一种立式风力发电机
文献发布时间:2023-06-19 11:26:00
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域,具体涉及一种立式风力发电机。
背景技术
在能源短缺和环境趋向恶化的今天,风能作为一种可再生清洁能源,日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发前景,近20年来风电技术有了巨大的进步,风电开发在各种能源开发中增速最快。目前只有定桨距风机的制造技术和刚刚投入应用的兆瓦级永磁直驱同步发电机技术,在风机的大型化、变桨距控制、主动失速控制、变速恒频等先进风电技术方面还有待进一步研究和应用。风力发电技术已经愈加成熟,风力发电控制技术也更加完善,总之风力发电前景广阔,我国对风力发电的研究也会更加深入。
现有风力发电具有多种形式,一类是水平轴风力发电机,其优点是工艺成熟、结构简单、风能利用率高;但其存在工作中需要追寻风向、需要对缠绕的电缆进行解缆、大型机叶片材料要求高、加工难度高和抗强风难度大等缺点。另一类是垂直轴风力发电机,包括S型、H型和Φ型机等,其优点是无需对风向,水平方向风力可全方位发电,而在上述风力发电机的使用过程中,仍具有以下问题:
(1)在设计阶段,存在风能利用率低,导致发电效率低的问题;
(2)风叶或叶轮出的轴承承受较大的水平方向力,这种力引起的倾覆力矩以及重力会产生轴向载荷,使得轴承容易损坏,寿命较短。
有鉴于此,急需对现有的立式风力发电机的结构进行改进,以提高发电机的发电效率,提升使用寿命效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是立式风力发电机的结构发电效率低,使用寿命短的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种立式风力发电机,包括电机主轴和发电组件,所述发电组件通过第一轴承套设于所述电机主轴上,所述电机主轴固定设置于风叶主轴上,所述风叶主轴的上部套设有上风叶固定套管,下部通过第二轴承连接有下风叶内固定管,所述下风叶内固定管的外侧通过第三轴承设置有下风叶外固定管,所述下风叶外固定管上固定有下风叶组件,其顶端与所述发电组件的磁钢固定连接,所述上风叶固定套管上固定有上风叶组件,所述下风叶组件通过所述下风叶外固定管驱动所述磁钢转动,所述上风叶组件通过所述风叶主轴驱动所述发电组件内的绕组进行与所述磁钢相反方向的转动,所述下风叶内固定管下底端设置有第四轴承,所述风叶主轴的底端设置有第五轴承,并配合固定设置有轴承压盖。
在上述技术方案中,所述发电组件还包括:
下磁盘,与所述下风叶外固定管的顶部连接固定,下磁钢固定于所述下磁盘的上表面;
上磁盘,与所述下磁盘对称扣合后,通过螺栓连接,上磁钢固定于所述上磁盘的下表面;
所述绕组设置于所述上磁盘与下磁盘之间,固定于所述电机主轴上,通过导线穿过所述风叶主轴连接至集电环。
在上述技术方案中,所述立式风力发电机还设置有刹车组件,所述刹车组件包括:
第一刹车盘,环绕设置于所述风叶主轴外侧,与第一卡钳匹配设置,所述第一卡钳固定于刹车盘防护罩内,所述刹车盘防护罩包括对称扣合的上防护罩和下防护罩;
第二刹车盘,环绕设置于所述下风叶外固定管外侧,与第二卡钳匹配设置,所述第二卡钳与所述第一卡钳通过螺栓连接。
在上述技术方案中,所述下风叶组件包括:
若干竖向风叶,截面呈梭型,通过第一连杆固定在所述下风叶外固定管上,所述第一连杆上设置有U型槽钢;
下风筒,固定于固定盘上,所述固定盘设置于所述下风叶外固定管上,所述固定盘上端通过条形钢板与所述第一连杆固定。
在上述技术方案中,所述下风叶外固定管的外圆面上设置有多个第一连接法兰,所述第一连杆一端与所述竖向风叶连接固定,另一端设置有与所述第一连接法兰相适配的第二连接法兰。
在上述技术方案中,所述风叶主轴分为第一风叶轴、第二风叶轴和第三风叶轴,所述第一风叶轴和所述第二风叶轴之间通过紧固螺钉和连接管套固定,所述第三风叶轴和所述第二风叶轴之间通过上风叶固定套管和螺栓连接固定。
