CN204827803U - 碟型低风速风力发电机 - Google Patents

Abstract

碟型低风速风力发电机，包括底座、立杆，叶轮安装在立杆上端，叶轮输出轴连接发电机；叶轮由若干条半圆形叶片辐向连接成碟形，叶片内端与中心导流块固定，叶片外端与一封圈固定，导流块为一前凸的锥体，导流块后端设有输出轴，输出轴与发电机连接；发电机底座下方固定有转向轴，转向轴与一直齿轮固定连接，直齿轮的两侧分别与一组侧风轮调向装置连接。本实用新型的叶轮为阻力型碟形风轮。阻力型风力机在运行时噪声远低于升力型风力机，多叶片设计使得其在获得更低噪声的同时也使得其在很低的风速下便可启动。

Description

碟型低风速风力发电机

技术领域

本实用新型是风力发电机，特别涉及适用于低风速环境下的静音碟形风力发电机。

背景技术

自然风日夜变化性的显著特点所导致的风力发电的反调峰特性，使得风能产业高速发展的同时，频繁出现限电弃风现象。另外，由于以往风电产业规划的不均匀所导致的风电消纳的滞后，以及因此带来的远距离输电技术方面的压力和上网电价居高不下，这些问题都深深地影响着我国风电产业的健康发展。

分布式小型风力发电机，作为解决风电入网难、弃风率高、不稳定的手段，被越来越多的研究与利用。分布式风力发电在安全性、可靠性、经济性与适用广泛性方面都具有相当大的优势。且在近两年的发展中，不限电区域分散风电的开发逐渐已成为亮点。

风力发电机按照原理可以分为阻力型和升力型两种，按照主轴与地面所成的角度又可以分为水平轴和垂直轴两种。受传统的贝茨理论影响，人们希望通过提高尖速比来获得更高的风能利用率，而升力型风力机很好地契合了这点需求，因此，以目前的发展趋势来看，小型风力发电机以水平轴三叶片升力型为主，同时，垂直轴升力型也逐渐成为新热门。不可否认，升力型风力发电机在风能利用率方面有其优势，但作为主要利用在城市及相关地区的分布式能源，噪声问题成为限制其发展的关键，而且传统的小型风力发电机造价昂贵，不易启动，等等这些问题促使着人们对传统小型风力发电机进行优化，甚至寄期望于开发新形式的小型风力发电机。

现有的风力发电机的改进方案，仍然局限于在原有的升力型风力发电机的基础上提高风能利用率以及通过加装或改装的方法来降低启动风速。如一种风轮在集风罩内位置可调的小型高效风力发电机（见申请号为201410093613.4的中国专利），其是由集风罩、风轮、其一传动轴、风轮位置调整装置、机舱、尾舵、推力滑动轴承和塔杆组成，风轮位于集风罩中，风轮滑动套设在第一传动轴上，由风轮位置调整装置带动风轮左右移动。风轮位于集风罩最小过流面时，风轮启动风速可以降低一倍以上。在自然风速变化的情况下，通过风轮在变过流断面的集风罩内位置调整，风轮能长时间在额定风速附近工作，风轮桨叶的启动效率高，发电机的输出功率能够长时间稳定在额定功率附近，从而获得较高的发电效率。

又如一种可调迎风面积的垂直轴风力机（见申请号为201410055338.7的中国专利），其包括主轴和叶片，以及剪叉式机构、滑轨、绳轮。伺服收放电机和绳索。伺服收放电机同轴安装在主轴顶部，剪叉式机构安装在主轴上，绳轮与伺服收放电机的输出轴固连，两根绳索的绕线方向相同，绳索的另一端与叶片转轴固连，叶片一段或中部与剪叉式机构的转动中心固结，叶片另一端与滑轨配合，叶片可以沿滑轨移动但是不可以绕自身转轴转动。此风力机采用叶片定桨距安装，根据风速的大小控制风轮半径大小，从而实现垂直轴风力机在不同风速下的启动性能提高。同时改善了垂直轴风力机在强风环境下的力学性能，甚至可以避免刹车和停车状态，大大提高的风力机的工作范围。

除此之外还有组合风轮技术等诸多方法，但是这些方法在风能利用率提高的背后，带来的是结构的复杂化，成本的增加，以及并无减小甚至增加的噪声。

发明内容

为解决现有技术风力发电机结构复杂、成本高、噪音大的不足，提供碟型低风速风力发电机，这种发电机结构简单、成本低、效率高、噪声小。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

