三叶片立轴风力的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种三叶片立轴风力机，属于风能发电设备【技术领域】。该风力机包括风向舵、上转臂、立柱、下转臂、减速箱、传动箱、箱体、立轴、叶片等；风向舵位于上转臂的上方并通过立轴穿过空心立柱与减速箱的输入轴联接，立柱上端与上转臂固接而下端与下转臂固接形成回转支架，减速箱上部固定于下转臂而下部固定于箱体，三个叶片均匀布置在以立柱轴线为中心的圆周上，叶片上端支承于上转臂，叶片下端支承于下转臂，三叶片的相位差为60°，三个传动箱位于叶片的正下方并与箱体固定联接。本发明具有较高的风能利用率、风力机结构紧凑、维护简单、传动效率高以及使用寿命长等优点。
【专利说明】三叶片立轴风力机
[0001]【技术领域】:
本发明属于风能发电设备【技术领域】，具体涉及一种三叶片立轴风力机。
[0002]【背景技术】:
风力机是把风能转变为机械能的动力装置，用于驱动发电机发电或其它机械装置工作。常见的风力机有水平轴风力机和立轴风力机(也称垂直轴风力机)两大类。立轴风力机和水平轴风力机相比，立轴风力机的叶片重力方向平行于回转轴线，仅产生很小的摩擦阻力矩，因而立轴风力机启动风速较小；立轴风力机的叶片可采用两端支承，叶片的受力更加均匀，其结构设计简单，使用寿命长；立轴风力机更容易实现直接驱动发电机，并允许发电机安装在塔架的底部，方便安装、控制和维护。因此，立轴风力机具有广阔的应用前景。
[0003]公知的垂直轴竖翼多叶片风力机(见中国专利CN200720084129.0)通过随风调节竖翼上的叶片转角控制竖翼的气流通断来吸收任何方向的风力，降低了启动风速，但其控制气流通断会产生工作噪音，风速较大时，工作噪音会更大。公知的升力、阻力联合型垂直轴风力机(见中国专利:CN200410067575.1)利用导流板和导流装置改变气流的分布使叶片能利用气流的升力和阻力做功，达到了降低风力机启动风速和提高工作效率的目的。然而，其导流装置结构庞大，成本高，且需要随风向变化，存在运动惯量大，控制功率大的问题。公知的双叶片立轴风力机(见中国专利:CN101270720A)使用两个不对称转动的叶片来吸收风能，降低了风力机启动风速和工作噪音，并利用风向传感器的信号控制叶片方位来提高风能利用率。然而其叶片数量较少，输出力矩波动大，风能利用率较低且叶片方位控制系统也较为复杂。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的在于克服现有立轴风力机的不足，提供一种三叶片立轴风力机。本发明采用风向舵来控制叶片方位，通过增加叶片数量使输出力矩波动减小而使风能利用率有所提闻。
[0005]本发明所提供的三叶片立轴风力机包括风向舵1、上转臂2、立柱3、下转臂5、减速箱6、箱体9、A传动箱27、B传动箱8、回转支承10、C传动箱17、增速箱13、立轴22、叶片A 26、叶片B 28、叶片C 29 ;所述风向舵I位于所述上转臂2的上方并通过所述立轴22与所述减速箱6的小齿轮轴固定联接；所述立柱3铅垂设置，所述立柱3的上端与上转臂2固定联接，所述立柱3的下端与所述下转臂5固定联接形成回转支架，所述立轴22穿过所述立柱3的空心部分并与所述立柱3的轴线重合；所述减速箱6位于所述下转臂5与所述箱体9之间；所述减速箱6的回转箱体30的上部与所述下转臂5固定联接，所述回转箱体30的下部与所述箱体9固联，所述回转箱体30的轴线与所述立轴22的轴线重合；所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17的结构相同，所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17均布在所述箱体9的周围，所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17的弧形管与所述下转臂5固定联接，所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17的轴承座与所述箱体9固定联接；所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C 