CN110185582A - 一种风力驱动*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风力驱动***，所述风力驱动***包括叶片机构和回转主轴，所述叶片机构包括多组，所述多组叶片机构转动安装在所述回转主轴半径的圆周围；每一组叶片机构包括风叶和转轴组件，所述风叶可自动变桨的安装在所述转轴组件上，每一组叶片机构在迎风吹动作局部转动的同时与回转主轴一起同步转动。本发明风力驱动***从2级到10级大风的风速下都能无机械动力驱动而自动变桨工作转动；风轮叶片和风轮转动方向与风向及其大小无关；风轮叶片自动变浆结构简单，叶片可以大批量生产，降低产品生产成本，最大程度改善生产工作环境。

Description

一种风力驱动***
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种新型垂直轴自动变桨风力驱动***。
背景技术
目前兆瓦级风力发电驱动***，主要以水平轴传动机构为主。水平轴风机叶片大部分采用三等分变截面悬置布置形式，有带增速机构和无增速机构两种***，都同样以直线形式布置或并列布置在一个可以正反旋转的回转机舱上，回转机舱通过带齿圈的偏航轴承，磨擦盘、制动器、驱动器连接来实现机舱随时正反转动时启动或停止。其机械传动***的不足之处是整机体积大、重量重、传动***复杂、滑环和电线排缆及计数***故障率高、制造成本高、噪音大、寿命短，一般适应于大风速区域，对适应于年平均风速低于5.5米/秒的弱风速区域需要増加机舱高度到120米以上才能工作。由于机舱高度增加抖动也增加，风能利用率相对降低，使用维护成本增高，机组使用寿命降低到15年以下，到目前为止单台机组最大功率在9MW以下。
现有的垂直轴风力发电机组机舱高度50米左右即可以正常工作。其风叶能量转换***有升力型和阻力型两大类，但大型机组的风叶都不能实现无动力自动变桨，驱动扭矩系数较小，驱动扭矩小能量转换较低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种风力驱动***，其是一种新型的垂直轴自动变桨风力驱动***。其风轮叶片能自动变桨转动，变桨的结构简单。
本发明实施例提供一种风力驱动***，所述风力驱动***包括叶片机构和回转主轴，所述叶片机构包括多组，所述多组叶片机构转动安装在所述回转主轴半径的圆周围；每一组叶片机构包括风叶和转轴组件，所述风叶可自动变桨的安装在所述转轴组件上，每一组叶片机构在迎风吹动作局部转动的同时与回转主轴一起同步转动。
优选地，所述风叶为圆柱型垂直叶片，其有对称两半，即两个1/4圆环叶片组成，每个1/4圆环叶片上的一侧均布有多组局部转动轴承与立轴并与其相连。
优选地，所述转轴组件包括上轴承座、轴承、平键、限位环座、调整垫圏、轴承座和隔套，所述上轴承座和轴承通过所述调整垫圈、限位环座与所述下轴承座、轴承、隔套形成一组局部回转支撑，通过平键与立轴相连接，所述平键、轴承通过立轴转动。
优选地，上轴承座的下端部和下轴承座的上端部局部洼槽，所述局部洼槽与所述限位环座上下端部形成的凸台进行限位，使风叶开口对向风向时开口最大，以最大风力驱动风轮、回转主轴同步转动；所述调整垫圈用以保证所述上轴承座、限位环座、下轴承座端部之间的工作间隙；所述隔套用于调整形成每组局部回转支撑之间的距离。
优选地，所述风力驱动***还包括支撑组件，所述支撑组件安装在所述回转主轴的另一端，所述支撑组件用于支撑所述叶片机构和回转主轴，
优选地，所述回转主轴底端安装传输组件，所述传输组件包括齿轮联轴器与增速传动***，所述齿轮联轴器与增速传动***连接输出，所述叶片机构转动，通过所述回转主轴及传输组件从而带动电机工作。
