專利名稱：用于風力發(fā)電機組的自適應型防風沙裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力防護設備技術領域，涉及一種用于風力發(fā)電機組的自適應型防風 沙裝置。
背景技術：
風力發(fā)電是清潔能源技術的重要發(fā)展方向。目前風力發(fā)電正向大型化發(fā)展。我國 陸路風電場主要集中在東北、內(nèi)蒙和新疆等風能資源豐富的地區(qū)。而這些地區(qū)風沙較多，天 空風沙彌漫，風場中往往伴隨有風沙和揚塵。風沙對風力發(fā)電機組的影響主要有對軸承、齒 輪、轉軸等轉動傳動系統(tǒng)的侵害和對發(fā)電機及其控制系統(tǒng)的侵害。沙塵對轉動傳動鏈的侵 害，會引起轉動運動中出現(xiàn)振動、卡死、疲勞、磨損等損害，造成機械設備的失效。所以風沙 的侵入會增加風電機組的維修成本、降低風力發(fā)電機的使用壽命，并存在重大事故隱患。工 作在風沙環(huán)境中的風電機組破壞率高達40 % 50 %。因此，防風沙風力發(fā)電技術和裝備已 經(jīng)成為我國北方風力發(fā)電發(fā)展的技術瓶頸。國外由于風電機的使用環(huán)境相對我國較好，對 防風沙的研究較少。目前小功率風力發(fā)電機組可密封安裝在發(fā)電機外殼內(nèi)。但大中型功率風電機組雖 然安裝在艙體內(nèi)，但由于存在安裝間隙、轉動副配合、發(fā)電機散熱和排水、維修人員進出門或 窗等，艙體無法做到完全密封來防風沙。目前的大中型風力發(fā)電機僅能通過增強艙體的密閉 性來防止風沙侵入。而風沙中的沙粒大的直徑可達幾個毫米，小的可為粉塵，很細微，粒徑約 5 30微米。僅通過改善密閉性和采用高性能防沙過濾網(wǎng)(如紙質濾器)的防風沙性能有 限。由于發(fā)電機組安裝在艙體內(nèi)，所以設計具有防風沙功能的艙體就很必要。目前，防風沙艙 體的設計集中在發(fā)電機艙體方面，如我國實用新型專利(專利號=200920151479. 3)防風沙型 風力發(fā)電機機艙，利用前艙和后艙結構，中間設置有帶通氣孔隔板，以及設置在不同部位的進 氣孔、排氣孔、通氣孔來防止發(fā)電機機艙內(nèi)空氣對流和排出空氣所夾雜的灰塵。而針對大中型 風力發(fā)電機組，受風沙侵害的不僅僅發(fā)電機，更重要的是傳動系統(tǒng)，所以設計具有防風沙功能 的發(fā)電機組(包含傳動系統(tǒng)和發(fā)電機)艙體具有很好的實用性。防風沙技術在電力機車通風系統(tǒng)中有較多研究，集中在獨立通風、多級空氣過濾 和通風管道結構設計上。機車的通風系統(tǒng)總的設計思路是初級過濾后的空氣進入大的箱 體，進行儲氣、除塵，然后進入細濾器再進入牽引電機通風系統(tǒng)。設計的關鍵是通風機的防 風沙裝置，相關專利有我國實用新型專利(專利號=200820222888. 3)機車牽引電機通風機 防風沙裝置，主要由過濾箱模塊和排塵通風機組成，兩級過濾，動力除塵，獨立風道。目前風電機領域采用的防風沙技術總體上是被動式的，考慮到過濾網(wǎng)的通氣性能 以及密封元件的老化問題，無法適應長期防風沙要求。而引入復雜的過濾器通風系統(tǒng)又涉 及到動力和能耗問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種用于風力發(fā)電機組的自適應型
