三葉片立軸風力的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種三葉片立軸風力機，屬于風能發電設備【技術領域】。該風力機包括風向舵、上轉臂、立柱、下轉臂、減速箱、傳動箱、箱體、立軸、葉片等；風向舵位于上轉臂的上方并通過立軸穿過空心立柱與減速箱的輸入軸聯接，立柱上端與上轉臂固接而下端與下轉臂固接形成回轉支架，減速箱上部固定于下轉臂而下部固定于箱體，三個葉片均勻布置在以立柱軸線為中心的圓周上，葉片上端支承于上轉臂，葉片下端支承于下轉臂，三葉片的相位差為60°，三個傳動箱位于葉片的正下方并與箱體固定聯接。本發明具有較高的風能利用率、風力機結構緊湊、維護簡單、傳動效率高以及使用壽命長等優點。
【專利說明】三葉片立軸風力機
[0001]【技術領域】:
本發明屬于風能發電設備【技術領域】，具體涉及一種三葉片立軸風力機。
[0002]【背景技術】:
風力機是把風能轉變為機械能的動力裝置，用于驅動發電機發電或其它機械裝置工作。常見的風力機有水平軸風力機和立軸風力機(也稱垂直軸風力機)兩大類。立軸風力機和水平軸風力機相比，立軸風力機的葉片重力方向平行于回轉軸線，僅產生很小的摩擦阻力矩，因而立軸風力機啟動風速較小；立軸風力機的葉片可采用兩端支承，葉片的受力更加均勻，其結構設計簡單，使用壽命長；立軸風力機更容易實現直接驅動發電機，并允許發電機安裝在塔架的底部，方便安裝、控制和維護。因此，立軸風力機具有廣闊的應用前景。
[0003]公知的垂直軸豎翼多葉片風力機(見中國專利CN200720084129.0)通過隨風調節豎翼上的葉片轉角控制豎翼的氣流通斷來吸收任何方向的風力，降低了啟動風速，但其控制氣流通斷會產生工作噪音，風速較大時，工作噪音會更大。公知的升力、阻力聯合型垂直軸風力機(見中國專利:CN200410067575.1)利用導流板和導流裝置改變氣流的分布使葉片能利用氣流的升力和阻力做功，達到了降低風力機啟動風速和提高工作效率的目的。然而，其導流裝置結構龐大，成本高，且需要隨風向變化，存在運動慣量大，控制功率大的問題。公知的雙葉片立軸風力機(見中國專利:CN101270720A)使用兩個不對稱轉動的葉片來吸收風能，降低了風力機啟動風速和工作噪音，并利用風向傳感器的信號控制葉片方位來提高風能利用率。然而其葉片數量較少，輸出力矩波動大，風能利用率較低且葉片方位控制系統也較為復雜。
[0004]
【發明內容】
:
本發明的目的在于克服現有立軸風力機的不足，提供一種三葉片立軸風力機。本發明采用風向舵來控制葉片方位，通過增加葉片數量使輸出力矩波動減小而使風能利用率有所提聞。
[0005]本發明所提供的三葉片立軸風力機包括風向舵1、上轉臂2、立柱3、下轉臂5、減速箱6、箱體9、A傳動箱27、B傳動箱8、回轉支承10、C傳動箱17、增速箱13、立軸22、葉片A 26、葉片B 28、葉片C 29 ;所述風向舵I位于所述上轉臂2的上方并通過所述立軸22與所述減速箱6的小齒輪軸固定聯接；所述立柱3鉛垂設置，所述立柱3的上端與上轉臂2固定聯接，所述立柱3的下端與所述下轉臂5固定聯接形成回轉支架，所述立軸22穿過所述立柱3的空心部分并與所述立柱3的軸線重合；所述減速箱6位于所述下轉臂5與所述箱體9之間；所述減速箱6的回轉箱體30的上部與所述下轉臂5固定聯接，所述回轉箱體30的下部與所述箱體9固聯，所述回轉箱體30的軸線與所述立軸22的軸線重合；所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17的結構相同，所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17均布在所述箱體9的周圍，所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17的弧形管與所述下轉臂5固定聯接，所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17的軸承座與所述箱體9固定聯接；所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C 29位于所述上轉臂2與所述下轉臂5之間，所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C 