專利名稱：龍門風力發電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種龍門風力發電裝置。
背景技術：
風是沒有公害的能源之一。而且它取之不盡，用之不竭。對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區、山區和高原地帶，因地制宜地利用風力發電，非常適合，大有可為。風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2. 74X109MW，其中可利用的風能為2X107MW，比地球上可開發利用的水能總量還 要大10倍。我國風能資源豐富，可開發利用的風能儲量約10億kW，其中，陸地上風能儲量約
2.53億kW(陸地上離地IOm高度資料計算)，海上可開發和利用的風能儲量約7. 5億kW，共計10億kffo風力發電，就是把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能。風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過傳動機構驅動發電機轉動，從而達到發電的目的。依據目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度(微風的程度)，便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電不需要使用燃料，也不會產生輻射或空氣污染。傳統的風力發電裝置一般為水平軸風力發電裝置，根據結構不同，可分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發電裝置旋轉速度快，阻力型旋轉速度慢。對于風力發電，多采用升力型水平軸風力發電裝置。水平軸風力發電裝置必須具有對風裝置，這樣可以隨風向改變而轉動。對于小型風力發電裝置，這種對風裝置采用尾舵，而對于大型的風力發電裝置，則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構。傳統風力發電裝置的迎風面較大，對風的利用率較高，但其存在以下不足之處1、葉片尺寸較大，一般在40米左右，因此占用空間很大，而且巨大的葉片在旋轉時產生的噪音也很大，限制了其安裝位置；2、葉片尺寸大還會導致發電機軸向易受風力影響，較小的風力就要求發電機負擔較大的軸向承載力，對發電機要求較高，導致成本的直接增加；3、發電機轉軸不但需要承載葉片的巨大重量，葉片旋轉后的受風面各處受力不均，還會使發電機徑向受力不均，嚴重影響發電機使用壽命；4、發電機安裝在鐵塔頂端，發電機重量大、安裝困難、安裝維護費用高；5、因為其葉片較大，對材料要求較高，導致成本較高，而且較大的受風面在遇到大風或臺風時，抵抗力較差，葉片容易損壞。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述不足提供一種結構合理，風能利用率較高、抗風能力強、制造及維護成本低，且發電機使用壽命長的龍門風力發電裝置。為解決上述技術問題，本龍門風力發電裝置的結構特點是包括支架，支架上臂通過推力軸承吊裝有轉軸，轉軸兩端分別通過轉動軸承安裝在支架上，轉軸上固裝有能夠驅動轉軸轉動的葉片，支架底部安裝有通過傳動機構與轉軸下端傳動連接的發電機。