3防風沙裝置。本發(fā)明包括風力發(fā)電機組艙體和艙體內(nèi)的過濾增壓傳動裝置，風力發(fā)電機組艙體 分為三段，依次是碗狀的頭部、兩端開放的圓筒形的身部和圓凸面的尾部。頭部、身部和尾 部依次拼接形成風力發(fā)電機組艙體，艙體外的身部設置有偏航軸承，該身部上還開有窗口。過濾增壓傳動裝置包括多個皮帶輪、第一錐齒輪換向機構、第二錐齒輪換向機構、 螺桿式壓縮機、緩沖氣箱、旋風式過濾器、過濾氣箱和過濾網(wǎng)。艙體頭部的中央位置安裝有主軸軸承，艙體內(nèi)的主軸一端設置在主軸軸承內(nèi)，另 一端與傳動裝置的輸入端連接，傳動裝置的輸出端與風力發(fā)電機連接?？拷鼈鲃友b置的主軸上套置有第一皮帶輪，第一皮帶輪通過皮帶與第二皮帶輪連 接，第二皮帶輪的輸出軸與第一錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪連接，第一錐齒輪換向機 構中的從動錐齒輪輸出軸通過皮帶與第二錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪連接，第二錐齒 輪換向機構中的從動錐齒輪輸出軸上依次設置有第三皮帶輪和第四皮帶輪，所述的第一錐 齒輪換向機構中的從動錐齒輪與第二錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪均平行設置在靠近 艙體腔內(nèi)底部。第三皮帶輪的正上方設置有第五皮帶輪，第五皮帶輪的輸出軸與螺桿式壓縮機的 轉動軸連接，螺桿式壓縮機的出氣孔位于艙體內(nèi)，螺桿式壓縮機的進氣孔位于緩沖氣箱內(nèi)， 緩沖氣箱為內(nèi)部中空的圓錐臺，緩沖氣箱的小圓面為頂蓋，大圓面為底蓋。第四皮帶輪的正上方設置有第六皮帶輪，第六皮帶輪位于螺桿式壓縮機下方，第 六皮帶輪輸出軸穿過緩沖氣箱的頂蓋與設置在緩沖氣箱的底蓋上的第七皮帶輪連接；第七 皮帶輪通過皮帶帶動旋風式過濾器主軸轉動。旋風式過濾器設置在緩沖氣箱和過濾氣箱之 間，過濾氣箱位于旋風式過濾器和艙體尾部之間。緩沖氣箱底蓋靠近旋風式過濾器的下側開有第一排沙孔，第一排沙孔通過集沙板 連接至第二排沙孔，過濾氣箱與第二排沙孔聯(lián)通，第二排沙孔開在艙體尾部；與過濾氣箱對 應的艙體尾部裝有過濾網(wǎng)。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有以下有益效果長效性由于本發(fā)明采用艙體正壓技術來防風沙侵入艙體，即主動將風沙向艙外 吹，變被動防風沙為主動防風沙。艙體無需經(jīng)常更換密封件、更新轉動潤滑系統(tǒng)，所以防風 沙效果好、效力長久。無需額外動力由于通過傳動系統(tǒng)借用了風機主軸的轉動動力，無需額外的動力 源，使得裝置結構簡單。自適應性能設計的傳動系統(tǒng)合理配置了風機主軸與壓縮機轉軸、過濾器轉軸的 傳動比，使得壓縮機和過濾器的輸出功效隨著主軸的轉速而正比變化，而風機主軸的轉速 與風沙速度成正比，所以本發(fā)明具有自適應特點，能夠在低風沙風速下，保持較低的正壓； 高風沙風速下，保持較高的正壓。具有通用性和經(jīng)濟性不影響風力發(fā)電機組的原有安裝方法，不影響發(fā)電機原有 的通風散熱工作，只是需略微增加艙體尾端的體積，從而使得本發(fā)明很容易通過對已有大 中型風力發(fā)電機艙體的改造而實現(xiàn)。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，用于風力發(fā)電機組的自適應型防風沙裝置包括風力發(fā)電機組艙體和 艙體內(nèi)的過濾增壓傳動裝置，風力發(fā)電機組艙體分為三段，依次是碗狀的頭部29、兩端開放 的圓筒形的身部5和圓凸面的尾部12。