专利名称：一种立轴型风力发电机的支撑机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机，具体涉及一种立轴型风力发电机的支撑机构。
背景技术：
现有风力发电机分两大类， 一类是叶片旋转轴与地面平行的水平轴型，另 一类是叶片旋转轴与地面垂直的立轴型。水平轴型风力发电机在实际应用中出现 一些难以克服的缺点其调节和控制系统复杂，叶片制作加工困难。另外，由于 其发电机和调节机构等均装置在支撑塔架顶部，受到重量和尺寸空间的限制，难 以大型化。为此，国内外许多研究部门大力开发适合于装配大型化机件的立轴型 风力发电机。立轴型风力发电机的支撑机构包括底座与设于底座上的中心转轴， 中心转轴通过轴承支撑在底座上，底座内有重锤、刹车盘、发电机等设备，中心 转轴在与风轮构成转动结构的同时支撑风轮重量。立轴型风力发电机的优点是， 对于风向无要求，发电机装在底部，无重量和尺寸空间限制，且安装维修方便； 控制机构比水平轴型简单；叶片加工成本相对简单、便宜。
立轴型风力发电机大型化后，其风轮直径可达几十米，叶片重量可达数十 吨。庞大的风轮及其巨大的重量，对支撑机构提出了很高的要求。如果仅仅采用 提高中心转轴和支撑底座强度的方法来解决大型风轮的支撑问题，就要大幅度提 高机器的制造成本。即使采用强度很高的材料，加粗加厚相关部件，所能解决的 问题也是有限的，很难保证风力发电机在强风或超强风环境下安全可靠运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制造成本低廉，运行稳定的立轴型风 力发电机的支撑机构。
本发明立轴型风力发电机的支撑机构所适用的风力发电机如同现有技术设 置底座，在底座上设中心转轴，中心转轴通过轴承支撑在底座上，底座内设有发 电机等部件。本发明立轴型风力发电机的支撑机构是在上述传统立轴型风力发电机结构的基础上，在相当于叶轮的下方设置固定于地面、水平布置的环形导轨， 环形导轨的中心为风力发电机的中心转轴，环形导轨的半径相当于风轮的半径， 环形导轨的高度相当于风轮叶片到地面的距离；在风轮叶片的下沿设置与环形导 轨相适应的滑轮，叶片下沿的滑轮与固定于地面的导轨滑动连接。
本发明支撑机构承担叶轮(包括叶片和支撑臂)的大部分重量，既适用于单 叶片式风轮的立轴风力发电机，也适用于双叶片式风轮的立轴风力发电机。
作为优化，在导轨与地面之间架设环形支撑架，将导轨装置在支撑架上，构 成一圆环形跑道。环形支撑架是以金属型材固定联结的金属架构。环形支撑架的 高度以3—5米为优选。环形支撑架太低会使叶片遭遇贴近地面的不稳定的风力， 环形支撑架太高则使造价提高，支撑的安全稳定性降低。
作为优化，环形导轨由若干弧形节段的钢轨衔接组成，其连接如同铁路道轨 的衔接。相应地，环形支撑架也是由若干弧形节段组合而成。每节段的环形导轨 和环形支撑架都可以独立安装、拆卸，方便于安装施工和维修。
作为优化，在所述导轨的圈内设置圆环形辅助导轨。辅助导轨与主导轨为同 心圆，均以塔架中心轴为圆心；辅助导轨的半径相当于主导轨半径的1/2—4/5; 辅助导轨向上与叶片支撑臂形成支撑和滑动联接。如此双跑道结构适用于特大型 立轴风力发电机。
作为优化，在每组风轮叶片与导轨之间分别设置滑板，滑板上面设置轴承与 轴销，轴承和轴销分别与滑板和叶片固定，形成叶片与滑板之间的转动结构，叶 片与滑板连接牢靠，叶片又能沿纵轴转动，可以适应叶片所承担的叶轮转动速度 自动调节功能；滑板底面设置一个或多个滑轮与导轨滑动连接。
作为优化，导轨和支架间用垫片和螺栓调节导轨的水平度和圆周同心度。
导轨与滑轮接触面的形状和接触方式关乎到风轮运行的阻力和稳定性，应选 择二者兼顾的方式。作为优化，通过改变导轨和滑轮轮毂的截面形状，也可以通 过一组中多个滑轮排列位置的改变，使滑轮与导轨形成咬合式或钳夹式结构。在 正常运转时，导轨对叶片是支撑作用； 一旦强风使风轮及塔架有所倾斜时，导轨 对叶片起到牵拉作用，防止滑轮出轨及塔架倾覆。