29均布在所述立柱3的周圍，所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C 29的自轉軸平行于所述立柱3的軸線，所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C 29的自轉軸上端通過軸承支承于上轉臂2，所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C29的自轉軸下端通過軸承支承于下轉臂5，所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C 29的自轉軸分別與所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17的柔性軸固連，所述葉片A 26、葉片B 28以及葉片C 29的葉片之間的相位差始終保持60° ;所述箱體9與所述回轉支承10的內圈固定聯接，同時所述箱體9與所述增速箱13的輸入軸固定聯接，所述箱體9內的減速箱6的上錐齒輪38同時與所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17的下錐齒輪52嚙合，所述上錐齒輪38與所述下錐齒輪52的齒數比為1.5。
[0006]所述減速箱6包括回轉箱體30、小齒輪軸31、小齒輪35、內齒輪42以及上錐齒輪38，所述小齒輪軸31、內齒輪42以及上錐齒輪38的軸線重合；所述小齒輪35與所述內齒輪42內嚙合，所述小齒輪35同時與所述小齒輪軸31外嚙合；所述內齒輪42與所述上錐齒輪38固定聯接，所述內齒輪42由軸承支承于回轉箱體30 ;所述減速箱6的速比為3。
[0007]所述A傳動箱27、B傳動箱8以及C傳動箱17均由柔性軸45、弧形管46、卡套螺母47、軸承座50、左軸承49、右軸承51以及下錐齒輪52組成；所述柔性軸45穿過所述弧形管46與所述下錐齒輪52的軸端固定聯接，所述弧形管46與所述軸承座50用所述卡套螺母47固定形成一剛性體，所述下錐齒輪52分別由所述左軸承49以及所述右軸承51水平支承于所述軸承座50 ;所述弧形管46的軸線位于同一平面內，所述弧形管46的圓心角為 90。。
[0008]當風向一定時，風向舵I順著風向靜止不動，三個葉片隨回轉支架公轉，同時相對于回轉支架自轉。由于傳動箱和減速箱組成的傳動系統總傳動比為2，回轉支架轉動一周使葉片同向轉動半周，在此過程中，葉片產生非均勻的“迎風運動”，氣流對任何位置的葉片都會產生阻力和升力，它們共同作用產生隨回轉支架轉角變化的主動轉矩或阻礙轉矩。由于三個葉片軸線在水平圓周上均勻布置，且安裝相位差為60°，三個葉片“迎風運動”的軌跡完全相同，由此產生主動轉矩和阻礙轉矩的疊加效果。因此，風力機的輸出力矩更加平穩，有效力矩增加，能夠達到提高風能利用率的目的。
[0009]當葉片平面及其下方的弧形管平面同時垂直于風向時(圖2所示狀態)，葉片上產生的主動轉矩最大而阻礙力矩接近于零，以此狀態設定風力機葉片的初始方位，能產生主動轉矩和阻礙轉矩疊加的最佳效果，很小的風速即可啟動風力機運轉并保證風力機能夠連續運轉。
[0010]當風向改變時，風向舵I隨風轉動，通過減速箱和傳動箱自動改變葉片的方位，始終保持葉片方位和風向的最佳狀態。因此，葉片方位的控制簡單而可靠。
[0011]由于葉片關于自轉軸線對稱，風力作用在葉片上的不平衡力矩很小，傳動系中柔性軸、齒輪和軸承的傳動效率較高，控制葉片方位變化的轉動慣量也較小。因此，風向舵控制葉片方位反應快，有利于提高風能的利用率。
[0012]葉片為關于軸線對稱的平面葉片，結構簡單，制造成本低；其回轉軸采用兩端支承，承載能力大，使用壽命長。
[0013]風力機回轉支架及其它運動質量的質心位于回轉軸線上，不會產生附加的動載荷，因而動平衡性能好。傳動系統采用閉式齒輪傳動，尤其是柔性軸傳動大大簡化了傳動箱的結構，維護簡單、傳動效率高和使用壽命長。[0014]本發明具有以下優點:
1、三個葉片同時按相同的軌跡的運動，風力機的輸出力矩更加平穩，能夠有效提高風能利用率。
[0015]2、風向舵通過齒輪傳動和柔性軸可自動控制葉片方位，控制系統簡單、可靠性高，控制靈敏，有利于提高風能的利用率。