本結構的龍門風力發電裝置是通過垂直吊裝結構來實現風能利用率較高、抗風能力強、制造及維護成本低，且發電機使用壽命長的。垂直吊裝結構包括起固定支撐作用的支架，支架內安裝有豎直設置的轉軸，轉軸可以繞轉軸軸心線自由轉動。轉軸外周上固定設置有葉片，葉片的主要作用，是收集風力并推動轉軸轉動。轉軸下端傳動連接有傳動機構，傳動機構輸出端傳動連接有發電機。這樣，當葉片推動轉軸轉動時，轉軸會通過傳動機構推動發電機同步轉動，也就實現了風力發電的目的。在本龍門風力發電裝置中，支架上部通過推力軸承豎直吊裝在支架內，因此，轉軸及轉軸上葉片的重量就基本由推力軸承來支撐。這樣，不但大大降低了傳動機構及發電機對轉軸的承載要求，有助于延長傳動機構及發電機的使用壽命，還大大減小了轉軸的轉動阻力，有助于提高風能利用率和發電效率。轉軸上下兩端分別通過轉動軸承對應安裝在支架上，轉動軸承可以為轉軸提供徑向支撐，有效避免徑向晃動問題，有助于提高抗風能力。本龍門風力發電裝置由于采用豎直轉軸設計，在轉軸上沿轉軸軸向設置大量葉片，這樣，不但可以增大受風面積，而且還可以大大縮短葉片的長度，大大降低了葉片的受風強度 ，有助于降低生產成本和對后續傳動部件的影響。作為改進，葉片在縱向上呈中部向前突出，上下兩端向后圓滑過渡的弧形，葉片在橫向上呈中部靠外周部分向前突出，左右兩端向后圓滑過渡的弧形。將葉片設計得在縱向上呈中部向前突出，上下兩端向后圓滑過渡的弧形，也就是將葉片的迎風面設計成凹面，并將葉片的背風面設計成凸面。這樣，迎風的凹面設計可以起到收集風力的作用，增大葉片的受風效果或風能利用率；而背風的凸面設計則可以起到降低風阻的作用，有助于轉軸順暢轉動。葉片在橫向上設計成中部靠外周部分向前突出，左右兩端向后圓滑過渡的弧形，可以起到如上所述的集風作用。在橫向和縱向弧形結構的配合下，本葉片就形成了“勺子”狀結構，“勺子”柄部與轉軸連接，而“勺子” 口部也就是橫向上中部靠外周部分。因為在橫向上中部靠外周部分向前凸出，所以在橫向上風力是被集中在“勺子”口部，也就是葉片中部靠外周部分。葉片中部靠外周部分距離轉軸較遠，將風力集中在中部靠外周部分可以起到增加力矩的作用，有助于達到微風就能推動轉軸轉動的目的。作為進一步改進，葉片繞轉軸外周呈螺旋狀排列。將葉片繞轉軸外周呈螺旋狀排列，可以用較少數量的葉片實現較大面積的整體受風面，有助于降低轉動自重和成本，還可以持續接收風力、持續對轉軸施力，有助于實現對轉軸的無級、圓滑驅動，保證了發電機恒速、穩定轉動，發電質量更高。作為改進，轉軸外周兩端部和轉動軸承內壁上設有軸向滑動配合的鍵槽，轉軸上還安裝有在風吹動下驅動轉軸上滑的上升輪，轉軸下端和傳動機構之間安裝有在轉軸下降時與發電機傳動配合并在轉軸上升后與發電機解除傳動配合的離合器。在轉軸外周兩端部和轉動軸承內壁上設置軸向滑動配合的鍵槽，可以保證轉軸和轉動軸承內環只會進行軸向滑動配合，而不會產生相對轉動配合。這樣，在轉軸轉動時，轉軸還會通過鍵槽驅動轉動軸承內圈轉動，也就是說，轉軸還是在轉動軸承的支撐下自由轉動，保證了轉軸轉動的穩定性。轉軸上固設的上升輪的主要作用，是在受到風力吹動時，給予轉軸一個上升力，風力越大，上升輪給予轉軸的上升力也就越大。當遇到臺風等風力較強的風時，上升輪給予轉軸的上升力會克服轉軸及葉片的自重而推動轉軸軸向上移。此時，設置在轉軸下端和傳動機構之間的離合器會分離開來，也就是說，葉片推動轉軸轉動，但是傳動機構和發電機都是靜止不動的。