CN114233577B - 一种可升降风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种可升降风力发电装置，包括机舱和塔架，所述机舱中部竖直设置有通孔，所述塔架穿过通孔，所述机舱和塔架在竖直方向上滑动连接，所述机舱的前端设置有带叶片的转子轮毂，所述转子轮毂的前端设置有监控装置，所述转子轮毂的后端连接有齿轮箱，所述齿轮箱连接有发电机，所述机舱与塔架通过水平旋转机构和竖直移动机构连接，所述机舱通过绳索悬吊在塔架上，所述塔架内设置有卷扬装置，所述卷扬装置牵引绳索，所述监控装置接入风力发电装置的控制***。本发明通过设置监控装置，实时监测风力发电装置前方状态，继而根据不同情况，通过在设置在塔架内部的卷扬装置，牵引绳索控制机舱沿着塔架进行升降。

Description

一种可升降风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种可升降风力发电装置。
背景技术
70年代初期，由于“石油危机”，引起了能源紧张的问题，人类开始意识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源成了当今世界的一个重要课题。风能作为一种可再生的、无污染的能源引起了人们越来越多的重视。
风力发电装置是将风能转换为机械能，机械能再转换为电能的电力设备。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源，并可以长期利用。风力发电的原理，是利用风力带动叶片旋转，再通过齿轮箱来调整转速，最终来驱动发电机发电。
而目前现有的风力发电装置，为了获得充足的风量，其机舱通常设置在很高处，安装施工时设备吊装成本高昂；机舱在高处工作，难以实时近距离观测其外部情况（如表面裂痕破损等）；在内部设备需要检修保养时，需要工作人员升至高空进行作业，更换备件也需多次长距离传上传下，安全性差且工作效率不高；在遇到强风等极端天气的情况下，风力发电装置由于其叶片以及巨大的体型，会承受极大的作用力，很容易受到损害而造成经济损失；此外更为重要的是，旋转中的风力发电装置叶片顶端线速度很高，当其处于迁徙鸟群的飞翔路径中时，会伤害到鸟类。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，提供一种高度可调的风力发电装置。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种可升降风力发电装置，包括机舱和塔架，所述机舱中部竖直设置有通孔，所述塔架穿过通孔，所述机舱和塔架在竖直方向上滑动连接，所述机舱的前端设置有带叶片的转子轮毂，所述转子轮毂的前端设置有监控装置，所述转子轮毂的后端连接有设置在机舱内的齿轮箱，所述齿轮箱连接有发电机，所述机舱与塔架通过水平旋转机构和竖直移动机构连接，所述机舱通过绳索悬吊在塔架上，所述塔架内设置有卷扬装置，所述卷扬装置牵引绳索，所述监控装置接入风力发电装置的控制***。
进一步地，所述监控装置为摄像头或超声波雷达，所述摄像头的取像方向正对转子轮毂前方，所述超声波雷达的探射方向正对转子轮毂前方，所述监控装置通过垂定支承和转子轮毂前端的导流罩连接，所述垂定支承包括转动环和定环，所述定环位于转动环的内部且两者之间通过若干滚珠连接，所述定环的下部设置有配重块，所述监控装置固定在定环内。
进一步地，所述齿轮箱内设置有偏置万向传动轴，所述偏置万向传动轴绕过通孔设置。
进一步地，所述水平旋转机构为风力发电装置偏航装置，所述竖直移动机构包括滚轮支撑架，所述滚轮支撑架的长度可变，所述滚轮支撑架和水平旋转机构相连，所述滚轮支撑架的末端设置有滚轮，所述滚轮与塔架接触。
进一步地，所述卷扬装置上设置有锁止机构，所述锁止机构包括棘轮锁止机构和对夹锁止机构，所述棘轮锁止机构包括棘轮和棘爪，所述棘轮与卷扬装置的转动轴同轴连接，所述棘爪通过电机控制来卡住棘轮或从其上脱离，所述对夹锁止机构包括锁止架，所述锁止架包括底架和两端铰接的立架，所述立架的中部朝内设置有锁止夹片，所述立架的上部设置有液压推拉杆，所述液压推拉杆的两端连接两个立架。
