专利名称：全叶尖风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电装置，特别是一种叶片全部设置于三角珩架式支撑架支撑的外轮缘上的全叶尖风力发电机，适用于多种风力发电场所。
背景技术：
目前，广泛应用的以风能为动力的大型水平轴风力发电装置，大多采用传统轮毂上设置三个叶片的结构。这样的风电装置叶片少，对叶轮整体而言，风的受力就小，尤其是占叶片总体长度四分之一左右的根部，为了强度保障，采用筒形结构，气动性能为零；占叶片长度四分之二的是中部，因其所处位置，对于相同的单位面积而言，所产生的扭矩不如叶片尖部；而只占叶片总长度四分之一左右的尖部，为了稳定，防御变形过度，叶片尖部较窄，所以气动性能较弱。这种传统叶片的空气动力性能即差，又笨重，叶轮中间阻风面积大，对于材质要求高，并且效率低、制造成本高，大型叶片吊装运输也制约了风电装置大型化的发展。机座设置于几十米高的单一塔筒之上，承重范围因单机容量大小不同，从几十吨至二百余吨不等，如此的重量及高度又是单一塔筒所支撑，故存在着重心不稳定因素，单一结构塔筒又受到吊机、吊装高度极限制约，难以获取更高处的风能，以及电机驱动的偏航、变桨系统结构复杂，变速箱调速范围窄等影响所造成的发电机低效，因此，对上述风力发电装置的改进，成为本领域技术人员普遍研究的对象。本发明人曾根据现有大型风力发电机存在的机械强度差、实施难度大、实用性差等问题，公开了公告号为CN100467862C的“抗强风风力发电机”，以便解决超大型叶片抗破坏性强风能力较差的缺陷。同时也对公开号为US005765990A的“用于产生电能的风轮”、公开号为DE20213062U1的“包含可组合装置的能源获取风力设备”等存在的叶片不适应大型风力发电机的问题，设计出专利号为CN101603509A的“加强型风力发电机”，该机设有转盘式平台和组装其上的叶轮组，聚风罩，叶轮组中心轴两端利用轴承、轴承座组装在转盘式平台上所设置的中心轴支架上，主叶片根部固定中心轴上的叶片连接套上。叶尖固定在叶轮组的轮缘上，叶片中部固定于叶轮中间所设传动支撑圈上，副叶片设置传动支撑圈与轮缘之间。传动支撑圈与发电机轮直接啮合，中心轴两端分别固定斜拉索固定盘，斜拉索的一端与斜拉索固定盘连接，另一端穿过传动支撑圈与轮缘固定在一起，叶片中间另设有叶片斜拉索与斜拉索固定盘连接在一起。该风力发电机虽然利用斜拉索为大型叶轮制造提供了安全技术保障，从根本上解决了现有大型风力发电机存在的上述问题，但因其转盘式平台没有设计偏航驱动装置，叶片连接方式及变浆、刹车等功能还需完善，故还存在以下缺陷:其一是发电机所处位置高、稳定性差，实施难度大；其二是主、副叶片分别保留了叶片根部及叶片中部，尤其是副叶片设置在传动支撑圈与轮缘之间实施难度大、机械强度难以保障。究其原因主要是由于采用的是单体结构的轮缘，只有一个支撑点，所以无法将叶片设置在轮缘上。综上所述，现有大型风力发电机的叶片普遍存在设置不合理，叶片效率低，实施难度大，机械强度难以保障等问题，另外，根据理论计算，相同单位面积的叶片尖部对于叶轮所产生的扭力，远大于叶片中部及根部，因此，现有叶片的结构不适合高效风力发电机的风载要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种全叶尖风力发电机，从根本上解决了现有风力发电机存在的叶片效率低，机械强度差、实施难度大等问题，其轮体设计合理，叶片结构简单，具有完备的液压偏航、变桨功能，全叶尖受力均匀，便于安装、调整，使用安全可靠，延长了整机使用寿命。