从动齿轮通过联轴器(3)与发电机组(4)连接。
9.根据权利要求8所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述齿轮传动机构(2)的主动齿轮和从动齿轮为锥齿轮结构，发电机组(4)水平布置。
10.根据权利要求9所述的V型风轮结构的海上风力发电机，其特征是，所述齿轮传动机构(2)中从动齿轮数量及联轴器(3)、发电机组(4)的数量不少于四组。
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