在上述技术方案中,所述第一连杆包括横向第一连杆和斜向第一连杆,任一所述竖向风叶与对应的所述横向第一连杆和所述斜向第一连杆呈三角形结构,所述下风筒的上端和下端各设置有一个所述横向第一连杆。
在上述技术方案中,所述风叶主轴的顶端通过螺旋风叶套管连接固定有螺旋风叶组件,所述螺旋风叶组件中的螺旋风叶呈U型,所述螺旋风叶通过螺母及固定主轴固定。
在上述技术方案中,所述第二风叶轴上设置有导线孔。
在上述技术方案中,所述立式风力发电机顶端设置有避雷针。
与现有技术相比,本发明一种立式风力发电机,包括电机主轴和发电组件,发电组件通过第一轴承套设于电机主轴上,电机主轴固定设置于风叶主轴上,风叶主轴的上部套设有上风叶固定套管,下部通过第二轴承连接有下风叶内固定管,下风叶内固定管的外侧通过第三轴承设置有下风叶外固定管,下风叶外固定管上固定有下风叶组件,其顶端与发电组件的磁钢固定连接,上风叶固定套管上固定有上风叶组件,下风叶组件通过下风叶外固定管驱动磁钢转动,上风叶组件通过风叶主轴驱动发电组件内的绕组进行与磁钢相反方向的转动,下风叶内固定管下底端设置有第四轴承,风叶主轴的底端设置有第五轴承,并配合固定设置有轴承压盖,从而合理的利用相对运动的作用,大大增加磁钢与绕组的相对运动速率,结构简单合理,有效地提升了风能的利用率,另外,通过设置第二轴承、第三轴承、第四轴承和第五轴承,一方面能够支撑机械旋转体,降低其转动过程中的摩擦系数,保证回转精度,优化立式风力发电机结构,同时能够减少风叶主轴的受力,避免了风叶主轴断裂引发的安全问题,提升发电机使用寿命,保证发电机的稳定性与可靠性。
附图说明
图1为本发明中立式风力发电机的主视图;
图2为本发明中立式风力发电机的立体图;
图3为本发明的立式风力发电机中螺旋风叶组件的主视图;
图4为本发明的立式风力发电机中上风叶组件的主视图;
图5为本发明的立式风力发电机中下风叶组件的主视图;
图6为本发明的立式风力发电机图1中C处的局部放大图;
图7为本发明的立式风力发电机图1中A处的局部放大图;
图8为本发明的立式风力发电机图5中D处的局部放大图;
图9为本发明中立式风力发电机的俯视图;
图10为本发明中立式风力发电机的下风叶内固定管底部结构图;
图11为本发明中立式风力发电机图1中B处的局部放大图。
其中,图1至图11中附图标记与部件名称之间的对应关系为:
电机主轴100,第一轴承101,风叶主轴102,上风叶固定套管103,第二轴承104,下风叶内固定管105,第三轴承106,下风叶外固定管107,第四轴承108,第五轴承109,轴承压盖110,连接管套111,垫圈113,止动垫圈114,碳刷架115,肋板116,支撑套管117,发电组件200,下风叶组件300,竖向风叶301,第一连杆302,U型槽钢303,下风筒304,固定盘305,条形钢板306,第一连接法兰307,第二连接法兰308,方管309,上风叶组件400,上风叶401,第二连杆402,上风筒404,磁钢201,绕组202,下磁盘203,上磁盘204,集电环205,导线206,刹车组件500,第一刹车盘501,第一卡钳502,上防护罩503,下防护罩504,第二刹车盘505,第二卡钳506,螺旋风叶组件600,螺旋风叶套管601,螺旋风叶602,避雷针700。
具体实施方式
本发明提供了一种立式风力发电机,能够提高发电机的发电效率,提升使用寿命。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。
如图1至图11所示,本发明提供的一种立式风力发电机,包括电机主轴100和发电组件200,发电组件200通过第一轴承101套设于电机主轴100上,电机主轴100固定设置于风叶主轴102上,风叶主轴102的上部套设有上风叶固定套管103,下部通过第二轴承104连接有下风叶内固定管105,下风叶内固定管105的外侧通过第三轴承106设置有下风叶外固定管107,下风叶外固定管107上固定有下风叶组件300,其顶端与发电组件200的磁钢201固定连接,上风叶固定套管103上固定有上风叶组件400,下风叶组件300通过下风叶外固定管107驱动磁钢201转动,上风叶组件400通过风叶主轴102驱动发电组件200内的绕组202进行与磁钢201相反方向的转动,下风叶内固定管105下底端设置有第四轴承108,风叶主轴102的底端设置有第五轴承109,并配合固定设置有轴承压盖110。
