專利名稱：一種套軸式垂直軸風(fēng)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型垂直軸風(fēng)電機(jī)組，尤其是一種套軸式垂直軸風(fēng)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)力發(fā)電的主要設(shè)備有兩種，水平軸風(fēng)電機(jī)組和垂直軸風(fēng)電機(jī)組，這兩類機(jī)組的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行工況和采用的設(shè)備不完全相同。水平軸風(fēng)電機(jī)組的葉片繞平行于地面的水平軸旋轉(zhuǎn)，被普遍應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電中。垂直軸風(fēng)電機(jī)組的葉片繞垂直與地面的豎軸旋轉(zhuǎn)，典型的垂直軸風(fēng)電機(jī)組是Darrieus型。1931年Darrieus在美國申請了專利(專利號1835018)，提出了一種垂直軸風(fēng)電機(jī)組。
上世紀(jì)80-90年代，國外出現(xiàn)了大量的垂直軸風(fēng)電機(jī)組，并且研制了4兆瓦的Darrieus風(fēng)電機(jī)組。
垂直軸風(fēng)電機(jī)組具有以下優(yōu)點(diǎn)1)發(fā)電機(jī)、機(jī)械剎車裝置、齒輪箱等主要設(shè)備安裝在地面，所以系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，還可以采用大型垂直軸式直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
2)由于葉片垂直安裝，風(fēng)向?qū)Πl(fā)電的影響小，所以不需要水平軸風(fēng)電機(jī)組必備的對風(fēng)偏航裝置，系統(tǒng)的控制更簡單。
3)葉片可采用對稱等截面，且葉片受力均勻，強(qiáng)度、剛度、動態(tài)性能容易得到保證，方便了設(shè)計(jì)和制造。
Darrieus型垂直軸風(fēng)電機(jī)組一般由頂部軸承裝置、風(fēng)輪、回轉(zhuǎn)支撐裝置、軟連接、制動系統(tǒng)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、鋼絲繩張緊及阻尼系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)等組成。風(fēng)輪由葉片、主軸、橫支撐等組成。
由于風(fēng)輪垂直安裝，所以Darrieus型垂直軸風(fēng)電機(jī)組一般都在風(fēng)輪底部設(shè)回轉(zhuǎn)支撐裝置，上端設(shè)頂部軸承裝置，采用鋼絲繩在風(fēng)輪的頂端與地面拉緊固定。
這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪既要在氣動載荷的作用下旋轉(zhuǎn)通過齒輪箱帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，還要承受風(fēng)輪頂部鋼絲繩的壓力，因此普遍存在著2個(gè)技術(shù)問題一是風(fēng)輪主軸的受力復(fù)雜，為滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和動態(tài)性能的要求，主軸的重量一般很大，機(jī)組的旋轉(zhuǎn)慣量很大，使得機(jī)組的起動困難；二是整個(gè)風(fēng)輪僅在頂部通過頂部軸承裝置及鋼絲繩和地面拉緊，由于鋼絲繩的柔性和頂部軸承的轉(zhuǎn)動連接，使得機(jī)組的系統(tǒng)穩(wěn)定性變的很差。
Darrieus型垂直軸風(fēng)電機(jī)組的典型專利有美國專利4449053、4664596、4808074、5252029、5531567、5499901、5375324。此外，PolytechnicInternational Press 2002年出版的《Wind Turbine Design》中對Darrieus型垂直軸風(fēng)電機(jī)組有詳盡的描述，現(xiàn)有的產(chǎn)品和技術(shù)還沒有能夠解決上述2個(gè)突出的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有Darrieus型垂直軸風(fēng)電機(jī)組主軸重、轉(zhuǎn)動慣量大而帶來的機(jī)組起動困難和系統(tǒng)穩(wěn)定性差的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種新型套軸式垂直軸風(fēng)電機(jī)組，該種形式的風(fēng)電機(jī)組不僅改變了主軸的受力狀況，而且改變了主軸的安裝形式，可以減輕機(jī)組的旋轉(zhuǎn)的重量和減小風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量，從而可以改善機(jī)組的起動性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性能。
本實(shí)用新型解決其問題所采用的技術(shù)方案是采用套軸式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由內(nèi)立軸和風(fēng)輪套裝組成。內(nèi)立軸底部固定在地面上，頂端通過鋼絲繩與地面拉緊。風(fēng)輪的主軸套裝在內(nèi)立軸外面，通過頂部軸承裝置和內(nèi)立軸連接，并由底部軸承支撐在底部結(jié)構(gòu)上。風(fēng)輪可以圍繞內(nèi)立軸旋轉(zhuǎn)，通過齒輪箱驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
所述內(nèi)立軸穿過齒輪箱或者皮帶輪固定于地面。