29位于所述上转臂2与所述下转臂5之间，所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C 29均布在所述立柱3的周围，所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C 29的自转轴平行于所述立柱3的轴线，所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C 29的自转轴上端通过轴承支承于上转臂2，所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C29的自转轴下端通过轴承支承于下转臂5，所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C 29的自转轴分别与所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17的柔性轴固连，所述叶片A 26、叶片B 28以及叶片C 29的叶片之间的相位差始终保持60° ;所述箱体9与所述回转支承10的内圈固定联接，同时所述箱体9与所述增速箱13的输入轴固定联接，所述箱体9内的减速箱6的上锥齿轮38同时与所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17的下锥齿轮52啮合，所述上锥齿轮38与所述下锥齿轮52的齿数比为1.5。
[0006]所述减速箱6包括回转箱体30、小齿轮轴31、小齿轮35、内齿轮42以及上锥齿轮38，所述小齿轮轴31、内齿轮42以及上锥齿轮38的轴线重合；所述小齿轮35与所述内齿轮42内啮合，所述小齿轮35同时与所述小齿轮轴31外啮合；所述内齿轮42与所述上锥齿轮38固定联接，所述内齿轮42由轴承支承于回转箱体30 ;所述减速箱6的速比为3。
[0007]所述A传动箱27、B传动箱8以及C传动箱17均由柔性轴45、弧形管46、卡套螺母47、轴承座50、左轴承49、右轴承51以及下锥齿轮52组成；所述柔性轴45穿过所述弧形管46与所述下锥齿轮52的轴端固定联接，所述弧形管46与所述轴承座50用所述卡套螺母47固定形成一刚性体，所述下锥齿轮52分别由所述左轴承49以及所述右轴承51水平支承于所述轴承座50 ;所述弧形管46的轴线位于同一平面内，所述弧形管46的圆心角为 90。。
[0008]当风向一定时，风向舵I顺着风向静止不动，三个叶片随回转支架公转，同时相对于回转支架自转。由于传动箱和减速箱组成的传动系统总传动比为2，回转支架转动一周使叶片同向转动半周，在此过程中，叶片产生非均匀的“迎风运动”，气流对任何位置的叶片都会产生阻力和升力，它们共同作用产生随回转支架转角变化的主动转矩或阻碍转矩。由于三个叶片轴线在水平圆周上均匀布置，且安装相位差为60°，三个叶片“迎风运动”的轨迹完全相同，由此产生主动转矩和阻碍转矩的叠加效果。因此，风力机的输出力矩更加平稳，有效力矩增加，能够达到提高风能利用率的目的。
[0009]当叶片平面及其下方的弧形管平面同时垂直于风向时(图2所示状态)，叶片上产生的主动转矩最大而阻碍力矩接近于零，以此状态设定风力机叶片的初始方位，能产生主动转矩和阻碍转矩叠加的最佳效果，很小的风速即可启动风力机运转并保证风力机能够连续运转。
[0010]当风向改变时，风向舵I随风转动，通过减速箱和传动箱自动改变叶片的方位，始终保持叶片方位和风向的最佳状态。因此，叶片方位的控制简单而可靠。
[0011]由于叶片关于自转轴线对称，风力作用在叶片上的不平衡力矩很小，传动系中柔性轴、齿轮和轴承的传动效率较高，控制叶片方位变化的转动惯量也较小。因此，风向舵控制叶片方位反应快，有利于提高风能的利用率。
[0012]叶片为关于轴线对称的平面叶片，结构简单，制造成本低；其回转轴采用两端支承，承载能力大，使用寿命长。
[0013]风力机回转支架及其它运动质量的质心位于回转轴线上，不会产生附加的动载荷，因而动平衡性能好。传动系统采用闭式齿轮传动，尤其是柔性轴传动大大简化了传动箱的结构，维护简单、传动效率高和使用寿命长。[0014]本发明具有以下优点:
1、三个叶片同时按相同的轨迹的运动，风力机的输出力矩更加平稳，能够有效提高风能利用率。
[0015]2、风向舵通过齿轮传动和柔性轴可自动控制叶片方位，控制系统简单、可靠性高，控制灵敏，有利于提高风能的利用率。
[0016]3、叶片结构简单，制造成本低，承载能力大；风力机结构紧凑，维护简单，传动效率高和使用寿命长。
[0017]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明三叶片立轴风力机主视结构示意图；
图2为本发明三叶片立轴风力机的俯视结构示意图；
图3为本发明三叶片立轴风力机的减速器结构示意图；
图4为本发明三叶片立轴风力机的传动箱结构示意图。
[0018]图中:1.风向舵、2.上转臂、3.立柱、4.支架螺栓、5.下转臂、6.减速箱、7.箱体螺栓、8.B传动箱、9.箱体、10.回转支承、11.发电机、12.支座、13.增速箱、14.电机螺栓、15.内圈螺栓、16.外圈螺栓、17.C传动箱、18.下螺钉、19.下挡圈、20.下轴承、21.销、22.立轴、23.上轴承、24.上螺钉、25.盖板、26.叶片A、27.A传动箱、28.叶片B、29.叶片C、30.回转箱体、31.小齿轮轴、32.小轴、33.小法兰、34.轴瓦、35.小齿轮、36.螺钉、37.大轴承、38.上锥齿轮、39.压板螺栓、40.压板、41.螺栓、42.内齿轮、43.法兰螺栓、44.小轴承、45柔性轴、46.弧形管、47卡套螺母、48.左挡圈、49.左轴承、50.轴承座、51.右轴承、52.下锥齿轮。
[0019]【具体实施方式】:
如图1和图2所示，本发明的三叶片立轴风力机包括风向舵1、上转臂2、立柱3、下转臂
5、减速箱6、A传动箱27、B传动箱8、箱体9、立轴22、叶片A 26、叶片B 28、叶片C 29、回转支承10等。风向舵I与立轴22焊接，立轴22通过销21与减速箱6的小齿轮轴31固定联接。上转臂2与立柱3焊接，下转臂5、减速箱6的回转箱体30和立柱3用支架螺栓4固定联接形成刚性的回转支架，回转箱体30用螺栓41固定于箱体9，A传动箱27、B传动箱8和C传动箱17的轴承座50用箱体螺栓7固定于箱体9，箱体9内上锥齿轮38同时与三个相同的下锥齿轮52啮合，增速比为1.5。
[0020]A传动箱27、B传动箱8、C传动箱17的弧形管46与下转臂5用下螺钉18固定联接，叶片A 26、叶片B 28和叶片C 29的上端通过上轴承23支承在上转臂2中，盖板25压靠轴承23的外圈并用上螺钉24固定在上转臂2上；三个叶片的下端通过下轴承20支承在下转臂5中并用下档圈19进行叶片的轴向定位。箱体9通过内圈螺栓15与回转支承10的内圈固定联接，外圈螺栓16将回转支承10的外圈固定在增速箱13上，箱体9的内孔通过键与增速箱的输入轴联接，增速箱13和发电机11通过发电机螺栓14固定在支座12上。[0021 ]图3是三叶片立轴风力机减速箱结构示意图。减速箱由回转箱体30、小齿轮轴31、小齿轮35、上锥齿轮38、小轴32、小法兰33、大轴承37、内齿轮42等组成。小齿轮轴31由轴承44支承在回转箱体中，内齿轮42和上锥齿轮38由螺钉36固定联接并由大轴承37支承在回转箱体中，小齿轮轴31和上锥齿轮38的轴线重合。小齿轮35与轴瓦34固接并安装在小轴32上，小法兰33与小轴32固接并由法兰螺栓43固定于回转箱体30，压板40压靠大轴承37的外圈并由压板螺栓固定于回转箱体30。小齿轮35和内齿轮42哨合，同时又与小齿轮轴31啮合.小齿轮轴31与上锥齿轮38之间的减速比为3。
[0022]图4是三叶片立轴风力机A、B和C传动箱结构示意图。该传动箱由柔性轴45、弧形管46、卡套螺母47、左轴承49、轴承座50、右轴承51和下锥齿轮52等组成。柔性轴45穿过弧形管46与下锥齿轮52的轴颈固接，弧形管46由卡套螺母47固定于轴承座50，下锥齿轮52由左轴承49和右轴承51水平支承在轴承座50中，左挡圈48安装在下锥齿轮52的轴颈上进行轴向定位。
[0023]风向舵I的转动经过减速箱6分配给A传动箱、B传动箱和C传动箱,并分别传递给叶片A、叶片B和叶片C，风向舵与叶片之间的总传动比为2且它们的转向相同。