本发明所采用的技术方案是:该全叶尖风力发电机包括固定在塔筒上的偏航平台，组装在偏航平台上的有由机架、轴承座、空心转轴和斜拉索支撑的水平轴叶轮组，发电机及液压管路，其技术要点是:所述水平轴叶轮组包括利用三角珩架连接两个外轮缘和一个内轮缘构成的轮体，通过叶片变桨装置组装在轮体外轮缘上的叶片，以及固定在轮体外周凸出叶片高度的传动刹车一体圈；轮体的内轮缘与空心转轴上的牵引法兰之间利用斜拉索支撑连接在一起，叶片变桨装置组装在轮体外轮缘上，叶片变桨装置上的叶片底端采用铰链或铰接轴构成叶片铰接端，叶片上端作为活动支撑端与液压缸的活塞杆端铰接在一起，并通过活塞杆的伸缩完成叶片的变桨；空心转轴的两侧设置主刹车盘，分别固定在轴承座或机架上的主刹车钳夹持在主刹车盘的两侧；偏航平台的上、下台盘之间设有偏航轴承、限位架及使上台盘绕下台盘中心转动的液压马达驱动的传动装置；偏航轴承包括固定在上台盘底部的带有内齿圈的轴承上圈，固定在下台盘上部的轴承下圈，在轴承上、下圈沟道内设置有滚动轮，滚动轮轴的两端通过轴承组装在轴承上圈所延伸出的支撑架上。所述偏航平台至少由三根塔筒支撑。所述液压管路中液压油管的输出管通过固定在轴承座外壳上的液压旋转接头插入空心转轴，从空心转轴的油管通孔导出至轮体上，液压油管的回油管从空心转轴的油管通孔导入，通过固定在轴承座外壳上的液压旋转接头导出空心转轴，连接回油箱。所述液压管路的液压油管，输出管通过固定在轴承座外壳上的液压旋转接头插入空心转轴，从空心转轴的油管通孔导出至轮体上，轮体上的回油管从空心转轴的油管通孔导入，通过固定在轴承座外壳上的液压旋转接头导出空心转轴，连接回油箱。所述传动刹车一体圈的两侧设置有固定在偏航平台上的副刹车钳。所述传动刹车一体圈的外周与固定在偏航平台上的传动轮式发电机的传动轮紧密接触。所述传动刹车一体圈的外周通过隔磁绝缘垫片固定有永磁体作为发电机转子，与固定在偏航平台上的机座内作为定子的绕线组构成永磁直驱发电机。本发明具有的优点及积极效果是:全叶尖风力发电机顾名思意就是放弃传统轮体气动性为零的叶片根部以及气动性较差的叶片中部，全部采用高效率的叶片尖部，其轮体空心转轴两端的牵引法兰与三角珩架内轮缘之间所设斜拉索支撑，取代了传统轮体叶根及叶中的支撑作用，叶片全部设置于三角珩架外轮缘上。因多条斜拉索横截面之和还不及现有传统轮体叶根的二分之一，故其轮体设计合理，叶片结构简单。全叶尖受力均匀，既减少了轮体阻风面，又增加了风载高效的叶尖面积，使用安全可靠、也延长了整机使用寿命。它从根本上解决了现有风力发电机叶片粗大笨重、效率低下、机械强度差、结构复杂等问题。从古至今人们均采用传统轮体结构，来确保其强度。由于本发明轮体叶片的数量及单位面积大幅增加，所以与现有技术比，尽管叶轮直径相同，但扭矩可以成倍增加。由于三角珩架外轮缘上所设的叶片变桨装置的液压缸伸缩即可完成变桨的目的，因此，具有完备的液压偏航、变桨功能，且操作简单快捷。传动刹车一体圈直接驱动传动轮式发电机或驱动永磁直驱发电机，无需变速箱，调速范围宽并可做为副盘刹车盘。刹车时，设置在偏航平台上的副刹车钳夹紧传动刹车一体圈两侧，即能实现刹车的目的。
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种具体结构示意 图2是图1沿A-A线的局部放大剖视 图3是本发明的一种永磁直驱发电的具体结构示意图。
图中序号说明:1塔筒、2偏航轴承、3偏航平台、4传动轮式发电机、5传动刹车一体圈、6叶片、7机架、8空心转轴、9轴承座、10内轮缘、11外轮缘、12叶片变桨装置、13斜拉索、14牵引法兰、15主刹车钳、16主刹车盘、17液压油管、18液压旋转接头、19油管通孔、20三角珩架、21液压马达、22限位架、23叶片铰接端、24叶片活动支撑端、25导向滑道、26隔磁绝缘垫片、27永磁体、28绕线组、29机座、30叶片支撑架。