进一步地，所述塔架的顶部设置有滑轮，所述绳索与滑轮相匹配，所述绳索以滑轮为支点并在两端分别连接机舱和卷扬装置，所述机舱和卷扬装置的高度均低于滑轮。
进一步地，所述塔架的上端设置有顶帽，所述顶帽的顶端为圆弧形结构，所述顶帽为导电材质制成并通过导线接地。
进一步地，所述绳索的数量为3-6根，所述卷扬装置的数量与绳索的数量相等。
进一步地，所述锁止夹片的内轮廓和卷扬装置的转动轴相吻合。
进一步地，所述顶帽的外径大于塔架顶部的口径。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种可升降风力发电装置结构合理，安全性高，故障率低。通过设置通孔，使得塔架穿过机舱并与之相接，不会增大风力发电装置的体积，节省成本；通过设置监控装置，实时监测风力发电装置前方状态，继而根据不同情况，通过在设置在塔架内部的卷扬装置，牵引绳索控制机舱沿着塔架升降高度，当机舱及内部设备需要检修时、叶片转动范围内有迁徙鸟类飞行经过时或恶劣天气下机舱需降低高度进行避险时，均可以降低机舱的高度；通过设置双锁止机构，提供双重保障，将机舱高度固定，安全性高；通过设置垂定支承，使得监控装置在转动的转自轮毂上保持固定的姿态；通过设置偏置万向传动轴，使齿轮箱结构改变，从而灵活布置；通过设置导电的顶帽，使得塔架具有避雷功能，有效保护内部设备。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的另一个角度立体结构示意图。
图3为图2中C处的放大示意图。
图4为图1的A-A向剖视图。
图5为图4中X处的放大示意图。
图6为图4中Y处的放大示意图。
图7为图4中Z处的放大示意图。
图8为图1的B-B向剖视图。
图9为本发明的偏置万向传动轴的结构示意图。
图10为本发明的卷扬装置的结构示意图。
图11为本发明的锁止机构的结构示意图。
图12为本发明的垂定支承的结构示意图。
图13为本发明的垂定支承的另一角度结构示意图。
图中：1、机舱；1a、通孔；2、塔架；3、转子轮毂；3a、监控装置；4、偏置万向传动轴；5、水平旋转机构；6、竖直移动机构；6a、滚轮支撑架；6b、滚轮；7、叶片；8、绳索；9、齿轮箱；10、发电机；11、卷扬装置；12、锁止机构；12a、棘轮锁止机构；12a-1、棘轮；12a-2、棘爪；12b、对夹锁止机构；12b-1、锁止架；12b-2、锁止夹片；12b-3、液压推拉杆；13、垂定支承；13a、转动环；13b、定环；13c、配重块；14、滑轮；15、顶帽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1~图13所示，一种可升降风力发电装置，包括机舱1和塔架2，塔架2是支承风力发电装置机舱1的构架，其一般修建得比较高，从而能获得较大的和较均匀的风力，又需要具备足够的强度。机舱1中部竖直设置有通孔1a，塔架2穿过通孔1a，机舱1和塔架2在竖直方向上滑动连接，机舱1能沿着塔架2上下移动；机舱1的前端设置有带叶片7的转子轮毂3，转子轮毂3在风的作用下转动，将风的动能转化成机械能；转子轮毂3的前端设置有监控装置3a，监控装置3a用于监测风力发电装置前方是否有物体通过，也用于监测周围其它发电机的工作状态；转子轮毂3的后端连接有设置在机舱1内的齿轮箱9，齿轮箱9连接有发电机10，齿轮箱9用于调整转子轮毂3的转速，来满足发电机10的转速需求；机舱1与塔架2通过水平旋转机构5和竖直移动机构6连接，机舱1通过绳索8悬吊在塔架2上，塔架2内设置有卷扬装置11，卷扬装置11牵引绳索8，卷扬装置11是用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的起重设备，技术成熟，成本低廉，其通过控制绳索8的收放来调整机舱1的高度；监控装置3a接入风力发电装置的控制***。
