專利名稱：兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電裝置，尤其涉及一種兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置。
背景技術：
目前，我國的大部分大型風力發電裝置為水平軸風力發電裝置，這樣的水平軸風力發電機的葉片設計目前普遍采用的是動量一葉素理論，但是由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動干擾，同時在應用葉素理論設計葉片時都忽略了翼型的阻力，這種簡化處理不可避免的造成了結果的不準確性，這種簡化對葉片外形設計的影響較小，但是對風輪的風能利用率影響很大，這樣實際的風能利用率比理論的風能的利用率要小的多。此外， 水平軸風力發電機的葉片在旋轉一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所受的就是一個交變載荷，這對于葉片的疲勞強度是非常不利，另外，水平軸的發電機都置于幾十米的高空，這給發電機的安裝和維護檢修帶來了很多的不便。同時對環境也存在著一定的影響，水平軸風輪的尖速比一般在5-7左右，在這樣的高速下葉片切割氣流將產生很大的氣動噪音。同時水平軸風力發電裝置的風片體積很大，需要較大的風速才能使其主軸旋轉，風能的利用率較低，做功效率不高，且安裝地區受到限制，只能安裝在我國的沿海和沙漠地區，而不適合在居住人口較多的內陸地區安裝。由于較大的體積和安裝地理位置的限制，則使其投資建設成本較高，安裝維修不便。而已存在的垂直軸風力發電裝置的風片和風輪機構的設計不夠完善，對風能的利用率不高，且發電量受限，不能實現大功率發電，而且以上各種形式的風力發電裝置受風向的影響比較大，不能適任意方向。
發明內容
本發明的目的是提供一種風能利用率高、維修方便的兆瓦級風力發電系統風能轉
換裝置。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，包括底座，底座上連接有外圍塔架，其特征是底座上方設計有風輪機構，風輪機構包括垂直旋轉軸，垂直旋轉軸的下部連接有水平方向的齒盤，垂直旋轉軸的下部和上部分別通過復合雙軌滾珠軸承與底座相連接，垂直旋轉軸上設計有固定座，固定座上連接有葉片支架，葉片支架上套有擋風葉片。此結構中，底座上設計有發電機，發電機上連接有齒輪，齒輪與齒盤相嚙合，
此結構中，擋風葉片包括葉片本體，葉片本體的兩側設計有弧形側葉片，葉片本體的上端設計有固定套，。此結構中，葉片支架固定連接有限位彈簧，限位彈簧與擋風葉片相對應，限位彈簧上設計有彈簧支架，彈簧支架與限位彈簧為一整體，彈簧支架位于擋風葉片后方。此結構中，葉片支架上設計有支架凸起，限位彈簧位于支架凸起之間。此結構中，固定座上開有螺孔，葉片支架的兩端帶有螺紋，葉片支架與固定座螺紋連接。此結構中，葉片支架為多層，下層的葉片支架位于上層擋風葉片的后方。此結構中，葉片支架的自由端連接有限位螺母。此結構中，葉片支架的自由端與垂直旋轉軸之間連接有斜拉線，所述葉片本體、弧形側葉片和固定套為一整體。此結構中，復合雙軌滾珠軸承包括軸承，軸承內套有復合軸承內套，軸承與復合軸承內套之間裝有滾珠座，滾珠座內裝有滾珠。本發明的優點效果在于由于本發明這種結構，所以本發明的優點如下
1. 發電量大，本風力發電系統的換能裝置的發電機通過一個齒輪與齒盤直接嚙合， 傳動比較大，在微風、弱風的程度下就能使垂直旋轉軸獲得很大的扭矩，單機容量可達到 3-10兆瓦，可以使多個發電機同時發電。2. 做功效率高，受風側迎風面擋風葉片受力大，逆風側背風擋風葉片幾乎無阻力，使得風的利用率大大提高。3. 風輪機構也具有合理的設計，上下層葉片支架相互交錯成最佳角度，使擋風葉片的受力面積得到了最大限度的利用，從而提高了風的利用率。4.該裝置對風向沒有要求，適應任意風向，便于普及。5.與水平軸風力發電裝置相比，其尖速比小，幾乎無噪音。6. 本裝置的擋風葉片可以鉸接在兩種不同類型的支架上，適應不同地區不同風能的要求，無地域的局限性。7. 與同類風力發電裝置相比，本裝置建設投資小，發電成本低，運營時間和使用壽命長，安裝維修方便，適應環境能力強。
圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為本發明的另一種結構示意圖； 圖3為本發明的俯視圖4為圖1中擋風葉片、限位彈簧、彈簧支架和葉片支架連接結構示意圖； 圖5為圖1中擋風葉片的結構示意圖； 圖6為圖1中擋風葉片的使用狀態參考圖； 圖7為圖1中復合雙軌滾珠軸承的結構示意圖。附圖中1、限位螺母；2、垂直旋轉軸；3、固定座；4、葉片支架；5、擋風葉片；6、外圍塔架；7、齒盤；8、底座；9、復合雙軌滾珠軸承；10、發電機；11、齒輪；12、限位彈簧；13、支架凸起；14、固定套；15、葉片本體；16、弧形側葉片； 17、彈簧支架；18、軸承；19、滾珠；20、復合軸承內套。
具體實施例方式
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下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明
本發明如圖1、2、3、4、5、6、7所示，一種兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，包括底座 8，底座8上連接有外圍塔架6，其特征是底座8上方設計有風輪機構，風輪機構包括垂直旋轉軸2，垂直旋轉軸2的下部連接有水平方向的齒盤7，垂直旋轉軸2的下部和上部分別通過復合雙軌滾珠軸承9與底座8相連接，垂直旋轉軸2上設計有固定座3，固定座3上連接有葉片支架4，葉片支架4上套有擋風葉片5，在本實施例中，底座8上設計有發電機10， 發電機10上連接有齒輪11，齒輪11與齒盤7相嚙合齒輪與齒盤間的傳動比大，齒盤周圍可以嚙合多個連接發電機的齒輪，上層和下層的葉片支架相互交錯最佳的角度，使風能的利用率大大提高。在本實施例中，擋風葉片5包括葉片本體15，葉片本體15的兩側設計有弧形側葉片16，葉片本體15的上端設計有固定套14，這種結構增大了風對擋風葉片的作用力，增大了垂直方向的扭矩，使垂直旋轉軸更容易啟動旋轉。在本實施例中，葉片支架4固定連接有限位彈簧12，限位彈簧12與擋風葉片5相對應，限位彈簧12上設計有彈簧支架 17，彈簧支架17與限位彈簧12為一整體，彈簧支架17位于擋風葉片5后方。在本實施例中，葉片支架4上設計有支架凸起13，限位彈簧12位于支架凸起13之間。使用本發明時， 可以根據地理環境的不同，選擇不同彈性系數的限位彈簧12，來適應不同的風速。擋風葉片下部無限位桿，可以翻轉五級風以下時只能單向翻轉，超過五級風時雙向翻轉。當擋風葉片受到微風的作用時，由于彈簧的彈力此時的彈力大于風對葉片的作用力使迎風面葉片保持豎直，背風側葉片受到風的作用被抬起，推動垂直旋轉軸的旋轉，實現微風就能發電的目的。當受到強風此時的風速在五級以上的作用時，其對擋風葉片的作用力大于彈簧對葉片的彈力，此時彈簧失去作用，使葉片沿著風向被抬起，釋放部分風能，使旋轉軸轉速不至于過大，防止強風對風輪機構及下部發電機造成損害。同時每個擋風葉片相互獨立，不受其他擋風葉片損壞后的影響，方便維修。在本實施例中，固定座3上開有螺孔，葉片支架4的兩端帶有螺紋，葉片支架4與固定座3螺紋連接，連接方便；在本實施例中，葉片支架4為多層， 下層的葉片支架4位于上層擋風葉片5的后方。在本實施例中，葉片支架4的自由端連接有限位螺母1，固定牢靠。在本實施例中，葉片支架4的自由端與垂直旋轉軸2之間連接有斜拉線，提高本發明的穩固性和支撐力，所述葉片本體15、弧形側葉片16和固定套14為一整體，整個裝置牢固。在本實施例中，復合雙軌滾珠軸承9包括軸承18，軸承18內套有復合軸承內套20，軸承18與復合軸承內套20之間裝有滾珠座，滾珠座內裝有滾珠19，利用復合雙軌滾珠軸承9能夠進一步減少阻力，本裝置更容易啟動，增加了風輪機構啟動的靈敏性， 效率高，發熱量少，可以減少潤滑油的消耗，維護方便。使用本發明時，下層的葉片支架4即可以作為上層的擋風葉片5的限位桿，當受風側的迎風面葉片受到風的作用力時，此時限位桿與擋風葉片接觸，擋風葉片順風的方向翻轉，推動旋轉軸的轉動，進而使下部的齒盤帶動發電機工作，逆風側的背風面擋風葉片受到風的作用力被釋放掉背風面基本上無阻力，同時弧形的葉片垂直安裝在支架上，與已現有的橫放的弧形葉片裝置相比，在雪天不會造成大雪的堆積，對支架造成破壞，不受惡劣天氣的影響，此時風輪結構受到力偶作用，產生圍繞中心軸旋轉的力矩，在微風、弱風的程度下就能通過旋轉軸下端的大齒輪帶動發電機轉動，發出兆瓦級的電量。本發明可以在很小的風速下使旋轉軸獲得很大的轉矩，可以同時使用多個發電機工作進行發電，且單機容量可達到3-10兆瓦。