具体实施例方式根据图1 3详细说明本发明的具体结构。该全叶尖风力发电机包括固定在塔筒I上的偏航平台3，组装在偏航平台3上的有由机架7、轴承座9、空心转轴8和斜拉索13支撑的水平轴叶轮组，组装在偏航平台3上的发电机及液压管路等部件。其中偏航平台3至少由三根塔筒I支撑。具体实施方法是:将每根塔筒I的第一节套入偏航平台3的预留孔，并与地面或水平面基础固定。在塔筒I的内壁设置吊机(图中未示出)互助升高后，再吊装机架7和组装水平轴叶轮组。借助多个塔筒I的支撑，通过提升与顶升相结合将偏航平台3及以上的装置升至塔筒I的顶端固定，只需小型吊车，即可突破大型吊机吊装高度极限的制约。偏航平台3的上、下两台盘之间设有偏航轴承2、限位架22及使上台盘绕下台盘中心转动的液压马达21驱动的传动装置。偏航轴承2包括固定在上台盘底部的带有内齿圈的轴承上圈，固定在下台盘上部的轴承下圈，在轴承上、下圈沟道内设置有滚动轮，滚动轮轴的两端通过轴承(图中未示出)组装在轴承上圈所延伸出的支撑架上。液压马达21驱动的传动装置是由偏航轴承2的内齿圈与液压马达21驱动的齿轮相哨合构成的。组装在偏航平台3上的水平轴叶轮组包括利用三角衝架20连接两个外轮缘11和一个内轮缘10构成的珩架式结构的轮体，通过叶片变桨装置12组装在轮体外轮缘11上的叶片6，以及固定在轮体外周凸出叶片6高度的支撑架顶端的传动刹车一体圈5等件。轮体的空心转轴8利用两端的轴承组装在轴承座9上，沿空心转轴8的两端分别对称固定有主刹车盘16和牵引法兰14。利用斜拉索13将轮体的内轮缘10与空心转轴8上的牵引法兰14支撑连接在一起。斜拉索13可按自行车辐条或摩天轮斜拉索的编排方式，一端固定连接在牵引法兰14上，另一端固定连接在轮体的内轮缘10上。实际安装时，可将相对应部位的斜拉索13穿插固定，即斜拉索13穿越所斜拉位置的牵引法兰14的孔，连至对应端牵引法兰14的孔内固定，其目的是为了平衡斜拉索13固定端对空心转轴8产生的轴向力。在轮体两个平行的外轮缘11上均匀组装多个叶片变桨装置12。各叶片变桨装置12包括固定在外轮缘11上的连接座(形状可按变桨要求设置)、叶片铰接端23、叶片活动支撑端24、导向滑道25和叶片支撑架30等件。叶片支撑架30可根据需要设置在连接座上。叶片变桨装置12上的叶片6底端可以采用铰链或铰接轴(图中未示出)构成叶片铰接端23，叶片6上端作为活动支撑端24与液压缸(图中未示出)的活塞杆端铰接在一起，并通过活塞杆的伸缩完成叶片6的变桨；空心转轴8的两侧设置主刹车盘16，分别固定在轴承座9或机架7上的主刹车钳15夹持在主刹车盘16的两侧。刹车时，主刹车钳15夹紧主刹车盘16的两侧，实现刹车的目的。根据叶片变桨装置12的叶片铰接端23、叶片活动支撑端24的设置，叶片6连接与变桨可有二种实施方案，本实施例中以下二方案均指面对叶轮顺时针旋转而言。方案一:叶片铰接端23采用铰链或铰接轴固定在叶片6的底端，叶片上端为活动支撑端24，液压缸的活塞杆端铰接在叶片活动支撑端24，并通过活塞杆的伸缩带动叶片6绕叶片铰接端23翻转一定角度，完成叶片6的变桨。方案二:叶片铰接端23采用铰链或铰接轴固定在叶片6的左端，叶片右端为活动支撑端24设直液压缸，液压缸的活塞杆端绞接在叶片活动端24,并通过活塞杆的伸缩，使叶片活动支撑端24沿导向滑道25移动的同时，带动叶片6绕叶片铰接端23转动，完成叶片6的变桨。本发明的发电机可米用二种实施方案，方案一:如图1所不，传动刹车一体圈5的外周与固定在偏航平台3上的多台传动轮式发电机4的传动轮紧密接触。传动刹车一体圈5将动力传送给传动轮式发电机，以达到发电的目的。方案二:如图3所示，传动刹车一体圈5的外周通过隔磁绝缘垫片26固定有永磁体27作为发电机转子，与固定在偏航平台3上的机座29内作为定子的绕线组28构成永磁直驱发电机。传动刹车一体圈5将动力传送给永磁直驱发电机，以达到发电的目的。组装在永磁直驱发电机的机座29内的定子绕线组28、转子永磁体27和叶片6的基本技术参数及其采用的规格和数量，应参照现有发电机的规格要求和根据实际使用需要确定。本实施例中定子的绕线组28及机座29为开放式结构，长度不超出偏航平台3，与外轮缘11上所设永磁体27旋转弧度一致、设置高度一致，绕线组28上设有防护膜。当传动刹车一体圈5作为副刹车盘时，传动刹车一体圈5的两侧设置有固定在偏航平台上的副刹车钳(图中未示出)。