适用于微风环境的风力发电装置及相应的风力发电高塔的制作方法

本发明涉及风力发电领域，特别是一种适用于微风环境的风力发电装置。

背景技术：

目前市场上的微风发电机因其在微风环境下，发电机转速低、扭矩小而限制了微风发电的推广，我国大部分地区微风资源充足，如果把微风充分利用起来发电，可为社会提供大量廉价的绿色清洁能源。

申请号为201320506031.5的中国申请公开了一种大扭矩可复叠式风力发电机，如图1所示，其包括风机框架体(1)、定位轴承(2)、转动主轴(3)、至少三叶的旋转叶片(4)以及发电机(5)；至少三叶的旋转叶片(4)均匀地固定分布于转动主轴(3)轴壁上。该专利通过对旋转叶片的结构进行优化，使该专利的发电机转动主轴具备较大的扭矩，从而实现风力发电的功能，但由于该专利装置结构的限制，该风力发电机所设有的至少三叶的旋转叶片理论数量上不能超过六叶，否则将由于叶片间挡风因素严重降低风力发电机的发电能力，也即该专利所公开的风力发电机存在发电能力偏低的不足；同时，由于该风力发电机的上定位轴承(21)和下定位轴承(22)皆固定设于旋转主轴固定装置(11)的内表面，而轴承是风力发电机装置最易损坏的部件，维修频率高，而主轴则很难遭受破坏，当需要对轴承进行更换维修时，只能在将该风力发电机的主轴整体移出后进行，费时费力且操作难度大；另外，该风力发电机的旋转主轴(3)一端设有的风机主动轮(31)通过链条或皮带(32)与发电机(5)传动连接，导致该处可靠性不好，故障率偏高。

技术实现要素：

为克服上述不足，本发明第一方面提供一种适用于微风环境的风力发电装置，包括外部主框架、顶部轴承组件、底部轴承组件、旋转部件、扇片、轴连接装置、发电机，所述外部主框架上端面及下端面分别设有上安装平面、下安装平面，所述上安装平面的几何中心位置设有通孔，所述顶部轴承组件通过螺栓固定安装在所述上安装平面的外表面，并与所述上安装平面上的通孔同心；所述下安装平面内表面上设有主轴托架，所述主轴托架上安装平面几何中心位置设有通孔，所述底部轴承组件通过螺栓固定安装在所述主轴托架安装平面的下平面，并与所述主轴托架安装平面的通孔同心；所述顶部轴承组件、底部轴承组件皆包括轴承套及轴承，所述旋转部件套装于所述顶部轴承组件、底部轴承组件之间，所述旋转部件包括旋转主轴、支架套筒、扇片支架、定位螺栓，所述旋转主轴上下两端与所述顶部轴承组件、底部轴承组件中的轴承套装，所述旋转主轴的轴体中部套装至少两组支架套筒，所述支架套筒筒体上设有螺纹通孔，螺纹通孔中旋装定位螺栓；所述支架套筒筒体外周上下均布焊接有至少两组扇片支架，所述扇片支架上沿圆周方向均布四组通孔，所述扇片通过该通孔与所述扇片支架栓接；所述旋转部件下端通过所述轴连接装置与所述发电机的动力输入轴连接，所述发电机固定安装于所述外部主框架的下安装平面的内表面。

优选的是，所述扇片支架为圆盘状。

优选的是，所述扇片支架为正方形或八边形。

优选的是，所述轴承为深沟球轴承或圆锥滚子轴承。

优选的是，所述旋转主轴的下端轴面上及所述发电机动力输入轴轴面上均设有外花键，所述轴连接装置为双内花键孔的弹性联轴器。

优选的是，所述轴连接装置为上下两片匹配栓接的法兰圆盘，所述旋转主轴的下端与上片法兰圆盘焊接，发电机动力输入轴上端面与下片法兰圆盘焊接。

更优选的是，所述外部主框架的框架上平面及框架下平面上设有多组安装通孔。

本发明第一方面提供的一种适用于微风环境的风力发电装置可以根据环境实地风况对套装于旋转主轴的至少两组扇片支架之间的相对角度自由调整，在同比微风状态下，比传统直立式风力发电装置转速更高、扭矩更大、风资源利用率及发电功率更最高，同时具备制造成本及故障率更低、检修便利的特点。

本发明第二方面提供一种风力发电高塔，包括占位垫板及至少两组风力发电装置，所述占位垫板上开设通孔，所述至少两组风力发电装置及之间的占位垫板通过螺栓栓接，所述风力发电装置为上述的一种适用于微风环境的风力发电装置。

优选的是，所述占位垫板尺寸与所述外部主框架相匹配。

本发明第二方面提供的一种风力发电高塔可根据环境需要依次沿高度方向向上延伸组合，能够对高空、中空、低空微风充分利用，而占地面积则仅为单组所述的发电装置的用地需求，能够节省大量的宝贵土地资源，另外，由于多组发电装置彼此独立运转，仅通过外部主框架彼此栓接，有效防止了在相对较高范围内多组旋转部件直接串接而导致不同高度上风向不同带来主轴扭矩彼此间掣肘的问题，极大地提高了发电高塔的发电能力。