[0016]3、葉片結構簡單，制造成本低，承載能力大；風力機結構緊湊，維護簡單，傳動效率高和使用壽命長。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發明三葉片立軸風力機主視結構示意圖；
圖2為本發明三葉片立軸風力機的俯視結構示意圖；
圖3為本發明三葉片立軸風力機的減速器結構示意圖；
圖4為本發明三葉片立軸風力機的傳動箱結構示意圖。
[0018]圖中:1.風向舵、2.上轉臂、3.立柱、4.支架螺栓、5.下轉臂、6.減速箱、7.箱體螺栓、8.B傳動箱、9.箱體、10.回轉支承、11.發電機、12.支座、13.增速箱、14.電機螺栓、15.內圈螺栓、16.外圈螺栓、17.C傳動箱、18.下螺釘、19.下擋圈、20.下軸承、21.銷、22.立軸、23.上軸承、24.上螺釘、25.蓋板、26.葉片A、27.A傳動箱、28.葉片B、29.葉片C、30.回轉箱體、31.小齒輪軸、32.小軸、33.小法蘭、34.軸瓦、35.小齒輪、36.螺釘、37.大軸承、38.上錐齒輪、39.壓板螺栓、40.壓板、41.螺栓、42.內齒輪、43.法蘭螺栓、44.小軸承、45柔性軸、46.弧形管、47卡套螺母、48.左擋圈、49.左軸承、50.軸承座、51.右軸承、52.下錐齒輪。
[0019]【具體實施方式】:
如圖1和圖2所示，本發明的三葉片立軸風力機包括風向舵1、上轉臂2、立柱3、下轉臂
5、減速箱6、A傳動箱27、B傳動箱8、箱體9、立軸22、葉片A 26、葉片B 28、葉片C 29、回轉支承10等。風向舵I與立軸22焊接，立軸22通過銷21與減速箱6的小齒輪軸31固定聯接。上轉臂2與立柱3焊接，下轉臂5、減速箱6的回轉箱體30和立柱3用支架螺栓4固定聯接形成剛性的回轉支架，回轉箱體30用螺栓41固定于箱體9，A傳動箱27、B傳動箱8和C傳動箱17的軸承座50用箱體螺栓7固定于箱體9，箱體9內上錐齒輪38同時與三個相同的下錐齒輪52嚙合，增速比為1.5。
[0020]A傳動箱27、B傳動箱8、C傳動箱17的弧形管46與下轉臂5用下螺釘18固定聯接，葉片A 26、葉片B 28和葉片C 29的上端通過上軸承23支承在上轉臂2中，蓋板25壓靠軸承23的外圈并用上螺釘24固定在上轉臂2上；三個葉片的下端通過下軸承20支承在下轉臂5中并用下檔圈19進行葉片的軸向定位。箱體9通過內圈螺栓15與回轉支承10的內圈固定聯接，外圈螺栓16將回轉支承10的外圈固定在增速箱13上，箱體9的內孔通過鍵與增速箱的輸入軸聯接，增速箱13和發電機11通過發電機螺栓14固定在支座12上。[0021 ]圖3是三葉片立軸風力機減速箱結構示意圖。減速箱由回轉箱體30、小齒輪軸31、小齒輪35、上錐齒輪38、小軸32、小法蘭33、大軸承37、內齒輪42等組成。小齒輪軸31由軸承44支承在回轉箱體中，內齒輪42和上錐齒輪38由螺釘36固定聯接并由大軸承37支承在回轉箱體中，小齒輪軸31和上錐齒輪38的軸線重合。小齒輪35與軸瓦34固接并安裝在小軸32上，小法蘭33與小軸32固接并由法蘭螺栓43固定于回轉箱體30，壓板40壓靠大軸承37的外圈并由壓板螺栓固定于回轉箱體30。小齒輪35和內齒輪42哨合，同時又與小齒輪軸31嚙合.小齒輪軸31與上錐齒輪38之間的減速比為3。
[0022]圖4是三葉片立軸風力機A、B和C傳動箱結構示意圖。該傳動箱由柔性軸45、弧形管46、卡套螺母47、左軸承49、軸承座50、右軸承51和下錐齒輪52等組成。柔性軸45穿過弧形管46與下錐齒輪52的軸頸固接，弧形管46由卡套螺母47固定于軸承座50，下錐齒輪52由左軸承49和右軸承51水平支承在軸承座50中，左擋圈48安裝在下錐齒輪52的軸頸上進行軸向定位。
[0023]風向舵I的轉動經過減速箱6分配給A傳動箱、B傳動箱和C傳動箱,并分別傳遞給葉片A、葉片B和葉片C，風向舵與葉片之間的總傳動比為2且它們的轉向相同。
【權利要求】