這樣，就可以在遇到臺風等強烈大風時，本龍門風力發電裝置具有自動解除傳動關系、保護發電機等相關設備的作用，大大提高了本龍門風力發電裝置的抗大風能力和使用壽命。作為一種實現方式，所述離合器包括固設在轉軸下端的主動盤和與傳動機構輸入端固接的被動盤，主動盤和被動盤同軸設置且相鄰盤面上設有對應嚙合的楔形齒槽。本離合器是通過盤式摩擦結構來實現傳動離合的。設置在轉軸下端的主動盤和與傳動機構輸出端固接的被動盤上下同軸設置，主動盤可以隨轉軸升降，從而實現與被動盤的接觸或分離。主動盤和被動盤的對應盤面上設置有相互嚙合的齒槽，齒槽可以起到嵌位或增大接觸摩擦力的作用。在風力不大時，轉軸及葉片的重量會使主動盤壓緊在被動盤上，此時離合器處于壓合狀態。此時，葉片驅動轉軸轉動時，轉軸會通過離合器驅動發電機轉動而發電。在風里較大時，葉片會在驅動轉軸轉動的同時驅動轉軸向上滑動，轉軸會帶動主動盤遠離被動盤，此時離合器處于分離狀態。此時，葉片只驅動轉軸轉動，而傳動機構和發電 機保持靜止狀態。在本離合器中，齒槽橫截面設置成楔形，這樣主動盤和被動盤無論在分離或壓合時，都非常平滑，減少了噪音，有助于離合器離合動作的順利切換。作為改進，支架上臂下方的轉軸上固設有限位環，限位環和支架上臂之間的轉軸上套裝有彈簧，彈簧兩端的轉軸上安裝有輔助推力軸承。在轉軸上設置彈簧和限位環，可以利用彈簧自身的彈力通過限位環來推動轉軸下壓，這樣，在風力不是特別大時，風力通過上升輪抬升轉軸的力不足以克服轉軸和葉片自重以及彈簧的彈力，此時風力將全部用來做功發電。只有在遇到臺風等破壞性風力時，上升輪抬升轉軸的力才會克服轉軸和葉片自重以及彈簧的彈力，在驅動轉軸轉動的同時將轉軸向上抬升。此時，轉軸下端和傳動機構之間的離合器處于分離狀態，也就是說，轉軸空轉，傳動機構和發電機靜止不動，這樣就起到了在臺風等強風天氣時保護發電機及相關設備的目的，大大提高了本龍門風力發電裝置的運行可靠性和使用壽命。轉軸上套裝的與彈簧兩端配合的輔助推力軸承，可以起到使彈簧相對轉軸順暢轉動，防止彈簧兩端磨損的作用，既保證了運行可靠性，又避免了摩擦噪音。作為進一步改進，轉軸上還固設有剎車片，支架上安裝有與剎車片配合的抱閘。在遇到大臺風等極端天氣時，可以通過操作抱閘將剎車片抱死，此時轉軸和葉片也就相對支架固定不動，相當于剎車。這樣，就可以保證在極端天氣時，本龍門風力發電裝置整體停機，大大提高了使用安全性。作為更進一步改進，支架上還安裝有能驅動抱閘動作的風機。當有風吹動風機轉動時，風機輸出的電能會輸送給抱閘。在正常風力情況下，風機產生的電能不足以驅動抱閘動作，因此，葉片和轉軸會驅動發電機發電。在遇到大臺風等極端天氣時，風機輸出的電能會驅動抱閘抱死剎車片，此時龍門風力發電裝置除風機外整體停機。在大臺風等極端天氣過后，風機輸出的電能因為不足以驅動抱閘動作而自動解除剎車狀態，此時本龍門風力發電裝置又自動恢復發電狀態。在本龍門風力發電裝置中，風力不同，風機輸出的電能不同，因而可以根據風力不同而進行剎車或解除剎車的自動控制，無需人員操作，大大降低了維護成本，適應性更強，特別適合在地廣人稀的偏遠地區使用。綜上所述，采用這種結構的龍門風力發電裝置，結構合理，風能利用率較高、抗風能力強、制造及維護成本低，且發電機使用壽命長，特別適合在地廣人稀的偏遠地區使用。