【权利要求】
1.三叶片立轴风力机，其特征在于该风力机包括风向舵(I)、上转臂(2)、立柱(3)、下转臂(5 )、减速箱(6 )、箱体(9 )、A传动箱(27 )、B传动箱(8 )、回转支承(10 )、C传动箱(17 )、增速箱(13)、立轴(22)、叶片A 26、叶片B 28、叶片C 29 ;所述风向舵(I)位于所述上转臂(2)的上方，所述风向舵(I)通过所述立轴(22)与所述减速箱(6)的小齿轮轴固定联接；所述立柱(3 )铅垂设置，所述立柱(3 )的上端与所述上转臂(2 )固定联接，所述立柱(3 )的下端与所述下转臂(5)固定联接形成回转支架，所述立轴(22)穿过所述立柱(3)的空心部分，所述立轴(22)与所述立柱(3)的轴线重合；所述减速箱(6)位于所述下转臂(5)与所述箱体(9)之间；所述减速箱(6)的回转箱体(30)的上部与所述下转臂(5)固定联接，所述回转箱体(30)的下部与所述箱体(9)固联，所述回转箱体(30)的轴线与所述立轴(22)的轴线重合；所述A传动箱(27)、B传动箱(8)以及C传动箱(17)的结构相同，所述A传动箱(27)、B传动箱(8)以及C传动箱(17)均布在所述箱体(9)的周围，所述A传动箱(27)、B传动箱(8)和C传动箱(17)的弧形管与所述下转臂(5)固定联接，所述A传动箱(27)、B传动箱(8)和C传动箱(17)的轴承座与所述箱体(9)固定联接；所述叶片A (26)、叶片B ( 28)以及叶片C (29)位于所述上转臂(2)与所述下转臂(5)之间，所述叶片A (26)、叶片B (28)以及叶片C (29)均布在所述立柱(3)的周围，所述叶片A (26)、叶片B (28)以及叶片C (29)的自转轴平行于所述立柱(3)的轴线，所述叶片A (26)、叶片B (28)以及叶片C (29)的自转轴上端通过轴承支承于所述上转臂(2)，所述叶片A (26)、叶片B (28)以及叶片C (29)的自转轴下端通过轴承支承于所述下转臂(5)，所述叶片A (26)、叶片B (28)以及叶片C(29)的自转轴分别与所述A传动箱(27)、B传动箱(8)和C传动箱(17)的柔性轴固连，所述叶片A (26)、叶片B (28)以及叶片C (29)的叶片之间的相位差始终保持60° ;所述箱体(9)与所述回转支承(10)的内圈固定联接，同时所述箱体(9)与所述增速箱(13)的输入轴固定联接，所述箱体(9)内的减速箱(6)的上锥齿轮(38)同时与所述A传动箱(27)、B传动箱(8)以及C传动箱(17)的下锥齿轮(52)啮合，所述上锥齿轮(38)与所述下锥齿轮(52)的齿数比为1.5。
2.根据权利要求1所述的三叶片立轴风力机，其特征在于所述减速箱(6)包括回转箱体(30)、小齿轮轴(31)、小齿轮(35)、内齿轮(42)以及上锥齿轮(38);所述小齿轮轴(31)、内齿轮(42)以及上锥齿轮(38)的轴线重合；所述小齿轮(35)与所述内齿轮(42)内啮合，所述小齿轮(35)同时与所述小齿轮轴(31)外啮合；所述内齿轮(42)与所述上锥齿轮(38)固定联接，所述内齿轮(42)由轴承支承于回转箱体(30);所述减速箱(6)的速比为3。
3.根据权利要求1所述的三叶片立轴风力机，其特征在于所述A传动箱(27)、B传动箱(8 )以及C传动箱(17 )均由柔性轴(45 )、弧形管(46 )、卡套螺母(47 )、轴承座(50 )、左轴承(49)、右轴承(51)以及下锥齿轮(52)组成；所述柔性轴(45)穿过所述弧形管(46)与所述下锥齿轮(52)的轴端固定联接，所述弧形管(46)与所述轴承座(50)用所述卡套螺母(47)固定形成一刚性体，所述下锥齿轮(52)分别由所述左轴承(49)以及所述右轴承(51)水平支承于所述轴承座(50);所述弧形管(46)的轴线位于同一平面内，所述弧形管(46)的圆心角为90°。
【文档编号】F03D7/06GK103527402SQ201310493923
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】张玉华, 刘亮 申请人:安徽工业大学