碟型低风速风力发电机，包括底座及与底座连接的立杆，叶轮安装在立杆上端，叶轮输出轴与发电机连接；

叶轮由若干条半圆形叶片辐向连接成碟形，叶片内端与中心导流块固定，叶片外端与一封圈固定，导流块为一前凸的锥体，导流块后端设有输出轴，输出轴与发电机连接；

发电机底座下方固定有转向轴，转向轴与一直齿轮固定连接，直齿轮的两侧分别与一组侧风轮调向装置连接，每组侧风轮调向装置包括与直齿轮啮合的调向直齿轮，调向直齿轮的传动轴下方固定有圆锥齿轮，圆锥齿轮与一横向圆锥齿轮啮合，横向圆锥齿轮的转动轴与侧风轮固定连接；侧风轮调向装置的直齿轮、圆锥齿轮组置于立杆内，直齿轮的传动轴穿过立杆的通孔，侧风轮安装于立杆外。

上述的碟型低风速风力发电机，封圈断面相对于叶轮转动轴为倾斜状。

上述的碟型低风速风力发电机，叶轮在封圈与导流块之间安装有加强环，加强环的断面相对于叶轮转动轴为倾斜状。

上述的碟型低风速风力发电机，在立杆上安装有铰链。

上述的碟型低风速风力发电机，两组侧风轮调向装置，其中一组固定在直齿轮下方的圆锥齿轮安装在侧风轮转动轴下方，另一组固定在直齿轮下方的圆锥齿轮安装侧风轮转动轴的上方。

本实用新型的叶轮为阻力型碟形风轮。阻力型风力机在运行时噪声远低于升力型风力机，多叶片设计使得其在获得更低噪声的同时也使得其在很低的风速下便可启动。

采用半圆形叶片可以获得最大的阻力系数，同时，叶片沿径向扭转布置，可以减少阻力损失；整个叶轮迎风面与垂直方向成一定角度，可以起到聚风的作用，最大化利用来流风力。

叶片末端焊接固定在中心导流块上，这一设计可以减少轮毂损失；同时，所有叶片的叶尖焊接在叶轮外封圈上，封圈呈外扩散状，可以减少整个叶轮的叶尖风能损失，这样能够使得整个风轮最大程度地利用风能。

在叶轮中部，经同样呈外扩散状的金属圈加强环对叶轮进行结构上的加固，使其运行更加稳定。

由于半圆形叶片、扩散型封圈和加强环的设计，可以有效降低噪音，提高风能的利用效率。

整个叶轮输出轴与发电机***连接，发电机***主要包括发电机、逆变器、控制***。

在非正常对风的情况下，由于叶轮侧向受力较大，故此风力发电机的偏航***采用侧风轮调向装置。侧风轮为低速风轮，对称安装在风力机立杆两侧，通过齿轮组与叶轮连接。当风向偏离主风轮一定角度后，两侧风轮迎风面增大，开始相对转动，从而带动回转机构进行转动，使叶轮转向最大来流方向；当叶轮对正来流方向后，侧风轮迎风面变为最小，侧风轮停止转动，调向机构即停止运行，完成调向。

而且，侧风轮调向装置安装在立杆两侧，并非像传统那样安装在发电机两侧，优化了风力机的空间布局，符合小型风力发电机精巧的设计特点。

传统的回转机构通常采用尾舵进行调向对风，而且常常采用伺服电机调向，所以需要加装风向风速实时监测***，并且需要小型控制***进行电信号的接收和传递，这会带来很高的成本。

综上所述，本实用新型以阻力型碟形风轮构造以及侧风轮调向机构作为主要设计要点，辅以微型发电机***，组合设计完成了一种静音碟形风力发电机，结构简单精巧、质轻价低，在最大效率利用风能的同时，获得了远低于现行主流风力机的噪声，可以安装在群众的日常生产和生活场合，为分布式风力发电机的发展提供了新的解决方案。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型整体结构的侧向结构示意视图。

图3为本实用新型叶轮正向结构示意图。

图4为本实用新型叶轮侧向剖视及与发电机连接结构示意图。

图5为本实用新型侧风轮调向装置结构示意图。

图6为本实用新型叶轮半圆形截面剖视结构示意图。

图7为本实用新型铰链工作状态结构示意图。

图8为本实用新型铰链翻折用于维修时的结构示意图。

图中标记为：1叶轮，11封圈，12叶片，13加强环，14叶轮中心的导流块，15叶轮的输出轴，2发电机，21发电机底座下方的转动轴，22与发电机底座下方转动轴固定的直齿轮，3立杆，31立杆位与铰链上方的上段，32立杆位与铰链下方的下段，33立杆的底座，4侧风轮，5安装碟形风力发电机的基座，6铰链，7侧风轮调向装置的调向直齿轮，71侧风轮调向装置直齿轮的传动轴，72与侧风轮传动轴固定连接的圆锥齿轮，73安装在直齿轮传动轴末端位于侧风轮传动轴上方的圆锥齿轮，74安装在直齿轮传动轴末端位于侧风轮传动轴下方的圆锥齿轮，75侧风轮的传动轴，76侧风轮，8维修支撑杆。