优选地，在所述风轮的左半叶片和右半叶片中有多组转轴组件，与所述左半叶片和右半叶片支撑连接,形成具有自动变桨功能的风叶风轮，述风叶可根据风力大小正反45°局部转动。
优选地，所述叶片由轻合金和碳纤维复合而成。
优选地，所述叶片机构包括悬挂风轮的上横梁和悬挂风轮的下横梁，多组叶片机构连接在上横梁和下横梁之间。
优选地，当所述风叶位于迎风位置时，该位置两半风叶叶片迎风开口最大风轮转动工作发电；当所述风叶位于背风位置时，风叶开口变小减小叶片迎风面积，使风轮回转工作阻力变小。
基于本发明公开的一种风轮叶片在从2级到10级大风的风速下都能无机械动力驱动而自动变桨工作转动；风轮叶片和风轮转动方向与风向及其大小无关；风轮叶片自动变浆结构简单，叶片可以大批量生产，降低产品生产成本，最大程度改善生产工作环境；风轮叶片与同种规格机型风叶重量相比重量轻30-40％；风轮叶片机构取消偏航、排缆、计数及滑环***；增加共用避雷放电***，降低叶片制造和维护使用成本，维护简单、可靠、噪音低、使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的一种风力驱动***的整体结构的主视示意图；
图2为图1的风力驱动***的叶片机构的主视示意图；
图3为图1的风力驱动***的转轴组件的剖面示意图；
图4为图2叶片迎风工作时的俯视剖面示意图；
图5是图3的转轴组件的沿GG线的截面视图；
图6是图3的转轴组件的沿BB线的截面视图；
图7是图1中的叶片机构为单层风叶俯视示意图；
图8是图1中的叶片机构为双层风叶俯视示意图；
图9是图1中的叶片机构为三层风叶俯视示意图；
附图标号说明：
风力驱动***100；叶片机构40；回转主轴2；支撑组件30；传输组件50；齿轮联轴器12；增速传动***13；风轮1；上横梁3；下横梁7；左半叶片6；右半叶片5；转轴组件27；上轴承座20；轴承21；平键22；限位环座23；调整垫圏24；轴承座25；隔套26；立轴18；固定螺栓14；固定螺栓16。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明针公开了一种风力驱动***100，尤其公开了一种垂直轴自动变桨风力驱动***，请参见图1，所述风力驱动***100包括叶片机构40和回转主轴2，所述叶片机构40包括多组，所述多组叶片机构40转动安装在所述回转主轴2上。所述风力驱动***100还包括支撑组件30，所述支撑组件30安装在所述回转主轴2的另一端，所述支撑组件30用于支撑所述叶片机构40和回转主轴2，所述回转主轴底端安装传输组件50，所述传输组件包括齿轮联轴器12与增速传动***13，所述齿轮联轴器12与增速传动***13连接输出，所述叶片机构40转动，通过所述回转主轴2及传输组件从而带动电机工作。
请结合参阅图2，以一组叶片机构40的示意图结合图1进行介绍，所述叶片机构40包括悬挂风轮1的上横梁3和悬挂风轮1的下横梁7，多组叶片机构40连接在上横梁3和下横梁7之间。所述风轮1包括两半的风叶，即为左半叶片6和右半叶片5，所述左半叶片6和右半叶片5通过转轴组件27连接，请结合参阅图3，为转轴组件27的剖面视图。所述转轴组件27包括上轴承座20、轴承21、平键22、限位环座23、调整垫圏24、轴承座25和隔套26。
所述上轴承座20和轴承21通过所述调整垫圈24、限位环座23与所述下轴承座25、轴承21、隔套26形成一组局部回转支撑，通过平键22与立轴18相连接，所述平键22、轴承21通过立轴18转动，上轴承座20的下端部和下轴承座25的上端部局部洼槽，所述局部洼槽与所述限位环座23上下端部形成的凸台进行限位，使风叶开口对向风向时开口最大，以最大风力驱动风轮1、回转主轴2同步转动；所述调整垫圈24用以保证所述上轴承座20、限位环座23、下轴承座25端部之间的工作间隙；所述隔套26用于调整形成每组局部回转支撑之间的距离。