頭部29、身部5和尾部12依次拼接形成風力發(fā)電 機組艙體，艙體外的身部設置有偏航軸承25，偏航軸承25用于與風力發(fā)電機塔架連接，該 身部上還開有窗口 10。過濾增壓傳動裝置包括多個皮帶輪、第一錐齒輪換向機構、第二錐齒輪換向機構、 螺桿式壓縮機8、緩沖氣箱11、旋風式過濾器15、過濾氣箱14和過濾網(wǎng)16。艙體頭部29的中央位置安裝有主軸軸承1，艙體內(nèi)的主軸2 —端設置在主軸軸承 1內(nèi)，另一端與傳動裝置3的輸入端連接，傳動裝置3的輸出端與風力發(fā)電機4連接?？拷鼈鲃友b置3的主軸2上套置有第一皮帶輪28，第一皮帶輪28通過皮帶與第 二皮帶輪27連接，第二皮帶輪27的輸出軸與第一錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪26-1連 接，第一錐齒輪換向機構中的從動錐齒輪26-2輸出軸通過皮帶與第二錐齒輪換向機構中 的主動錐齒輪24-2連接，第二錐齒輪換向機構中的從動錐齒輪24-1輸出軸上依次設置有 第三皮帶輪23和第四皮帶輪22，第一錐齒輪換向機構中的從動錐齒輪與第二錐齒輪換向 機構中的主動錐齒輪均平行設置在靠近艙體腔內(nèi)底部。第三皮帶輪23的正上方設置有第五皮帶輪6，第五皮帶輪6的輸出軸與螺桿式壓 縮機8的轉動軸連接，螺桿式壓縮機8的出氣孔7位于艙體內(nèi)，螺桿式壓縮機8的進氣孔9 位于緩沖氣箱11內(nèi)，為了保證安裝的穩(wěn)定性，采用金屬架13對稱固定連接緩沖氣箱和艙體 尾部，緩沖氣箱11為內(nèi)部中空的圓錐臺，緩沖氣箱11的小圓面為頂蓋，大圓面為底蓋。第四皮帶輪22的正上方設置有第六皮帶輪21，第六皮帶輪21位于螺桿式壓縮機 8下方，第六皮帶輪21輸出軸穿過緩沖氣箱11的頂蓋與設置在緩沖氣箱11的底蓋上的第 七皮帶輪17連接；第七皮帶輪17通過皮帶帶動旋風式過濾器15主軸轉動。旋風式過濾器 15設置在緩沖氣箱11和過濾氣箱14之間，過濾氣箱14位于旋風式過濾器15和艙體尾部 12之間，過濾氣箱采用金屬薄板材制作。緩沖氣箱11底蓋靠近旋風式過濾器15的下側開有第一排沙孔20，第一排沙孔20 通過集沙板19連接至第二排沙孔18，即在第一排沙孔20和第二排沙孔18之間搭建集沙板 19，便于緩沖氣箱11內(nèi)的小顆粒通過集沙板19排到第二排沙孔18而排除艙內(nèi)，排沙孔的 孔徑一般在3 6cm之間；與過濾氣箱14對應的艙體尾部12裝有過濾網(wǎng)16，過濾網(wǎng)與艙 體尾部用橡膠密封。由于過濾器和壓縮機的轉速都高于主軸的轉速，所以第一皮帶輪和第二皮帶輪應 采取增速方式，即第一皮帶輪齒數(shù)大于第二皮帶輪齒數(shù)，實現(xiàn)第一級的增速。第四皮帶輪和 第六皮帶輪可實現(xiàn)第二級增速，第七皮帶輪和旋風式過濾器主軸可實現(xiàn)第三級增速，從而 實現(xiàn)旋風式過濾器所需的高轉速。第三皮帶輪與第五皮帶輪實現(xiàn)第二級增速，從而達到螺 桿式壓縮機所需轉速。第一錐齒輪換向機構與第二錐齒輪換向機構的傳動比可為1 1，也可適當做增速傳動。工作時，風的流通方向如圖中空心箭頭所示。外界的風首先通過過濾網(wǎng)進入過濾 氣箱，實現(xiàn)第一級過濾。而后通過過濾器進入緩沖氣箱，實現(xiàn)第二級過濾。緩沖氣箱中的 空氣所含微量沙塵可在大體積氣箱內(nèi)、重力作用下，下沉到緩沖氣箱的底部，實現(xiàn)第三級過 濾。緩沖氣箱內(nèi)的清潔空氣通過進氣口進入壓縮機被壓縮，從出氣口增壓后排入艙體。由 于艙體存在軸承配合安裝和窗口，增壓后的氣體將會從軸承安裝位、窗口等存在間隙處慢 速地排入外界大氣中。排塵中，沙塵的排除如圖中實心箭頭所示。過濾箱體中的沙塵由于沉降從其與第 二排沙孔聯(lián)通處排出艙體；緩沖氣箱中的沙塵依次通過第一排沙孔、集沙板和第二排沙孔 排出艙體。
