一种大型垂直轴风力机传动系统

1.本发明涉及可再生能源利用技术领域，尤其涉及一种大型垂直轴风力机传动系统。


背景技术：

2.风力机主要包括水平轴风力机与垂直轴风力机两大类，相对于水平轴风力机而言，垂直轴风力机的叶片不易折断、疲劳性能好，重心低、稳性好，对强风暴雨等恶劣环境的适应性较好，安装、维修和检修成本低，无需安装迎风调节系统，可降低成本，风场利用率高，易于向大型化发展等。然而，传统的垂直轴风力机大都将叶片固定在塔柱上，风机发电时，塔柱随叶片旋转。对于大兆瓦风机，塔柱较高，塔柱的旋转将产生额外的载荷，并具有不稳定性。因此，现亟需一种稳定性强，改变塔柱随叶片旋转的发电方式，适用于大型垂直轴风力机的传动系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种稳定性强，改变塔柱随叶片旋转的发电方式，适用于大型垂直轴风力机的传动系统。
4.为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现的：
5.一种大型垂直轴风力机传动系统，包括与塔基固连的塔柱以及叶轮，所述塔柱外部由上至下依次连接有顶部套筒、桁架结构和底部套筒，所述叶轮通过撑杆与顶部套筒、底部套筒相连接；所述顶部套筒内对称的设置有第一轴承，第一轴承内圈与塔柱固定连接，第一轴承外圈与顶部套筒固定连接，顶部套筒在第一轴承之间设置有鼓式制动器，位于上层的第一轴承外端设置有迷宫型密封装置，位于下层的第一轴承外端设置有第一端盖；
6.所述底部套筒内对称的设置有第二轴承，第二轴承内圈与塔柱固定连接，第二轴承外圈与底部套筒固定连接，底部套筒在第二轴承之间设置有鼓式制动器，底部套筒的底部连接有与塔基固连的机舱，底部套筒伸入机舱的部分与机舱内部配合设置有传动发电机构；
7.所述传动发电机构包括螺旋伞齿轮转向器、传动轴和发电机，螺旋伞齿轮转向器的水平伞齿轮固定连接在底部套筒底端，水平伞齿轮与塔柱之间设置有第三轴承，第三轴承内圈与塔柱固定连接，第三轴承外圈与水平伞齿轮固定连接，螺旋伞齿轮转向器的竖向伞齿轮其转轴上设置有支撑轴承和轴端挡圈；所述传动轴上设置有有增速箱，增速箱低速端通过挠性联轴器与竖向伞齿轮的转轴相连，增速箱高速端通过传动轴与发电机相连，传动轴在发电机与增速箱之间还设置有牙嵌式离合器和制动盘，制动盘与发电机相邻设置。
8.进一步的，所述底部套筒的外壁与机舱的连接处设置有环形密封装置。
9.进一步的，所述支撑轴承、增速箱和发电机均通过支架与机舱底部相连接。
10.进一步的，所述桁架结构与塔柱同轴设置，桁架结构由垂向桁架、水平桁架和斜向桁架构成，垂向桁架为圆柱状共设置有四个，垂向桁架的顶端与第一端盖的底端固定连接，
垂向桁架的底端与底部套筒的迷宫型密封装置顶端固定连接，水平桁架为环状结构并等间距的竖向排列，斜向桁架为圆柱状共设置有四个，斜向桁架的倾斜方向与垂向的夹角为30
°
，分别固定连接在相邻的垂向桁架之间。
11.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
12.本发明能够使风力机工作时塔柱不旋转而是与叶轮直接连接的套筒旋转，进而带动与套筒相连的传动发电机构工作，传动发电机构位于塔基之上的机舱之中，机舱内部的增速箱、牙嵌式离合器、制动盘、发电机均水平布置，再通过螺旋伞齿轮转向器将叶轮的水平方向旋转转化为竖直方向旋转，提高了塔柱的稳定性，消除了塔柱旋转产生的额外载荷，提高了安全可靠性，并降低了塔柱建造成本，非常适用于大型风力机。
附图说明
13.图1为本发明的结构示意图；
14.图2为本发明中顶部套筒的结构示意图；
15.图3为本发明中传动发电机构的结构示意图；
16.图4为本发明中桁架结构的结构示意图。
17.附图标记：
18.1-塔柱，2-撑杆，3-桁架结构，4-叶轮，5-底部套筒，6-传动发电机构，7-机舱，8-顶部套筒，9-迷宫型密封装置，10-第一端盖，11-第一轴承，12-鼓式制动器，13-第二轴承，14-环形密封装置，15-第三轴承，16-螺旋伞齿轮转向器，17-支撑轴承，18-轴端挡圈，19-挠性联轴器，20-增速箱，21-牙嵌式离合器，22-制动盘，23-发电机，24-传动轴，25-支架，26-垂向桁架，27-水平桁架，28-斜向桁架。