请结合参阅图3和图4，所述左半叶片6和右半叶片5与所述上轴承座20和下轴承座25通过固定螺栓14、固定螺栓16分别对应连接，与轴承21通过立轴18转动，请结合参阅图5和图6，所述上轴承座20和下轴承座25端部局部洼槽在限位环座23端部凸台的限位下，使风叶开口对向风向时开口最大，以最大风力驱动风轮1、回转主轴2转动，所述调整垫24用以保证上轴承座20、限位环座23、下轴承座25端部之间的工作间隙；在所述风轮1的左半叶片6和右半叶片5中有多组如图3所示的结构，与所述左半叶片6和右半叶片5支撑连接,从而满足风力能量转换工作需要。如此，形成具有自动变桨功能的风叶风轮。
其中，在图3中左半叶片6与上轴承座20通过固定螺栓16相连接，右半叶片5与下轴承座25通过固定螺栓14相连接。
所述叶片机构40均匀分布在回转主轴2外半径为R的圆周围；每一组叶片机构40在迎风吹动作局部转动的同时与所述回转主轴2一起同步转动；半圆柱型垂直叶片由对称两半组成，即两个1/4圆环叶片，每个1/4圆环叶片上一侧均布有多组局部转动轴承21与立轴18相连，每组局部转动轴承座由上轴承座20、调整垫圈24、限位环座23、调整垫圈24和下轴承座25及隔套26组成，限位环座23对应固定在立轴18上，所述限位环座23和立轴18不自转，只与主轴2同步转动；每个1/4圆环叶片上一侧，与不同转动轴承座外圆对应处采用螺栓相连，本实施方式中，所述叶片由轻合金和碳纤维复合而成；叶片与局部转动轴承座的外圆采用特殊连接结构和材料相连。
请参见图7，在一种实施例中，所述种风力驱动***100的叶片机构40为单层风叶，此时，D1点、D2点、D3点、D4点、D5点、D6点、D7点位置如图2所示右半叶片5和左半叶片6中立轴18两端与悬挂风叶上横梁3、悬挂风叶下横梁7相连接；D1点、D2点、D3点、D4点、D5点、D6点、D7点之间用连杆支撑连接；在D1点、D2点、D3点、D4点位置所示风叶叶片示意图中，当风力吹动图4中右半叶片5和左半叶片6时，该位置两半风叶叶片迎风开口最大风轮转动工作发电；在D5、D6、D7该位置两半风叶叶片背向风速方向时，风叶开口变小减小右半叶片5和左半叶片6迎风面积，使风轮回转工作阻力变小。
可以理解地，所述D1点、D2点、D3点、D4点位置统称为迎风位置，所述在D5、D6、D7点位置统称为背风位置。
请参见图8，在一种实施例中，所述种风力驱动***100的叶片机构40为双层风叶，此时，D1点、D2点、D3点、D4点、D5点、D6点、D7点位置如图2所示右半叶片5和左半叶片6中立轴18两端与悬挂风叶上横梁3、悬挂风叶下横梁7相连接；D1点、D2点、D3点、D4点、D5点、D6点、D7点之间用连杆4支撑连接；在D21点、D22点、D23点、D24点位置所示风叶叶片示意图中，当风力吹动图4中右半叶片5和左半叶片6时，该位置两半风叶叶片迎风开口最大风轮转动工作发电；在D25、D26、D27该位置两半风叶叶片背向风速方向时，风叶开口变小减小叶片迎风面积，使风轮回转工作阻力变小。
可以理解地，所述D21点、D22点、D23点、D24点位置统称为迎风位置，所述D25、D26、D27点位置统称为背风位置。
请参见图9，在一种实施例中，所述种风力驱动***100的叶片机构40为三层风叶，此时，D1点、D2点、D3点、D4点、D5点、D6点、D7点位置如图2所示右半叶片5和左半叶片6中立轴18两端与悬挂风叶上横梁3、悬挂风下横梁7相连接；D1点、D2点、D3点、D4点、D5点、D6点、D7点之间用连杆4支撑连接；在D31点、D32点、D33点、D34点位置所示风叶叶片示意图中，当风力吹动图4中右半叶片5和左半叶片6时，该位置两半风叶叶片迎风开口最大风轮转动工作发电；在D35、D36、D37该位置两半风叶叶片背向风速流动方向时，风叶叶片开口变小减小叶片迎风面积，使风轮回转工作阻力变小。