具体实施方式

参照附图，碟型低风速风力发电机，包括底座33及与底座连接的立杆3，在立杆上安装有铰链6，叶轮安装在立杆上端，叶轮输出轴与发电机连接；

叶轮由三十条半圆形叶片12辐向连接成碟形，叶片内端与中心导流块14固定，叶片外端与一封圈11固定，封圈断面相对于叶轮转动轴为倾斜状，倾角θ1为45度。导流块14为一前凸的锥体，导流块后端设有输出轴15，输出轴与发电机2连接；叶轮在封圈与导流块之间安装有加强环13，加强环的断面相对于叶轮转动轴为倾斜状，倾角θ2为45度。风轮整体呈喇叭状，可以起到很好的聚风作用。同时封圈，加强环与中心导流装置还起到了减少气流损失以及气动噪声的作用。

叶轮采用铝合金材料，在保证结构质量的同时，也使得整个叶轮变的轻盈，在***的稳定性和低速运行方面更有优势，尤其可以在低风速下工作。

发电机底座下方固定有转向轴21，转向轴与一直齿轮22固定连接，直齿轮的两侧分别与一组侧风轮调向装置连接，每组侧风轮调向装置包括与直齿轮啮合的调向直齿轮7，调向直齿轮的传动轴71下方固定有圆锥齿轮，圆锥齿轮与一横向圆锥齿轮72啮合，横向圆锥齿轮的转动轴75与侧风轮76固定连接。侧风轮调向装置的直齿轮、直齿轮的传动轴、圆锥齿轮组置于立杆内，侧风轮安装于立杆外。侧风轮转动轴安装在立杆的三分之二高度处。

两组侧风轮调向装置，其中一组固定在直齿轮下方的圆锥齿轮74安装在侧风轮转动轴下方，另一组固定在直齿轮下方的圆锥齿轮73安装侧风轮转动轴的上方。以提高立杆内部的空间利用率，使得结构更为紧凑。

立杆上的铰链结构，翻拆时便于实现对迎风结构的检修。

侧风轮调向装置的工作原理是利用对称的两组侧风轮同向对发电机底座的转向轴通过直齿轮的啮合加载转向力，使得当风向偏离主风轮一定角度后，两侧风轮迎风面增大，开始相对转动，从而带动发电机的直齿轮进行转动，即发电机和叶轮同时转动，从侧使叶轮转向最大来流方向；当叶轮对正来流方向后，侧风轮迎风面变为最小，侧风轮停止转动，调向装置即停止运行，完成调向。

需要注意的是，分布于两侧的侧风轮为低速风轮，通过齿轮与叶轮发电机连接，当风向偏离主风轮一个角度后，侧风轮迎风面增大，开始转动，两侧的侧风轮转向相同，由于左右齿圆锥齿轮安装方式不同，使得纵向的齿圆锥齿轮可以同向转动，从而带动直齿圆柱齿轮的同向协同转动，共同推动直齿圆柱齿轮的转动。

Claims (5)

1.碟型低风速风力发电机，包括底座及与底座连接的立杆，叶轮安装在立杆上端，叶轮输出轴与发电机连接；其特征在于：

叶轮由若干条半圆形叶片辐向连接成碟形，叶片内端与中心导流块固定，叶片外端与一封圈固定，导流块为一前凸的锥体，导流块后端设有输出轴，输出轴与发电机连接；

发电机底座下方固定有转向轴，转向轴与一直齿轮固定连接，直齿轮的两侧分别与一组侧风轮调向装置连接，每组侧风轮调向装置包括与直齿轮啮合的调向直齿轮，调向直齿轮的传动轴下方固定有圆锥齿轮，圆锥齿轮与一横向圆锥齿轮啮合，横向圆锥齿轮的转动轴与侧风轮固定连接；侧风轮调向装置的直齿轮、圆锥齿轮组置于立杆内，直齿轮的传动轴穿过立杆的通孔，侧风轮安装于立杆外。

2.如权利要求1所述的碟型低风速风力发电机，封圈断面相对于叶轮转动轴为倾斜状。

3.如权利要求1所述的碟型低风速风力发电机，叶轮在封圈与导流块之间安装有加强环，加强环的断面相对于叶轮转动轴为倾斜状。

4.如权利要求1所述的碟型低风速风力发电机，在立杆上安装有铰链。

5.如权利要求1所述的碟型低风速风力发电机，两组侧风轮调向装置，其中一组固定在直齿轮下方的圆锥齿轮安装在侧风轮转动轴下方，另一组固定在直齿轮下方的圆锥齿轮安装侧风轮转动轴的上方。