具体实施方式
19.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
20.如图1至图4所示，一种大型垂直轴风力机传动系统，包括与塔基固连的塔柱1以及叶轮4，所述塔柱1外部由上至下依次连接有顶部套筒8、桁架结构3和底部套筒5，所述叶轮4通过撑杆2与顶部套筒8、底部套筒5相连接；所述顶部套筒8内对称的设置有第一轴承11，第一轴承11内圈与塔柱1固定连接，第一轴承11外圈与顶部套筒8固定连接，顶部套筒8在第一轴承11之间设置有鼓式制动器12，位于上层的第一轴承11外端设置有迷宫型密封装置9，位于下层的第一轴承11外端设置有第一端盖10；
21.所述底部套筒5内对称的设置有第二轴承13，第二轴承13内圈与塔柱1固定连接，第二轴承13外圈与底部套筒5固定连接，底部套筒5在第二轴承13之间设置有鼓式制动器12，底部套筒5的底部连接有与塔基固连的机舱7，底部套筒5伸入机舱7的部分与机舱7内部配合设置有传动发电机构6；
22.所述传动发电机构6包括螺旋伞齿轮转向器16、传动轴24和发电机23，螺旋伞齿轮转向器16的水平伞齿轮固定连接在底部套筒5底端，水平伞齿轮与塔柱1之间设置有第三轴承15，第三轴承15内圈与塔柱1固定连接，第三轴承15外圈与水平伞齿轮固定连接，螺旋伞齿轮转向器16的竖向伞齿轮其转轴上设置有支撑轴承17和轴端挡圈18；所述传动轴24上设置有有增速箱20，增速箱20低速端通过挠性联轴器19与竖向伞齿轮的转轴相连，增速箱20
高速端通过传动轴24与发电机23相连，传动轴24在发电机23与增速箱20之间还设置有牙嵌式离合器21和制动盘22，制动盘22与发电机23相邻设置。
23.其中，所述底部套筒5的外壁与机舱7的连接处设置有环形密封装置14，底部套筒5伸入机舱7的部分与机舱7之间为间隙配合，环形密封装置14能够加强间隙的密封性。
24.其中，所述支撑轴承17、增速箱20和发电机23均通过支架25与机舱7底部相连接，使机舱7内部的增速箱20和发电机23均可水平布置，提高了整体的稳定性。
25.其中，所述桁架结构3与塔柱1同轴设置，桁架结构3由垂向桁架26、水平桁架27和斜向桁架28构成，垂向桁架26为圆柱状共设置有四个，垂向桁架26的顶端与第一端盖10的底端固定连接，垂向桁架26的底端与底部套筒5的迷宫型密封装置9顶端固定连接，水平桁架27为环状结构并等间距的竖向排列，斜向桁架28为圆柱状共设置有四个，斜向桁架28的倾斜方向与垂向的夹角为30
°
，分别固定连接在相邻的垂向桁架26之间。桁架结构3用于稳定顶部套筒8与底部套筒5之间的连接，将底部套筒5的旋转向上传递，桁架建造成本低，而且重量较轻，降低了传动发电机构6的负荷。
26.本发明中的机舱7为内部中空的圆柱状结构，用于保护内部的传动发电机构6，机舱7底部与塔基固连，顶部中心开有能够让底部套筒5的下半部分伸入机舱7的圆孔。顶部套筒8、底部套筒5的顶端均由迷宫型密封装置9起到密封作用，本实施例中迷宫型密封装置9由两个密封体构成，密封体之间具有相互啮合的凸起和凹陷，能够形成多个密封面，密封效果良好。
27.本发明的发电方式为：
28.叶轮4旋转带动顶部套筒8与底部套筒5旋转，由于底部套筒5与塔柱1之间设置有第二轴承13，顶部套筒8与塔柱1之间设置有第一轴承11，底部套筒5、桁架结构3和顶部套筒8相对于塔柱1旋转，带动螺旋伞齿轮转向器16的水平伞齿轮主动旋转，水平伞齿轮又将旋转传递给竖向伞齿轮。竖向伞齿轮带动传动轴24旋转，经牙嵌式离合器21与增速箱20向内输入到发电机23发电。使塔柱1仅起到支撑作用，提高了塔柱1的稳定性，消除了塔柱1旋转产生的额外载荷，提高了安全可靠性，并能够相对降低塔柱1的结构强度要求，非常适用于大型风力机。
29.当需要停止发电时，由制动盘22、鼓式制动器12分别对发电机23、顶部套筒8、底部套筒5起到制动作用。
30.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。