可以理解地，所述在D31点、D32点、D33点、D34点位置统称为迎风位置，所述D35、D36、D37点位置统称为背风位置。
本发明公开的一种风轮叶片在从2级到10级大风的风速下都能无机械动力驱动而自动变桨工作转动；风轮叶片和风轮转动方向与风向及其大小无关；风轮叶片自动变浆结构简单，叶片可以大批量生产，降低产品生产成本，最大程度改善生产工作环境；风轮叶片与同种规格机型风叶重量相比重量轻30-40％；风轮叶片机构取消偏航、排缆、计数及滑环***；增加共用避雷放电***，降低叶片制造和维护使用成本，维护简单、可靠、噪音低、使用寿命长。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风力驱动***，其特征在于：所述风力驱动***包括叶片机构和回转主轴，所述叶片机构包括多组，所述多组叶片机构转动安装在所述回转主轴半径的圆周围；每一组叶片机构包括风叶和转轴组件，所述风叶可自动变桨的安装在所述转轴组件上，每一组叶片机构在迎风吹动作局部转动的同时与回转主轴一起同步转动。
2.根据权利要求1所述的风力驱动***，其特征在于：所述风叶为圆柱型垂直叶片，其有对称两半，即两个1/4圆环叶片组成，每个1/4圆环叶片上的一侧均布有多组局部转动轴承与立轴并与其相连。
3.根据权利要求2的所述风力驱动***，其特征在于：所述转轴组件包括上轴承座、轴承、平键、限位环座、调整垫圏、轴承座和隔套，所述上轴承座和轴承通过所述调整垫圈、限位环座与所述下轴承座、轴承、隔套形成一组局部回转支撑，通过平键与立轴相连接，所述平键、轴承通过立轴转动。
4.根据权利要求3所述的风力驱动***，其特征在于：上轴承座的下端部和下轴承座的上端部局部洼槽，所述局部洼槽与所述限位环座上下端部形成的凸台进行限位，使风叶开口对向风向时开口最大，以最大风力驱动风轮、回转主轴同步转动；所述调整垫圈用以保证所述上轴承座、限位环座、下轴承座端部之间的工作间隙；所述隔套用于调整形成每组局部回转支撑之间的距离。
5.根据权利要求1所述的风力驱动***，其特征在于：所述风力驱动***还包括支撑组件，所述支撑组件安装在所述回转主轴的另一端，所述支撑组件用于支撑所述叶片机构和回转主轴。
6.根据权利要求1所述的风力驱动***，其特征在于：所述回转主轴底端安装传输组件，所述传输组件包括齿轮联轴器与增速传动***，所述齿轮联轴器与增速传动***连接输出，所述叶片机构转动，通过所述回转主轴及传输组件从而带动电机工作。
7.根据权利要求3所述的风力驱动***，其特征在于：在所述风轮的左半叶片和右半叶片中有多组转轴组件，与所述左半叶片和右半叶片支撑连接,形成具有自动变桨功能的风叶风轮，述风叶可根据风力大小正反45°局部转动。
8.根据权利要求2所述的风力驱动***，其特征在于：所述叶片由轻合金和碳纤维复合而成。
9.根据权利要求2所述的风力驱动***，其特征在于：所述叶片机构包括悬挂风轮的上横梁和悬挂风轮的下横梁，多组叶片机构连接在上横梁和下横梁之间。
10.根据权利要求1所述的风力驱动***，其特征在于：当所述风叶位于迎风位置时，该位置两半风叶叶片迎风开口最大风轮转动工作发电；当所述风叶位于背风位置时，风叶开口变小减小叶片迎风面积，使风轮回转工作阻力变小。
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