結合附圖對本發明做進一步詳細說明圖I為本發明的結構示意圖。圖中1為支架，2為轉軸，3為葉片，4為發電機，5為鍵槽，6為上升輪，7為離合器，8為限位環，9為彈簧，10為輔助推力軸承，11為剎車片，12為抱閘，13為風機，14為主動盤，15為被動盤,16為齒槽,17為推力軸承，18為轉動軸承，19為防雨帽,20為傳動機構。
具體實施例方式如圖I所示，該龍門風力發電裝置包括支架1，支架I呈龍門結構，架設更方便。支架I上部通過推力軸承17吊裝有轉軸2，轉軸2可以繞轉軸2軸心線自由轉動。轉軸2外 周上固定設置有葉片3，葉片3的主要作用，是收集風力并推動轉軸2轉動。轉軸2下端傳動連接有傳動機構20，傳動機構20輸出端傳動連接有發電機4。這樣，當葉片3推動轉軸2轉動時，轉軸2會通過傳動機構推動發電機4同步轉動，也就實現了風力發電的目的。在本龍門風力發電裝置中，轉軸2是豎直吊裝在支架I內的，也就是說轉軸2呈“懸空”狀態，此時，轉軸2及轉軸2上葉片3的重量就基本由推力軸承17來支撐。這樣，不但大大降低了傳動機構及發電機4對轉軸2的承載要求，有助于延長傳動機構及發電機4的使用壽命，“懸空”狀態還大大減小了轉軸2的轉動阻力，有助于提高風能利用率和發電效率。轉軸2上下兩端分別通過轉動軸承18對應安裝在支架I上，轉動軸承18可以為轉軸2提供徑向支撐，有效避免徑向晃動問題，有助于提高抗風能力。本龍門風力發電裝置由于采用豎直轉軸2設計，在轉軸2上沿轉軸2軸向設置大量葉片3，這樣，不但可以增大受風面積，而且還可以大大縮短葉片3的長度，大大降低了葉片3的受風強度，有助于降低生產成本和對后續傳動部件的影響。葉片3在縱向上呈中部向前突出，上下兩端向后圓滑過渡的弧形，也就是將葉片3的迎風面設計成凹面，并將葉片3的背風面設計成凸面。這樣，迎風的凹面設計可以起到收集風力的作用，增大葉片3的受風效果或風能利用率；而背風的凸面設計則可以起到降低風阻的作用，有助于轉軸2順暢轉動。葉片3在橫向上設計成中部靠外周部分向前突出，左右兩端向后圓滑過渡的弧形，可以同樣起到如上所述的集風作用。在橫向和縱向弧形結構的配合下，本葉片3就形成了迎風面凹背風面凸的“勺子”狀結構，“勺子”柄部與轉軸2連接，而“勺子” 口部也就是葉片橫向上中部靠外周部分。因為在橫向上中部靠外周部分向前凸出，所以在橫向上風力是被集中在“勺子”口部，也就是葉片3中部靠外周部分。葉片3中部靠外周部分距離轉軸2較遠，將風力集中在中部靠外周部分可以起到增加力矩的作用，有助于達到微風就能推動轉軸2轉動的目的。各葉片3繞轉軸2外周呈螺旋狀排列，這樣可以用較少數量的葉片3實現較大面積的整體受風面，有助于降低轉動自重和成本，還可以持續接收風力、持續對轉軸2施力，有助于實現對轉軸2的無級、圓滑驅動，保證了發電機4恒速、穩定轉動，發電質量更高。轉軸2外周兩端部和轉動軸承18內壁上設有軸向滑動配合的鍵槽5，鍵槽5的主要作用，是保證轉軸2相對轉動軸承18內環只能進行軸向滑動配合，而不能進行相對轉動配合。這樣，在轉軸2轉動時,轉軸2還會通過鍵槽5驅動轉動軸承18內圈轉動,也就是說，轉軸2還是在轉動軸承18的支撐下自由轉動，保證了轉軸2轉動的順暢性和穩定性。轉軸