在该实施例中,通过在风叶主轴102外套分别设电机主轴100、下风叶内固定管105和下风叶外固定管107,上风叶组件400转动时,由驱动风叶主轴102带动电机轴转动,进而带动电机组件内的绕组202进行转动,下风叶组件300通过下风叶外固定管107带动磁钢201进行转动,磁钢201与绕组202的转动方向相反,从而合理的利用相对运动的作用,大大增加磁钢201与绕组202的相对运动速率,结构简单合理,有效地提升了风能的利用率,另外,通过设置第二轴承104、第三轴承106、第四轴承108和第五轴承109,一方面能够支撑机械旋转体,降低其转动过程中的摩擦系数,保证回转精度,优化立式风力发电机结构,保证风叶主轴102、下风叶内固定管105和下风叶外固定管107的同轴度,同时能够减少风叶主轴102的受力,避免了风叶主轴102断裂引发的安全问题,提升发电机使用寿命,保证发电机的稳定性与可靠性。
具体地说,电机主轴100通过螺栓与风叶主轴102固定连接,同时与上风叶固定套管103固定,上风叶固定套管103上连接固定有上风叶组件400,上风叶组件400在受到风力的作用转动时,驱动风叶主轴102及电机主轴100转动,电机主轴100上固定设置有绕组202,则绕组202进行转动,此时,下风叶组件300受风力也进行转动,下风叶组件300固定于下风叶外固定管107上,下风叶外固定管107与电机组件的磁钢201连接固定,应此下风叶组件300转动时,会驱动磁钢201进行转动,通过将下风叶组件300与上风叶组件400的配置方向相反,磁钢201与绕组202进行相反反向的转动,从而增大磁钢201与绕组202的相对运动速率,提升发电效率。
其中,下风叶内固定管105与风叶主轴102之间设置有第二轴承104,在进行发电时,风叶主轴102通过第二轴承104将位于发电组件200上部分的重力转移至下风叶内固定管105,同时,第二轴承104的上部抵靠于电机主轴100轴底端,对电机轴具有支撑作用,并通过第二轴承104将下风叶组件300的力由下风叶内固定管105支撑承受,下风叶内固定管105与下风叶外固定管107设置第三轴承106,发电组件200中的下磁盘203与下风叶外固定管107连接固定,一方面,对下风叶外固定管107具有支撑作用,另一方面,能够将发电组件200及下风叶外固定管107的重力转移至下风叶内固定管105,从而使得上风叶组件400和下风叶组件300在转动时更轻便,提升风能利用率,下风叶内固定管105与风叶主轴102相接的下端设置有第四轴承108,对电机轴具有支撑作用,风叶主轴102的底端设置有第五轴承109及轴承压盖110,对电机轴具有支撑作用,同时,也具有支撑立式发电机整体的作用。
进一步地说,下风叶组件300的力通过风叶主轴102转移至第五轴承109上,可将第五轴承109设置为推力球轴承,在通过推力球轴承转移至轴承压盖110上,而上风叶组件400通过上风叶固定套管103与风叶主轴102连接,并通过风叶主轴102直接将上转移至推力球轴承上,在通过推力球轴承转移至轴承压盖110上,发电组件200的上磁盘204和下磁盘203与下风叶外固定管107连接固定,发电组件200的压力通过第三轴承106转到下风叶内固定管105上。
另外,在各个轴或连接管上垂直连接位置处,设置有肋板116,以提升稳定性,在风叶主轴102、下风叶内固定管105和下风叶外固定管107的生产阶段,保证三者的圆柱表面直线度、圆度、圆柱度的加工精度,在立式发电机整体进行安装的过程中,保证各个轴承与对应连接的轴的垂直度,以保证风叶主轴102、下风叶内固定管105和下风叶外固定管107的同轴度。
并且,上磁盘204和下磁盘203与下风叶外固定管107连接固定,绕组202固定于电机主轴100上,电机主轴100套设固定于风叶主轴102上,下风叶内固定管105、下风叶外固定管107一次套设于风叶主轴102外侧,使得上磁盘204、下磁盘203、绕组202、各个轴承、电机主轴100、风叶主轴102、下风叶内固定管105、下风叶外固定管107、集电环205、上风叶组件400、下风叶组件300、第一刹车盘501、第二刹车盘505均为同一个中心。