监控装置3a为摄像头或超声波雷达，摄像头的取像方向正对转子轮毂3前方，超声波雷达的探射方向正对转子轮毂3前方，超声波能被任何材质的障碍物反射，其工作原理是通过超声波发射装置向外发出超声波，再通过接收器接收到返射回来的超声波，从而判断是否有障碍物，同时其间的时间差能用来测算距离，摄像头和超声波雷达都能监测风力发电装置前方是否有物体经过，此外摄像头能够对前方进行实时取像，监控前方其它风力发电装置的工作状态，监控装置3a通过垂定支承13和转子轮毂3前端的导流罩连接，垂定支承13的作用是将监控装置3a固定，并使其不会随着转子轮毂3转动，垂定支承13包括转动环13a和定环13b，定环13b位于转动环13a的内部且两者之间通过若干滚珠连接，定环13b的下部设置有配重块13c，监控装置3a固定在定环13b内，在配重块13c的作用下，定环13b不会随着与转子轮毂3相连的转动环13a转动；监控装置3a和垂定支承13之间设置有防雨防尘罩，有效阻挡水及尘埃进入，防止影响内部设备工作。
由于通孔1a的设置，占用了机舱1的部分空间，故齿轮箱9内设置有偏置万向传动轴4，用于其内的齿轮传动，偏置万向传动轴4绕过通孔1a设置，避开通孔1a占用的空间。
水平旋转机构5为风力发电装置偏航装置，风电机组偏航装置是使风机叶片正对主风向的装置，其一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器以及偏航液压回路等组成；竖直移动机构6包括滚轮支撑架6a，滚轮支撑架6a的长度可变，用于应对塔架2的直径变化，滚轮支撑架6a和水平旋转机构5相连，将机舱1安装在塔架2上；滚轮支撑架6a的末端设置有滚轮6b，滚轮6b与塔架2接触，滚轮6b紧贴塔架2滚动，从而支撑机舱1在塔架2上运动。
为了使机舱1在到达所需高度后保持位置固定，卷扬装置11上设置有锁止机构12，用于锁止卷扬装置11，控制其在无动力下不自由运转，锁止机构12包括棘轮锁止机构12a和对夹锁止机构12b，双锁止机构相互配合，提供双重保障；棘轮锁止机构12a包括棘轮12a-1和棘爪12a-2，棘轮12a-1与卷扬装置11的转动轴同轴连接，棘爪12a-2通过电机控制来卡住棘轮12a-1或从其上脱离，对夹锁止机构12b包括锁止架12b-1，锁止架12b-1包括底架和两端铰接的立架，立架的中部朝内设置有锁止夹片12b-2，锁止夹片12b-2的内轮廓和卷扬装置11的转动轴相吻合，立架的上部设置有液压推拉杆12b-3，液压推拉杆12b-3的两端连接两个立架，通过控制推拉杆12b-3的伸缩，能够控制锁止夹片12b-2与转动轴的分离与接触，从而控制卷扬装置11的状态，进而控制绳索8的释放与锁止；绳索8的数量为3-6根，卷扬装置11的数量与绳索8的数量相等，一台卷扬装置11牵引一根绳索8，多根绳索8协同吊拽机舱1，承重能力强；绳索8环绕塔架2均匀布置，每根受力均匀。
塔架2的顶部设置有滑轮14，绳索8与滑轮14相匹配，滑轮14支撑绳索8的运动并改变其施力方向，而多个滑轮14构成滑轮组，可达到省力的目的，进而降低卷扬装置11的负载；绳索8以滑轮14为支点并在两端分别连接机舱1和卷扬装置11，机舱1和卷扬装置11的高度均低于滑轮14，滑轮14处于***的最高点。
塔架2的上端设置有顶帽15，顶帽15的顶端为圆弧形结构，用于封住塔架2顶端，顶帽15的外径大于塔架2顶部的口径，具有防雨功能，确保雨水不会灌入塔架2内；顶帽15为导电材质制成并通过导线接地，其作用等同于接闪器，当雷电直接击中它时, 雷电流经过它的本身通过导电引线迅速泄流到大地, 从而保护风力发电装置内的电气设备。
工作流程：在本发明的一种可升降风力发电装置进行工作时，设置在转子轮毂3前端的监控装置3a能够实时监测前方是否有物体经过甚至实时传输监控画面，进而能够远程观测到高处的风力发电装置的外部情况，强化了对其运行状态的监控；当遇到需要降低机舱1高度的情况，如：机舱1或其内部的设备需要检修、叶片7转动范围内有迁徙鸟类飞行经过或遇到强风等恶劣天气等，通过控制卷扬装置11来牵引绳索8，从而控制绳索8悬吊的机舱1的高度，当到达所需位置后，通过控制锁止机构12进行位置锁定，除此之外，可升降式的设计，实现了安装时能够在低处组装机舱1及叶片7，待组装完成后直接升至高空进行风力发电作业，大大减小了传统安装方式的吊装成本，提高了施工效率，改变了传统的高空组装的施工方式，增加了安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，进行多种变化、改型或添加，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