附图说明

图1是申请号为201320506031.5的中国申请公开的一种大扭矩可复叠式风力发电机的结构示意图。

图2是本发明实施例1.1的结构示意图。

图3是图2略去扇片的结构剖面图。

图4是图2所示上下两组支架套筒扇片俯视投影重合时的立体示意图。

图5是图2所示上下两组支架套筒扇片俯视投影存在夹角时的立体示意图。

图6是图2所示上下两组支架套筒扇片俯视投影存在夹角时的俯视图。

图7是本发明实施例1.3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1.1：

如图2～3所示，本发明第一方面为一种适用于微风环境的风力发电装置，包括外部主框架1、顶部轴承组件2、底部轴承组件3、旋转部件4、扇片5、轴连接装置6、发电机7，外部主框架1上端面及下端面分别设有上安装平面11、下安装平面12，上安装平面11的几何中心位置设有通孔，顶部轴承组件2通过螺栓固定安装在上安装平面11的外表面，并与上安装平面11上的通孔同心；下安装平面12内表面上设有主轴托架13，主轴托架13上安装平面几何中心位置设有通孔，底部轴承组件3通过螺栓固定安装在主轴托架13安装平面的下平面，并与主轴托架13安装平面的通孔同心；顶部轴承组件2、底部轴承组件3皆包括轴承套21及轴承22，考虑轴承的应用工况，轴承22优选深沟球轴承或圆锥滚子轴承；旋转部件4套装于顶部轴承组件2、底部轴承组件3之间，包括旋转主轴41、支架套筒42、扇片支架43、定位螺栓44，旋转主轴41上下两端与顶部轴承组件2、底部轴承组件3中的轴承22套装，旋转主轴41的轴体中部套装至少两组支架套筒42，支架套筒42筒体上设有螺纹通孔，定位螺栓44通过该螺纹通孔拧紧抵住旋转主轴41，从而使旋转主轴41与支架套筒42成为一体，在需要变化支架套筒42与旋转主轴41的相对位置时，松开定位螺栓44后将支架套筒42围绕旋转主轴41旋转到所需位置，再次拧紧定位螺栓44即可；支架套筒42筒体外周上下均布焊接有至少两组扇片支架43，扇片支架43优选为圆盘状，也可以为正方形或者八边形，扇片支架43上沿圆周方向均布四组通孔，扇片5通过该通孔与扇片支架43栓接，从而使四叶扇片以十字交叉型式布置，扇片的结构型式可根据风况灵活选择；旋转部件4下端通过轴连接装置6与发电机7的动力输入轴连接，发电机7固定安装于外部主框架1的下安装平面12的内表面。

在本实施例中，旋转主轴41的下端轴面上及发电机7动力输入轴轴面上均设有外花键，轴连接装置6采用双内花键孔的弹性联轴器，与旋转主轴41及发电机7动力输入轴套装连接。

为使该风力发电装置能够组合叠加，在外部主框架1的框架上平面及框架下平面上设有多组安装通孔。

如图4所示，上方一组支架套筒42安装的扇片a、b与下方一组支架套筒42安装的扇片c、d俯视投影重合即扇片a、b、c、d间相对夹角为0°，此时假定风向f针对扇片a、b、c、d的迎风面，可得出，此状态下扇片的总迎风面积最大，风向f的作用力也最大，旋转主轴41的扭矩得到显著提高，进而在同等风况下，显著提高发电装置的发电功率。

如图5～6所示，上方一组支架套筒42安装的扇片a、b与下方一组支架套筒42安装的扇片c、d俯视投影存在夹角w，此时，该装置在结构上类似于一个传统的具有多叶扇片的独立风扇，但由于扇片在高度方向上交错排列，与传统多叶扇片相较，在同等风况下，本发明所涉及的同时迎风的扇片面积更大，旋转主轴41的转速更高，进而在同等风况下，显著提高发电装置的发电功率。

实施例1.2：

与实施例1不同之处在于，轴连接装置6采用上下两片法兰圆盘通过螺栓栓接的方式组合实现，旋转主轴41的下端与上片法兰圆盘焊接，发电机7动力输入轴上端面与下片法兰圆盘焊接。

实施例1.3：

本发明第二方面为一种风力发电高塔，如图7所示，包括至少两组实施例1.1或1.2所述的风力发电装置1’、占位垫板2’，占位垫板2’上与风力发电装置1’外部主框架1的框架上平面及框架下平面上设有的多组安装通孔对应开设通孔，两组风力发电装置1’及之间的占位垫板2’通过螺栓栓接，占位垫板2’的尺寸与外部主框架1相匹配。该发电高塔可根据环境需要依次沿高度方向向上延伸组合，能够对高空、中空、低空微风充分利用，而占地面积则仅为单组实施例1.1或1.2所述的发电装置1’的用地需求，能够节省大量的宝贵土地资源，另外，由于多组实施例1.1或1.2所述的发电装置1’彼此独立运转，仅通过外部主框架彼此栓接，有效防止了在相对较高范围内多组旋转部件4直接串接而导致不同高度上风向不同带来主轴扭矩彼此间掣肘的问题，极大地提高了发电高塔的发电能力。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。