2上還安裝有在風吹動下驅動轉軸2上滑的上升輪6，轉軸2下端和傳動機構之間安裝有在轉軸2下降時與發電機4傳動配合并在轉軸2上升后與發電機4解除傳動配合的離合器7。上升輪6的主要作用，是在受到風力吹動時，給予轉軸2 —個上升力，風力越大，上升輪6給予轉軸2的上升力也就越大。當遇到臺風等風力較強的風時，上升輪6給予轉軸2的上升力會克服轉軸2及葉片3的自重而推動轉軸2軸向上移。此時，設置在轉軸2下端和傳動機構之間的離合器7會分離開來，也就是說，葉片3推動轉軸2轉動，但是傳動機構和發電機4都是靜止不動的。這樣，就可以在遇到臺風等強烈大風時，本龍門風力發電裝置具有自動解除傳動關系、保護發電機4等相關設備的作用，大大提高了本龍門風力發電裝置的抗大風能力和使用壽命。在本實施例中，所述離合器7包括固設在轉軸2下端的主動盤14和與傳動機構輸入端固接的被動盤15，主動盤14和被動盤15同軸設置且相鄰盤面上設有對應嚙合的楔形齒槽16。離合器7是通過盤式摩擦結構來實現傳動離合的，摩擦結構的主體就是主動盤14 和被動盤15。主動盤14可以隨轉軸2升降，而被動盤15相對傳動裝置和支架I在軸向上是固定不動的，因此通過控制主動盤14的升降即可實現主動盤14與被動盤15的接觸或分離。主動盤14和被動盤15的對應盤面上設置有相互嚙合的齒槽16，齒槽16可以起到嵌位或增大接觸摩擦力的作用。在風力不大時，轉軸2及葉片3的重量會使主動盤14壓緊在被動盤15上，此時離合器7處于壓合狀態。此時，葉片3驅動轉軸2轉動時，轉軸2會通過離合器7驅動發電機4轉動而發電。在風里較大時，葉片3會在驅動轉軸2轉動的同時驅動轉軸2向上滑動，轉軸2會帶動主動盤14遠離被動盤15，此時離合器7處于分離狀態。此時，葉片3只驅動轉軸2轉動，而傳動機構和發電機4保持靜止狀態，這樣就保證了在大風天氣時發電機的運轉安全。在本離合器7中，齒槽16橫截面設置成楔形，這樣主動盤14和被動盤15無論在分離或壓合時，都非常平滑，減少了噪音，有助于離合器7離合動作的順利切換。支架I上臂下方的轉軸2上固設有限位環8，限位環8和支架I上臂之間的轉軸2上套裝有彈簧9，彈簧9可以利用自身的彈力通過限位環8來推動轉軸2下壓。這樣，在風力不是特別大時，風力通過上升輪6抬升轉軸2的力不足以克服轉軸2和葉片3自重以及彈簧9的彈力，此時風力將全部用來做功發電。只有在遇到臺風等破壞性風力時，上升輪6抬升轉軸2的力才會克服轉軸2和葉片3自重以及彈簧9的彈力，在驅動轉軸2轉動的同時將轉軸2向上抬升。此時，轉軸2下端和傳動機構之間的離合器7處于分離狀態，也就是說，轉軸2空轉，傳動機構和發電機4靜止不動，這樣就起到了在臺風等強風天氣時保護發電機4及相關設備的目的，大大提高了本龍門風力發電裝置的運行可靠性和使用壽命。轉軸上套裝的與彈簧兩端配合的輔助推力軸承10，在轉軸2轉動時，可以起到使彈簧相對轉軸順暢轉動，防止限位環帶動彈簧轉動而造成彈簧兩端磨損的作用，既保證了運行可靠性，又避免了摩擦噪音。在本實施例中，轉軸2上還固設有剎車片11，剎車片11呈圓盤狀，支架I上安裝有與剎車片11配合的抱閘12。在遇到大臺風等極端天氣時，可以通過手動操作抱閘12將剎車片11抱死，此時轉軸2和葉片3也就相對支架I固定不動，相當于剎車。這樣，就可以保證在極端天氣時，本龍門風力發電裝置整體停機，大大提高了使用安全性。支架I上還安裝有能驅動抱閘12動作的風機13。當有風吹動風機13轉動時，風機13輸出的電能會輸送給抱閘12。在正常風力情況下，風機13產生的電能不足以驅動抱閘12動作，因此，葉片3和轉軸2會驅動發電機4發電。在遇到大臺風等極端天氣時，風機13輸出的電能會驅動抱閘12抱死剎車片11，此時龍門風力發電裝置除風機13外整體停機。