1.三葉片立軸風力機，其特征在于該風力機包括風向舵(I)、上轉臂(2)、立柱(3)、下轉臂(5 )、減速箱(6 )、箱體(9 )、A傳動箱(27 )、B傳動箱(8 )、回轉支承(10 )、C傳動箱(17 )、增速箱(13)、立軸(22)、葉片A 26、葉片B 28、葉片C 29 ;所述風向舵(I)位于所述上轉臂(2)的上方，所述風向舵(I)通過所述立軸(22)與所述減速箱(6)的小齒輪軸固定聯接；所述立柱(3 )鉛垂設置，所述立柱(3 )的上端與所述上轉臂(2 )固定聯接，所述立柱(3 )的下端與所述下轉臂(5)固定聯接形成回轉支架，所述立軸(22)穿過所述立柱(3)的空心部分，所述立軸(22)與所述立柱(3)的軸線重合；所述減速箱(6)位于所述下轉臂(5)與所述箱體(9)之間；所述減速箱(6)的回轉箱體(30)的上部與所述下轉臂(5)固定聯接，所述回轉箱體(30)的下部與所述箱體(9)固聯，所述回轉箱體(30)的軸線與所述立軸(22)的軸線重合；所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8)以及C傳動箱(17)的結構相同，所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8)以及C傳動箱(17)均布在所述箱體(9)的周圍，所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8)和C傳動箱(17)的弧形管與所述下轉臂(5)固定聯接，所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8)和C傳動箱(17)的軸承座與所述箱體(9)固定聯接；所述葉片A (26)、葉片B ( 28)以及葉片C (29)位于所述上轉臂(2)與所述下轉臂(5)之間，所述葉片A (26)、葉片B (28)以及葉片C (29)均布在所述立柱(3)的周圍，所述葉片A (26)、葉片B (28)以及葉片C (29)的自轉軸平行于所述立柱(3)的軸線，所述葉片A (26)、葉片B (28)以及葉片C (29)的自轉軸上端通過軸承支承于所述上轉臂(2)，所述葉片A (26)、葉片B (28)以及葉片C (29)的自轉軸下端通過軸承支承于所述下轉臂(5)，所述葉片A (26)、葉片B (28)以及葉片C(29)的自轉軸分別與所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8)和C傳動箱(17)的柔性軸固連，所述葉片A (26)、葉片B (28)以及葉片C (29)的葉片之間的相位差始終保持60° ;所述箱體(9)與所述回轉支承(10)的內圈固定聯接，同時所述箱體(9)與所述增速箱(13)的輸入軸固定聯接，所述箱體(9)內的減速箱(6)的上錐齒輪(38)同時與所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8)以及C傳動箱(17)的下錐齒輪(52)嚙合，所述上錐齒輪(38)與所述下錐齒輪(52)的齒數比為1.5。
2.根據權利要求1所述的三葉片立軸風力機，其特征在于所述減速箱(6)包括回轉箱體(30)、小齒輪軸(31)、小齒輪(35)、內齒輪(42)以及上錐齒輪(38);所述小齒輪軸(31)、內齒輪(42)以及上錐齒輪(38)的軸線重合；所述小齒輪(35)與所述內齒輪(42)內嚙合，所述小齒輪(35)同時與所述小齒輪軸(31)外嚙合；所述內齒輪(42)與所述上錐齒輪(38)固定聯接，所述內齒輪(42)由軸承支承于回轉箱體(30);所述減速箱(6)的速比為3。
3.根據權利要求1所述的三葉片立軸風力機，其特征在于所述A傳動箱(27)、B傳動箱(8 )以及C傳動箱(17 )均由柔性軸(45 )、弧形管(46 )、卡套螺母(47 )、軸承座(50 )、左軸承(49)、右軸承(51)以及下錐齒輪(52)組成；所述柔性軸(45)穿過所述弧形管(46)與所述下錐齒輪(52)的軸端固定聯接，所述弧形管(46)與所述軸承座(50)用所述卡套螺母(47)固定形成一剛性體，所述下錐齒輪(52)分別由所述左軸承(49)以及所述右軸承(51)水平支承于所述軸承座(50);所述弧形管(46)的軸線位于同一平面內，所述弧形管(46)的圓心角為90°。
【文檔編號】F03D7/06GK103527402SQ201310493923
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】張玉華, 劉亮 申請人:安徽工業大學