權利要求
用于風力發(fā)電機組的自適應型防風沙裝置，包括風力發(fā)電機組艙體和艙體內(nèi)的過濾增壓傳動裝置，風力發(fā)電機組艙體分為三段，依次是碗狀的頭部、兩端開放的圓筒形的身部和圓凸面的尾部；頭部、身部和尾部依次拼接形成風力發(fā)電機組艙體，艙體外的身部設置有偏航軸承，該身部上還開有窗口，其特征在于過濾增壓傳動裝置包括多個皮帶輪、第一錐齒輪換向機構、第二錐齒輪換向機構、螺桿式壓縮機、緩沖氣箱、旋風式過濾器、過濾氣箱和過濾網(wǎng)；艙體頭部的中央位置安裝有主軸軸承，艙體內(nèi)的主軸一端設置在主軸軸承內(nèi)，另一端與傳動裝置的輸入端連接，傳動裝置的輸出端與風力發(fā)電機連接；靠近傳動裝置的主軸上套置有第一皮帶輪，第一皮帶輪通過皮帶與第二皮帶輪連接，第二皮帶輪的輸出軸與第一錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪連接，第一錐齒輪換向機構中的從動錐齒輪輸出軸通過皮帶與第二錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪連接，第二錐齒輪換向機構中的從動錐齒輪輸出軸上依次設置有第三皮帶輪和第四皮帶輪，所述的第一錐齒輪換向機構中的從動錐齒輪與第二錐齒輪換向機構中的主動錐齒輪均平行設置在靠近艙體腔內(nèi)底部；第三皮帶輪的正上方設置有第五皮帶輪，第五皮帶輪的輸出軸與螺桿式壓縮機的轉動軸連接，螺桿式壓縮機的出氣孔位于艙體內(nèi)，螺桿式壓縮機的進氣孔位于緩沖氣箱內(nèi)，緩沖氣箱為內(nèi)部中空的圓錐臺，緩沖氣箱的小圓面為頂蓋，大圓面為底蓋；第四皮帶輪的正上方設置有第六皮帶輪，第六皮帶輪位于螺桿式壓縮機下方，第六皮帶輪輸出軸穿過緩沖氣箱的頂蓋與設置在緩沖氣箱的底蓋上的第七皮帶輪連接；第七皮帶輪通過皮帶帶動旋風式過濾器主軸轉動；旋風式過濾器設置在緩沖氣箱和過濾氣箱之間，過濾氣箱位于旋風式過濾器和艙體尾部之間；緩沖氣箱底蓋靠近旋風式過濾器的下側開有第一排沙孔，第一排沙孔通過集沙板連接至第二排沙孔，過濾氣箱與第二排沙孔聯(lián)通，第二排沙孔開在艙體尾部；與過濾氣箱對應的艙體尾部裝有過濾網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風力發(fā)電機組的自適應型防風沙裝置。現(xiàn)有的設備抗風沙能力差，結構復雜。本發(fā)明采用過濾網(wǎng)和過濾器組成的空氣過濾裝置實現(xiàn)對風沙環(huán)境中外界空氣的過濾；通過螺桿壓縮機將過濾后的空氣壓入艙體內(nèi)部；風機主軸的轉動通過合理配比的帶輪和齒輪傳動系統(tǒng)傳遞給過濾器和壓縮機，從而無需額外增加動力系統(tǒng)就可實現(xiàn)過濾和增壓；壓入艙體的空氣保證艙體內(nèi)氣壓高于外界大氣壓，使得風沙無法從艙體有轉動副或安裝間隙處進入艙體，實現(xiàn)防風沙功能。
文檔編號F03D11/00GK101943139SQ20101029547
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年9月27日
發(fā)明者王斌銳, 金英連 申請人:中國計量學院