如图7所示,在本发明的一个实施例中,优选地,发电组件200还包括:
下磁盘203,与下风叶外固定管107的顶部连接固定,下磁钢固定于下磁盘203的上表面;
上磁盘204,与下磁盘203对称扣合后,通过螺栓连接,上磁钢固定于上磁盘204的下表面;
绕组202设置于上磁盘204与下磁盘203之间,固定于电机主轴100上,通过导线206穿过风叶主轴102连接至集电环205。
在该实施例中,电机组件由下磁盘203与上磁盘204对称扣合组成,下磁钢固定于下磁盘203的上表面,上磁钢固定于上磁盘204的下表面,绕组202设置于上磁钢和下磁钢之间,并通过导线206连接至集电环205,上磁盘204和下磁盘203通过螺栓连接固定,下磁盘203与下风叶外固定管107通过螺栓连接固定,使得上磁盘204和下磁盘203能够在下风叶组件300的驱动下,同时进行同方向的转动,从而完成立式风力发电机正常的发电工作。
其中,集电环205固定在碳刷架115上。
如图6所示,在本发明的一个实施例中,优选地,立式风力发电机还设置有刹车组件500,刹车组件500包括:
第一刹车盘501,环绕设置于风叶主轴102外侧,与第一卡钳502匹配设置,第一卡钳502固定于刹车盘防护罩内,刹车盘防护罩包括对称扣合的上防护罩503和下防护罩504;
第二刹车盘505,环绕设置于下风叶外固定管107外侧,与第二卡钳506匹配设置,第二卡钳506与第一卡钳502通过螺栓连接。
在该实施例中,通过在立誓发电机上配置刹车组件500,可以通过第一卡钳502卡紧第一刹车盘501,控制风叶主轴102停止转动,进而控制绕组202停止转动;通过第二卡钳506卡紧第二刹车盘505,控制下风叶外固定管107停止转动,进而控制磁钢201停止转动,以实现发电机停止工作,如,立式风力发电机的使用过程中,能够有效地防止恶劣天气及风力过大对发电机的影响,且在刹车过程中,无需消耗电能,结构简单,提高了风力发电机的刹车可靠,有效地提升了立式风力发电机的安全性与稳定性。
具体地说,第一刹车盘501环绕设置于风叶主轴102外侧,由扣合的上防护罩503和下防护罩504包裹,为内刹车盘,风叶主轴102与电机主轴100通过螺栓连接固定,电机主轴100上固定有绕组202,当第一刹车盘501受第一卡钳502的卡紧时,绕组202停止转动;第二刹车盘505下风叶外固定管107外侧,为外刹车盘,上磁盘204和下磁盘203与下风叶外固定管107连接固定,当第二卡钳506卡紧时,上磁盘204和下磁盘203停止转动,其中,第一卡钳502固定于支撑套管117上,第二卡钳506通过螺栓与第一卡钳502相连接。
如图5所示,在本发明的一个实施例中,优选地,下风叶组件300包括:
若干竖向风叶301,截面呈梭型,通过第一连杆302固定在下风叶外固定管107上,第一连杆302上设置有U型槽钢303;
下风筒304,固定于固定盘305上,固定盘305设置于下风叶外固定管107上,固定盘305上端通过条形钢板306与第一连杆302固定。
在该实施例中,若干竖向风叶301呈直立状态,环绕下风叶外固定管107均匀间隔设置在外侧,通过第一连杆302将竖向风叶301与下风叶外固定管107连接固定,同时在第一连杆302上设置有U型槽钢303,增大风叶组件的受风力的面积,能够进一步提升风能的利用率,下风筒304固定于固定盘305上,固定盘305设置于下风叶外固定管107,竖向风叶301与下风筒304同时驱动下风叶外固定管107和磁钢201,固定盘305上端通过条形钢板306与第一连杆302固定,能够提升立式风力发电机的稳定性。
其中,相邻的竖向风叶301之间通过方管309连接,以提升稳固性。
另外,上风叶组件400与下风叶组件300的机构相同,受风方向相反,即上风叶组件400顺时针旋转时,下风叶组件300逆时针旋转。
在本发明的一个实施例中,优选地,下风叶外固定管107的外圆面上设置有多个第一连接法兰307,第一连杆302一端与竖向风叶301连接固定,另一端设置有与第一连接法兰307相适配的第二连接法兰308。