本實(shí)用新型的有益效果有二一是由于采用了套軸式結(jié)構(gòu)，外套軸受力簡單，僅承受氣動載荷、自重載荷和傳遞扭矩等，可以減輕外套軸的重量，也就是減輕了機(jī)組的旋轉(zhuǎn)部分的重量和轉(zhuǎn)動慣量，有利于改善機(jī)組的起動性能；二是由于內(nèi)立軸底部固定在地面、頂端由鋼絲繩與地面拉緊，僅承受鋼絲繩的內(nèi)力載荷，因此可以通過加大鋼絲繩的預(yù)拉力確保內(nèi)立軸的穩(wěn)定性，同時(shí)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪僅通過軸承和內(nèi)立軸相聯(lián)系，因此整個(gè)機(jī)組的系統(tǒng)穩(wěn)定性也得到很大的改善。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖中，1.內(nèi)立軸、2.頂部軸承裝置、3.風(fēng)輪、4.葉片攻角調(diào)整機(jī)構(gòu)、5.底部軸承及軟連接、6.機(jī)械制動系統(tǒng)、7.底部結(jié)構(gòu)、8.齒輪箱、9.發(fā)電機(jī)、10.電氣及控制系統(tǒng)、11.鋼絲繩阻尼系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
在附圖中，風(fēng)輪(3)在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，經(jīng)底部軸承及軟連接(5)、齒輪箱(8)驅(qū)動發(fā)電機(jī)(9)，完成風(fēng)力發(fā)電的過程。葉片攻角調(diào)整機(jī)構(gòu)(4)可以調(diào)節(jié)風(fēng)輪的輸出功率和在大風(fēng)情況下起到空氣剎車的作用。內(nèi)立軸(1)、頂部軸承裝置(2)、底部軸承及軟連接(5)、底部結(jié)構(gòu)(7)、鋼絲繩阻尼系統(tǒng)(11)保證了風(fēng)輪的正常旋轉(zhuǎn)和機(jī)組的穩(wěn)定性能。
在這個(gè)實(shí)施例中，采用了套軸式結(jié)構(gòu)。
內(nèi)立軸(1)底部固定在地面，頂端通過鋼絲繩阻尼系統(tǒng)(11)與地面拉緊，內(nèi)立軸(1)僅承受鋼絲繩的內(nèi)力載荷，因此可以通過加大鋼絲繩的預(yù)拉力，來確保內(nèi)立軸的穩(wěn)定性，將內(nèi)立軸牢固的豎立于地面上。
風(fēng)輪(3)的主軸做成空心軸，套裝在內(nèi)立軸(1)的外面成為外套軸，外套軸通過橫支撐安裝和固定葉片。風(fēng)輪(3)可以由頂部軸承裝置(2)和內(nèi)立軸(1)相聯(lián)系，由底部軸承及軟連接(5)支撐，所以外套軸受力簡單，僅承受氣動載荷、自重載荷和傳遞扭矩等。
為了將內(nèi)立軸(1)的底部固定在地面，齒輪箱(8)的輸入軸應(yīng)該是空心的，內(nèi)立軸(1)可以穿過齒輪箱(8)固定于地面。實(shí)施中也可以采用皮帶傳動，內(nèi)立軸(1)穿過皮帶輪固定于地面。
這樣的結(jié)構(gòu)就可以減輕風(fēng)輪主軸的重量，也就是減輕了機(jī)組的旋轉(zhuǎn)部分的重量和減小了風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量，有利于改善機(jī)組的起動性能和機(jī)組系統(tǒng)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種套軸式垂直軸風(fēng)電機(jī)組，由頂部軸承裝置、風(fēng)輪、葉片攻角調(diào)整機(jī)構(gòu)、底部軸承及軟連接、機(jī)械制動系統(tǒng)、底部結(jié)構(gòu)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電氣及控制系統(tǒng)和鋼絲繩阻尼系統(tǒng)組成，其特征是還包括有內(nèi)立軸，內(nèi)立軸采用套軸式結(jié)構(gòu)，這種套軸式結(jié)構(gòu)由內(nèi)立軸和風(fēng)輪套裝組成，內(nèi)立軸底部固定在地面上、頂端由鋼絲繩與地面拉緊，風(fēng)輪套裝在內(nèi)立軸外面，通過頂部軸承裝置和內(nèi)立軸連接，并由底部軸承支撐在底部結(jié)構(gòu)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套軸式垂直軸風(fēng)電機(jī)組，其特征是所述內(nèi)立軸穿過齒輪箱或者皮帶輪固定于地面。
專利摘要一種可以減輕風(fēng)輪主軸重量和轉(zhuǎn)動慣量、能夠改善機(jī)組起動性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性能的套軸式垂直軸風(fēng)電機(jī)組，其組成包括內(nèi)立軸、頂部軸承裝置、風(fēng)輪、葉片攻角調(diào)整機(jī)構(gòu)、底部軸承及軟連接、機(jī)械制動系統(tǒng)、底部結(jié)構(gòu)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電氣及控制系統(tǒng)和鋼絲繩阻尼系統(tǒng)。內(nèi)立軸底部固定在地面、頂端由鋼絲繩與地面拉緊，風(fēng)輪套裝在內(nèi)立軸外面，通過頂部軸承裝置和內(nèi)立軸連接，并由底部軸承支撐在底部結(jié)構(gòu)上。風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，經(jīng)底部軸承及軟連接、齒輪箱驅(qū)動發(fā)電機(jī)，完成風(fēng)力發(fā)電的過程。葉片攻角調(diào)整機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)風(fēng)輪的輸出功率和在大風(fēng)情況下起到空氣剎車的作用。
文檔編號F03D9/00GK2921352SQ200620000660
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月11日
發(fā)明者郭樹言 申請人:北京雙帆科技有限公司