可升降风力发电装置，其特征在于：包括机舱(1)和塔架(2)，所述机舱(1)中部竖直设置有通孔(1a)，所述塔架(2)穿过通孔(1a)，所述机舱(1)和塔架(2)在竖直方向上滑动连接，所述机舱(1)的前端设置有带叶片(7)的转子轮毂(3)，所述转子轮毂(3)的前端设置有监控装置(3a)，所述转子轮毂(3)的后端连接有设置在机舱(1)内的齿轮箱(9)，所述齿轮箱(9)连接有发电机(10)，所述机舱(1)与塔架(2)通过水平旋转机构(5)和竖直移动机构(6)连接，所述机舱(1)通过绳索(8)悬吊在塔架(2)上，所述塔架(2)内设置有卷扬装置(11)，所述卷扬装置(11)牵引绳索(8)，所述监控装置(3a)接入风力发电装置的控制***。
2.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述监控装置(3a)为摄像头或超声波雷达，所述摄像头的取像方向正对转子轮毂(3)前方，所述超声波雷达的探射方向正对转子轮毂(3)前方，所述监控装置(3a)通过垂定支承(13)和转子轮毂(3)前端的导流罩连接，所述垂定支承(13)包括转动环(13a)和定环(13b)，所述定环(13b)位于转动环(13a)的内部且两者之间通过若干滚珠连接，所述定环(13b)的下部设置有配重块(13c)，所述监控装置(3a)固定在定环(13b)内。
3.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述齿轮箱(9)内设置有偏置万向传动轴(4)，所述偏置万向传动轴(4)绕过通孔(1a)设置。
4.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述水平旋转机构(5)为风力发电装置偏航装置，所述竖直移动机构(6)包括滚轮支撑架(6a)，所述滚轮支撑架(6a)的长度可变，所述滚轮支撑架(6a)和水平旋转机构(5)相连，所述滚轮支撑架(6a)的末端设置有滚轮(6b)，所述滚轮(6b)与塔架(2)接触。
5.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述卷扬装置(11)上设置有锁止机构(12)，所述锁止机构(12)包括棘轮锁止机构(12a)和对夹锁止机构(12b)，所述棘轮锁止机构(12a)包括棘轮(12a-1)和棘爪(12a-2)，所述棘轮(12a-1)与卷扬装置(11)的转动轴同轴连接，所述棘爪(12a-2)通过电机控制来卡住棘轮(12a-1)或从其上脱离，所述对夹锁止机构(12b)包括锁止架(12b-1)，所述锁止架(12b-1)包括底架和两端铰接的立架，所述立架的中部朝内设置有锁止夹片(12b-2)，所述立架的上部设置有液压推拉杆(12b-3)，所述液压推拉杆(12b-3)的两端连接两个立架。
6.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述塔架(2)的顶部设置有滑轮(14)，所述绳索(8)与滑轮(14)相匹配，所述绳索(8)以滑轮(14)为支点并在两端分别连接机舱(1)和卷扬装置(11)，所述机舱(1)和卷扬装置(11)的高度均低于滑轮(14)。
7.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述塔架(2)的上端设置有顶帽(15)，所述顶帽(15)的顶端为圆弧形结构，所述顶帽(15)为导电材质制成并通过导线接地。
8.根据权利要求1所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述绳索(8)的数量为3-6根，所述卷扬装置(11)的数量与绳索(8)的数量相等。
9.根据权利要求5所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述锁止夹片(12b-2)的内轮廓和卷扬装置(11)的转动轴相吻合。
10.根据权利要求7所述的一种可升降风力发电装置，其特征在于：所述顶帽(15)的外径大于塔架(2)顶部的口径。
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