在该实施例中,下风叶外固定管107的外圆面上设置有多个第一连接法兰307,对应多个竖向风叶301,第一连杆302上设置有第二法兰,第一法兰与第二法兰通过螺栓连接固定,从而将竖向风叶301固定于下风叶外固定管107。
同理,如图4所示,上风叶组件400包括梭型的上风叶401、第二连杆402、上风筒404、U型槽钢303和固定盘305。
在本发明的一个实施例中,优选地,风叶主轴102分为第一风叶轴、第二风叶轴和第三风叶轴,第一风叶轴和第二风叶轴之间通过紧固螺钉和连接管套111固定,第三风叶轴和第二风叶轴之间通过上风叶固定套管103和螺栓连接固定。
在该实施例中,通过将风叶主轴102分为第一风叶轴、第二风叶轴和第三风叶轴三段,第一风叶轴和第二风叶轴之间通过紧固螺钉和连接管套111固定,第三风叶轴和第二风叶轴之间通过上风叶固定套管103和螺栓连接固定,有利于风叶主轴102的拆装,同时,也避免了风叶主轴102受到径向力时发现断裂的问题,提升了立式风力发电机的安全性与稳定性,保证立式风力发电机的正常运转。
在本发明的一个实施例中,优选地,第一连杆包括横向第一连杆和斜向第一连杆,任一竖向风叶与对应的横向第一连杆和斜向第一连杆呈三角形结构,下风筒的上端和下端各设置有一个横向第一连杆。
在该实施例中,竖向风叶通过横向第一连杆和斜向第一连杆连接固定,横向第一连杆、斜向第一连杆和一部分竖向风叶组成三角形的稳定结构,提升竖向风叶固定的稳定性,同时,下风筒的上端和下端各设置有一个横向第一连杆,也保证的了下风筒的稳定性。
同样,上风叶同样设置为三角形结构,上风筒的上下两端设置有横向第二连杆,保证稳定性。
在本发明的一个实施例中,优选地,集电环205通过螺栓与第一风叶轴连接固定,集电环205下方设置有垫圈113,垫圈113下方设置有止动垫圈114,并通过螺帽锁紧集电环205。
在本发明的一个实施例中,优选地,风叶主轴102的顶端通过螺旋风叶602套管601连接固定有螺旋风叶602组件600,螺旋风叶602组件600中的螺旋风叶602呈U型,螺旋风叶602通过螺母及固定主轴固定。
在该实施例中,通过在风叶主轴102的顶端再设置螺旋风叶602组件600,螺旋风叶602呈U型,并通过螺母及固定主轴固定,能够与上风叶组件400共同驱动风叶主轴102转动,提升风能利用率。
在本发明的一个实施例中,优选地,第二风叶轴上设置有导线206孔。
在本发明的一个实施例中,优选地,立式风力发电机顶端设置有避雷针700。
在该实施例中,通过在立式风力发电机顶端设置避雷针700,能够有效地提升立式发电机的安全性与稳定性。
本发明一种立式风力发电机,包括电机主轴和发电组件,发电组件通过第一轴承套设于电机主轴上,电机主轴固定设置于风叶主轴上,风叶主轴的上部套设有上风叶固定套管,下部通过第二轴承连接有下风叶内固定管,下风叶内固定管的外侧通过第三轴承设置有下风叶外固定管,下风叶外固定管上固定有下风叶组件,其顶端与发电组件的磁钢固定连接,上风叶固定套管上固定有上风叶组件,下风叶组件通过下风叶外固定管驱动磁钢转动,上风叶组件通过风叶主轴驱动发电组件内的绕组进行与磁钢相反方向的转动,下风叶内固定管下底端设置有第四轴承,风叶主轴的底端设置有第五轴承,并配合固定设置有轴承压盖,从而合理的利用相对运动的作用,大大增加磁钢与绕组的相对运动速率,结构简单合理,有效地提升了风能的利用率,另外,通过设置第二轴承、第三轴承、第四轴承和第五轴承,一方面能够支撑机械旋转体,降低其转动过程中的摩擦系数,保证回转精度,优化立式风力发电机结构,同时能够减少风叶主轴的受力,避免了风叶主轴断裂引发的安全问题,提升发电机使用寿命,保证发电机的稳定性与可靠性。
在本发明中,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明并不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。
- 一种全自动独立式风力发电机塔架
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