本发明支撑机构犹如一环形跑道，有效解决了大型立轴型风力发电机庞大风 轮的稳定支撑问题，装置于功率在数百千瓦，甚至在1000千瓦以上，风轮直径 近百米的大型立轴风力发电机，也能安全运行，而且其安装维修简便。同时，装置了本发明支撑机构分担了支撑塔架的大部分承重，可大大降低对塔架结构强度 的要求，减少塔架制造成本。
图1是本发明剖面结构示意图； 图2是本发明俯视图； 图3是本发明一种实施方式结构示意图； 图4是本发明安装有导向滑轮的另一实施方式结构示意图。 图中标号所表示的部件或部位为，l一塔架底座；2—主叶片；3—副叶片；4 一叶片支撑臂；5—中心转轴；6—导轨；7—导轨支撑架；8—导轨固定螺钉；9 —轴销；IO—轴承；ll一滑板；12， 12a， 12b， 12c—滑轮；13—垫片。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图l和图2所示，本发明实施例的风轮由三组叶片构成，每组叶片包括一
主叶片和一副叶片。在风轮与地面之间设置环形导轨，环形导轨以风力发电机的 中心轴为中心，环形导轨的半径相当于风轮的半径，三组叶片的重量和一部分横 臂的重量支撑在导轨上，中心转轴起到辅助支撑作用。在环形导轨之下设置环形 支架，环形支撑架与环形导轨为同心、同径圆，导轨以螺栓固定在环形支撑架上， 构成一圆环形跑道。环形支撑架以金属型材制作。环形支撑架通过打桩等措施与 地面牢靠固定，环形导轨与承接它的环形支撑架以铆钉或螺钉牢靠固定。环形导 轨与环形支撑架均为若干节段组合而成，俯视每一节段均为弧形。每个导轨节段 和与其相联接的支撑架节段等长，其长度视环形支撑架的高度和所用材料酌定， 以便于吊装为宜。各节段组合后的圆环同心度和跑道水平面通过垫片和椭圆形螺 栓孔进行调整。
如图3所示，每组主叶片和副叶片支撑在一块滑板上。在滑板上面与主副叶
片联接处分别设置轴承和轴销，或在滑板打洞布置轴承和轴销，轴承与滑板固定 联接，轴销与叶片固定联结，构成叶片与滑板间的转动机构，主叶片、副叶片可 在滑板上沿纵轴转动，实现大风时自动调速功能。滑板底面装设滑轮与导轨滑动 联接。每个滑板底面可以装置一个滑轮，也可以装置一组多个滑轮。从导轨和滑轮轮毂的切面形状来描述，可以有多种的形状和组合方式，例如 "工"字形、"凹"字形、台阶形等。其中优选导轨为"工"字形，如铁路的路 轨；与"工"字形导轨相适应的滑轮轮毂切面形优选台阶形，如火车的轮毂。滑 轮轮毂切面形也可以采用"凹"字形，此"凹"字形对应导轨的"工"字形，使 滑轮与导轨成咬合式或钳夹式结构，有利于风力发电机的稳定。但这种组合因摩 擦造成的阻力较大。导轨与滑轮接触面的另一种优选组合方式是，导轨为"凹" 字形，滑轮轮毂为"凸"字形，二者呈咬合之势。
如图4所示，采用截面为"工"字形的钢轨作本发明的导轨，在每组叶片 的下沿装置一块滑板，每块滑板下面装置三个滑轮，三个滑轮呈"品"字形排列。 其中的一个滑轮位于导轨的顶部，另外两个滑轮分别位于导轨的内侧和外侧，对 导轨形成钳夹之势。导轨顶部的滑轮起支撑承重作用，导轨内外两侧的滑轮对叶 轮转动起导向作用。在风向、风力激烈变化使叶轮转动失稳，叶轮有所倾斜时， 导轨内外两侧的滑轮对叶轮起到牵拉固定作用，保证整个风力发电机的安全。
图3、图4仅表示了本发明的两个具体实施方式
，并不排除按本发明的技术 方案还有其他多种实施方式。