在大臺風等極端天氣過后，風機13輸出的電能因為不足以驅動抱閘12動作而自動解除剎車狀態，此時本龍門風力發電裝置又自動恢復發電狀態。在本龍門風力發電裝置中，風力不同，風機13輸出 的電能不同，因而可以根據風力不同而進行剎車或解除剎車的自動控制，無需人員操作，大大降低了維護成本，適應性更強，特別適合在地廣人稀的偏遠地區使用。在本實施例中，支架I上端安裝有防雨帽，可以防止雨水灌入軸承內，有助于保證該龍門風力發電裝置的可靠運行。傳動機構采用常規傳動結構設計，其工作原理屬于公知技術，在此不再細述。
權利要求
1.一種龍門風力發電裝置，其特征是包括支架(1)，支架(I)上臂通過推力軸承(17)吊裝有轉軸(2)，轉軸(2)兩端分別通過轉動軸承(18)安裝在支架(I)上，轉軸(2)上固裝有能夠驅動轉軸(2)轉動的葉片(3)，支架(I)底部安裝有通過傳動機構與轉軸(2)下端傳動連接的發電機⑷。
2.如權利要求I所述的龍門風力發電裝置，其特征是葉片(3)在縱向上呈中部向前突出，上下兩端向后圓滑過渡的弧形，葉片(3)在橫向上呈中部靠外周部分向前突出，左右兩端向后圓滑過渡的弧形。
3.如權利要求2所述的龍門風力發電裝置，其特征是葉片(3)繞轉軸(2)外周呈螺旋狀排列。
4.如權利要求1-3任一權利要求所述的龍門風力發電裝置，其特征是轉軸(2)外周兩端部和轉動軸承(18)內壁上設有軸向滑動配合的鍵槽(5)，轉軸(2)上還安裝有在風吹動下驅動轉軸(2)上滑的上升輪￠)，轉軸(2)下端和傳動機構之間安裝有在轉軸(2)下降時與發電機(4)傳動配合并在轉軸(2)上升后與發電機(4)解除傳動配合的離合器(7)。
5.如權利要求4所述的龍門風力發電裝置，其特征是所述離合器(7)包括固設在轉軸(2)下端的主動盤(14)和與傳動機構輸入端固接的被動盤(15)，主動盤(14)和被動盤(15)同軸設置且相鄰盤面上設有對應嚙合的楔形齒槽(16)。
6.如權利要求5所述的龍門風力發電裝置，其特征是支架(I)上臂下方的轉軸(2)上固設有限位環(8)，限位環(8)和支架(I)上臂之間的轉軸(2)上套裝有彈簧(9)，彈簧(9)兩端的轉軸(2)上安裝有輔助推力軸承(10)。
7.如權利要求6所述的龍門風力發電裝置，其特征是轉軸(2)上還固設有剎車片(11)，支架(I)上安裝有與剎車片(11)配合的抱閘(12)。
8.如權利要求7所述的龍門風力發電裝置，其特征是支架(I)上還安裝有能驅動抱閘(12)動作的風機(13)。
全文摘要
本發明公開了一種龍門風力發電裝置，包括支架，支架上臂通過推力軸承吊裝有轉軸，轉軸兩端分別通過轉動軸承安裝在支架上，轉軸上固裝有能夠驅動轉軸轉動的葉片，支架底部安裝有通過傳動機構與轉軸下端傳動連接的發電機。轉軸外周兩端部和轉動軸承內壁上設有軸向滑動配合的鍵槽，轉軸上還安裝有在風吹動下驅動轉軸上滑的上升輪，轉軸下端和傳動機構之間安裝有在轉軸下降時與發電機傳動配合并在轉軸上升后與發電機解除傳動配合的離合器。采用這種結構的龍門風力發電裝置，結構合理，風能利用率較高、抗風能力強、制造及維護成本低，且發電機使用壽命長，特別適合在地廣人稀的偏遠地區使用。
文檔編號F03D11/02GK102817786SQ201210233860
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月2日 優先權日2012年7月2日
發明者賀盛堂, 賀韡, 李秀美 申請人:賀盛堂