刹车时，副刹车钳夹紧作为副刹车盘的传动刹车一体圈5的两侧，实现刹车的目的。液压管路固定在机架7及轴承座9外壳上。液压管路中液压油管17的输出管及回油管(图中未示出)与原动机、液压泵、油箱(图中未示出)连通。液压油管17输出管通过液压旋转接头18插入空心转轴8，从空心转轴8的油管通孔19导出至轮体上，直接连接叶片变桨装置12的液压缸。液压油管的回油管从空心转轴8的油管通孔19导入，通过固定在轴承座9外壳上的液压旋转接头18导出空心转轴8，连接回油箱。液压马达21的液压管路与原动机、液压泵、油箱(图中未示出)直接连通。构成轮体珩架式结构的两个外轮缘11和一个内轮缘10、偏航轴承2及偏航平台3等大型部件均可分段制造，以便于分段运输，现场组合安装、调整。
权利要求
1.一种全叶尖风力发电机，包括固定在塔筒上的偏航平台，组装在偏航平台上的由机架、轴承座、空心转轴和斜拉索支撑的水平轴叶轮组，发电机及液压管路，其特征在于:所述水平轴叶轮组包括利用三角珩架连接两个外轮缘和一个内轮缘构成的轮体，通过叶片变桨装置组装在轮体外轮缘上的叶片，以及固定在轮体外周凸出叶片高度的传动刹车一体圈；轮体的内轮缘与空心转轴上的牵引法兰之间利用斜拉索支撑连接在一起，叶片变桨装置组装在轮体外轮缘上，叶片变桨装置上的叶片底端采用铰链或铰接轴构成叶片铰接端，叶片上端作为活动支撑端与液压缸的活塞杆端铰接在一起，并通过活塞杆的伸缩完成叶片的变桨；空心转轴的两侧设置主刹车盘，分别固定在轴承座或机架上的主刹车钳夹持在主刹车盘的两侧；偏航平台的上、下台盘之间设有偏航轴承、限位架及使上台盘绕下台盘中心转动的液压马达驱动的传动装置；偏航轴承包括固定在上台盘底部的带有内齿圈的轴承上圈，固定在下台盘上部的轴承下圈，在轴承上、下圈沟道内设置有滚动轮，滚动轮轴的两端通过轴承组装在轴承上圈所延伸出的支撑架上。
2.根据权利要求1所述的全叶尖风力发电机，其特征在于:所述偏航平台至少由三根塔筒支撑。
3.根据权利要求1所述的全叶尖风力发电机，其特征在于:所述液压管路中液压油管的输出管通过固定在轴承座外壳上的液压旋转接头插入空心转轴，从空心转轴的油管通孔导出至轮体上，液压油管的回油管从空心转轴的油管通孔导入，通过固定在轴承座外壳上的液压旋转接头导出空心转轴，连接回油箱。
4.根据权利要求1所述的全叶尖风力发电机，其特征在于:所述传动刹车一体圈的两侧设置有固定在偏航平台上的副刹车钳。
5.根据权利要求1所述的全叶尖风力发电机，其特征在于:所述传动刹车一体圈的外周与固定在偏航平台上的传动轮式发电机的传动轮紧密接触。
6.根据权利要求1所述的全叶尖风力发电机，其特征在于:所述传动刹车一体圈的外周通过隔磁绝缘垫片固定永磁体作为发电机转子，与固定在偏航平台上的机座内作为定子的绕线组构成永磁直驱发电机。
7.根据权利要求1所述的全叶尖风力发电机，其特征在于:将相对应部位的所述斜拉索，穿越所斜拉位置的牵引法兰的孔，连至对应端牵引法兰的孔内固定。
全文摘要
一种全叶尖风力发电机，解决了现有风力发电机存在的叶片效率低，机械强度差、实施难度大等问题，包括固定在塔筒上的偏航平台，组装在偏航平台上的水平轴叶轮组、发电机及液压管路，其技术要点是水平轴叶轮组包括轮体，通过叶片变桨装置组装在轮体外轮缘上的叶片，以及固定在轮体外周的传动刹车一体圈；轮体与空心转轴之间利用斜拉索支撑连接在一起，叶片变桨装置的铰接端固定在叶片的底端，叶片活动支撑端设置液压缸，通过液压缸的活塞杆伸缩完成叶片的变桨；主刹车钳布置在空心转轴上的主刹车盘的两侧。其轮体设计合理，叶片结构简单，具有完备的液压偏航、变桨功能，全叶尖受力均匀，便于安装、调整，使用安全可靠，延长了整机使用寿命。
文档编号F03D11/00GK103147926SQ201310109970
公开日2013年6月12日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者戚永维 申请人:戚永维