使用本發明時，可以根據不同地區發電量的需求和風速的要求，可以垂直串聯安裝多組風輪機構，也可以水平并聯多組風輪機構，達到對電量的需求，最大限度的利用風能。葉片支架的上層和下層相互交錯最佳角度，這樣的設計相對增加了風的方向與受風側的迎風面葉片垂直接觸的時間，風對葉片連續性做功，使迎風面葉片的受力面積達到最大，風推動風葉做連續性旋轉，與同等產品相比本裝置大大的提高了風的利用率，實現了微風就能發電的目的。本發明的每個層面中有三個擋風支架相互夾角120度，且上下層支架相互交錯最佳角度。
權利要求
1.一種兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，包括底座(8)，底座(8)上連接有外圍塔架 (6)，其特征是底座(8)上方設計有風輪機構，風輪機構包括垂直旋轉軸(2)，垂直旋轉軸 (2)的下部連接有水平方向的齒盤(7)，垂直旋轉軸(2)的下部和上部分別通過復合雙軌滾珠軸承(9)與底座(8)相連接，垂直旋轉軸(2)上設計有固定座(3)，固定座(3)上連接有葉片支架(4)，葉片支架(4)上套有擋風葉片(5)。
2.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的底座(8)上設計有發電機(10)，發電機(10)上連接有齒輪(11)，齒輪(11)與齒盤(7)相嚙合。
3.根據權利要求2所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的擋風葉片(5)包括葉片本體(15)，葉片本體(15)的兩側設計有弧形側葉片(16)，葉片本體(15)的上端設計有固定套(14)，。
4.根據權利要求3所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的葉片支架(4)固定連接有限位彈簧(12)，限位彈簧(12)與擋風葉片(5)相對應，限位彈簧(12) 上設計有彈簧支架(17)，彈簧支架(17)與限位彈簧(12)為一整體，彈簧支架(17)位于擋風葉片(5)后方。
5.根據權利要求4所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的葉片支架(4)上設計有支架凸起(13)，限位彈簧(12)位于支架凸起(13)之間。
6.根據權利要求5所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的固定座(3)上開有螺孔，葉片支架(4)的兩端帶有螺紋，葉片支架(4)與固定座(3)螺紋連接。
7.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的葉片支架(4)為多層，下層的葉片支架(4)位于上層擋風葉片(5)的后方。
8.根據權利要求6或7所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的葉片支架(4)的自由端連接有限位螺母(1)。
9.根據權利要求8所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的葉片支架(4)的自由端與垂直旋轉軸(2)之間連接有斜拉線，所述葉片本體(15)、弧形側葉片(16)和固定套(14)為一整體。
10.根據權利要求9所述的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，其特征在于所述的復合雙軌滾珠軸承(9)包括軸承(18 )，軸承(18)內套有復合軸承內套(20)，軸承(18)與復合軸承內套(20 )之間裝有滾珠座，滾珠座內裝有滾珠(19 )。
全文摘要
一種風能利用率高、維修方便的兆瓦級風力發電系統風能轉換裝置，包括底座，底座上連接有外圍塔架，底座上方設計有風輪機構，風輪機構包括垂直旋轉軸，垂直旋轉軸的下部連接有水平方向的齒盤，垂直旋轉軸的下部和上部分別通過復合雙軌滾珠軸承與底座相連接，垂直旋轉軸上設計有固定座，固定座上連接有葉片支架，葉片支架上套有擋風葉片。
文檔編號F03D3/06GK102434385SQ20111045889
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者馮廣磊, 劉傳義, 劉全芝, 吳剛, 吳長友, 楊道彤, 王艷妮 申請人:楊道彤