对于特大型立轴风力发电机还可以在所述导轨的圈内设置同心的圆环形辅 助导轨，在一座风力发电机下形成两道圆环形跑道。主跑道位于叶片下方，辅助 跑道位于叶片支撑臂下方。辅助导轨的半径在相当于主导轨半径1/2—4/5范围 内选择；辅助导轨向上与叶片支撑臂形成支撑和滑动联接。辅助导轨与地面之间 可以如主导轨那样设置支撑架托起辅助导轨，与叶片支撑臂下所设的滑轮滑动联 接；也可以不在地面设支撑架，而在叶片支撑臂向下设支撑柱，支撑柱下端设滑 轮与辅助导轨滑动联接；还可以同时设置支撑架和支撑柱，二者的高度相当于叶 片支撑臂离地高度。
权利要求
1.一种立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，在相当于叶轮的下方设置固定于地面、水平布置的环形导轨，环形导轨的中心为风力发电机的中心转轴，环形导轨的半径相当于风轮的半径，环形导轨的高度相当于风轮叶片到地面的距离；在风轮叶片的下沿设置与环形导轨相适应的滑轮，叶片下沿的滑轮与固定于地面的导轨滑动连接。
2. 根据权利要求l所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，在导 轨与地面之间设置环形支撑架，导轨装置在支撑架上。
3. 根据权利要求2所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，所述 环形支撑架是以金属型材固定联结的金属架构。
4. 根据权利要求2所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，所述 环形支撑架的高度为3—5米。
5. 根据权利要求2、 3或4所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，所述环形导轨和环形支撑架是由若干弧形节段衔接组成一圆环形跑道，各节 段是可以单独进行拆装的。
6. 根据权利要求l所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，在所 述导轨的圈内设置同心圆环形辅助导轨，辅助导轨的半径相当于主导轨半径的1/2 _4/5，辅助导轨向上与叶片支撑臂形成支撑和滑动联接。
7. 根据权利要求1所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，在叶 片与导轨之间设置滑板，滑板上面设置轴承和轴销，轴承和轴销分别与滑板和叶 片固定，形成叶片与滑板之间的转动结构；滑板底面设置滑轮与导轨滑动连接。
8. 根据权利要求l所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，在导 轨和支撑架之间用垫片和螺栓调节导轨的水平度和圆周同心度。
9. 根据权利要求l所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，所述 导轨采用截面为"工"字形或"凹"字形钢轨，滑轮轮毂的截面形状与导轨的"工" 字形相适应。
10. 根据权利要求7所述的立轴型风力发电机的支撑机构，其特征在于，所 述导轨采用截面为"工"字形的钢轨，在风轮每组叶片的下沿设置滑板，滑板下 面设置三个滑轮，呈"品"字形排列， 一个滑轮位于导轨的顶部，另外两个滑轮 分别位于导轨的内侧和外侧，对导轨形成钳夹之势。
全文摘要
本发明涉及立轴型风力发电机的支撑机构，它是在叶轮下方设置固定于地面、水平布置的环形导轨，环形导轨的中心为风力发电机中心转轴，半径相当于风轮半径，高度相当于风轮叶片到地面的距离。同时在风轮叶片下沿设置滑轮，滑轮与导轨滑动连接。本发明犹如一环形跑道，有效解决了大型立轴型风力发电机庞大风轮的稳定支撑问题，分担了支撑塔架的大部分承重，可大大减少塔架制造成本。
文档编号F03D11/00GK101566138SQ200910136769
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者谢永文 申请人:宜昌神风科技有限公司