一种水平旋转式风力发电机装置.pdf

本发明水平旋转式风力发电机装置，包括立式塔筒、立轴发电机、至少三片且径向等分设置的水平旋转叶轮、传动系统和控制系统等。所述塔筒、叶轮和发电机中心线三轴合一，立轴发电机设在立式塔筒内顶部。叶轮端部加劲肋被固定在各环状水平转盘上，各环状水平转盘以塔筒中心轴同步环绕旋转，可以全方位受风。在相邻的水平旋转叶轮的上下端，用水平和垂直钢缆剪刀撑紧固，构成刚性叶轮。本发明利用塔筒的强度，立轴发电机和水平旋转叶轮分别在塔筒内外提升或者下降，便于安装和检修。由于形成同心圆，大幅减少因偏心引起的弯矩和剪力等附加应力，所有动静荷载沿重心垂直直接传递给塔筒基础，附加应力大幅减少，有效规避塔架倾覆和设备损毁带来的风险。

1.  一种水平旋转式风力发电机装置，包括立式塔筒、立轴发电机、至少三片且径向等分设置的水平旋转叶轮、传动系统和控制系统等。所述塔筒、水平旋转叶轮和立轴发电机主轴的中心按三轴合一设置，其特征在于所述立轴发电机利用立式塔筒强度在塔筒内提升，立轴发电机被固定在立式塔筒内顶端或者任意位置。所述叶轮被固定在各环状水平转盘的加劲肋上，水平旋转叶轮可以利用塔筒强度整体在塔筒外提升，叶轮重心被固定在环状水平转盘与立轴发电机主轴的交点处，上部环状水平转盘通过轴承被固定在避雷针上，下部环状水平转盘通过水平滑轮，将荷载传递到塔筒外侧，各环状水平转盘构成以塔筒中心轴同步单循环环绕转动的叶轮。

2.  根据权利要求1所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述水平旋转叶轮的横截面呈水牛角流线型。

3.  根据权利要求1所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述环状水平转盘沿其径向垂直等分位置上分别与水平旋转叶轮的加劲肋镶嵌在一起。为了便于安装和检修，分别设置多边形核心筒和多边形定位板，通过水平滑轮和垂直滑轮微调核准就位后，再利用紧固件和销键固定好叶轮。相邻水平旋转叶轮的上下端通过水平和垂直的钢缆剪刀撑紧固，增强叶轮运行期间的刚度和稳定性，构成整体刚性水平旋转的叶轮。

4.  根据权利要求1所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述立轴发电机可以利用立式塔筒的强度，在塔筒内提升或者下降；水平旋转叶轮可以利用立式塔筒的强度，在塔筒外提升或者下降，便于立轴发电机和叶轮的安装和检修。

5.  根据权利要求3所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述水平旋转叶轮沿环状水平转盘径向等分等距设置，叶轮重心部位设置在主环状水平转盘上，直接与发电机主轴连接；上下部环状水平转盘，可以作为水平旋转叶轮两端的铰接支点。

6.  根据权利要求3所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述水平旋转叶轮的下端，每扇叶轮对应设置一组水平滑轮，将荷载通过水平滑轮传递到立式塔筒外侧。该滑轮可以水平调节。

7.  根据权利要求3所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述水平旋转叶轮与多边形核心筒连接后，每扇叶轮对应的多边形核心筒下设置一组垂直滑轮，将偏心荷载通过垂直滑轮传递到立式塔筒顶板上，以减轻荷载对发电机组的垂直压力。该滑轮可以垂直调节。

8.  根据权利要求3所述的一种水平旋转式风力发电机装置，其特征在于所述 水平旋转叶轮，由于叶轮、发电机和塔筒轴心重合，形成同心圆，可以大幅减少因偏心引起的弯矩和剪力等附加应力，所有动静荷载沿发电机基座重心垂直传递给塔筒基础，结构偏心荷载大幅减少，附加应力相应减少，有效规避塔架倾覆和设备损毁带来的风险。

一种水平旋转式风力发电机装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置，特别涉及一种用于水平旋转式风力发电机制作安装检修的方法，所述风力发电装置包括立式塔筒、具有至少三片以上且径向等分设置的水平旋转叶轮、加劲肋和立轴发电机组成。
背景技术
在新能源领域中，风力发电作为绿色有效的清洁能源，越来越被人们重视。在现有技术中，风力发电机叶轮与地面垂直，迎风作业，旋转直径大，强风不发电、弱风转不动、安装难度大、占地面积多、工程造价高，检修费用大，适用范围受限。尤其在风力作用下，偏心荷载引起的塔筒基础附加弯矩和剪力过大，可能会造成塔架倾覆和设备损毁等严重后果。为了规避风险，往往采取增大结构安全系数的方法加以防范。功率需求越大，对单台机组的设计施工和安装质量要求越高，增加投资越多，使用范围越受制约。因此，风力发电机需要发明一种具有更先进、工艺更合理、适用范围更广的制作安装检修的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种叶轮水平旋转，受风面积大、全方位受风；水平旋转叶轮、发电机和塔筒三者轴心合一，结构稳固，荷载传递路径简捷；发电机和叶轮均依靠塔筒上升或者下降，方便安装和检修；费效比高、占地面积少，用途广泛的水平旋转式风力发电机制作安装检修的方法。
为了实现上述目的，本发明技术方案，提供一种发电机设在塔筒内顶端，叶轮在风力作用下，带动发电机主轴，以塔筒圆心作水平旋转运动产生电能；叶轮具有至少三片以上且径向等分设置，绕塔筒圆心作水平旋转的风力发电机。其主要特征在于所述风力发电机由水平旋转叶轮、塔筒、立轴发电机和加劲肋组成。
本发明根据空气动力学原理，以风能为动力，接受任意风向的风力，推动叶轮以塔筒轴心作水平定向旋转运动，带动发电机主轴旋转产生电能。
本发明利用塔筒刚度较大，所有动静载通过发电机基座沿重心垂直传递给塔筒基础，结构偏心荷载大幅减少，由此引起的附加弯矩和剪力相应减少，有效规避塔架倾覆和设备损毁带来的投资风险。
在上述方法中，较好的是所述叶轮水平旋转，是针对本发明叶轮在风力的作用下， 带动发电机主轴以塔筒轴心作水平旋转运动，风力强弱仅体现在叶轮转速的快慢上。
在上述方法中，较好的是所述三者轴心合一，是指水平旋转叶轮、发电机和塔筒轴心重合，形成同心圆，彻底改变整体受风性能，大幅节约投资成本，扩大适用范围。
在上述方法中，较好的是所述三者轴心合一，是指水平旋转叶轮、发电机和塔筒轴心重合，形成同心圆后，大幅减少因偏心引起的弯矩和剪力等附加应力，能够减少技术人员计算和分析的工作量；有效减轻安装和检修人员的工程量。
在上述方法中，较好的是所述发电机依靠塔筒上升或者下降，是指发电机设在塔筒内顶端或者任意位置，充分利用塔筒结构自身上升或者下降，方便安装和检修。
在上述方法中，较好的是所述叶轮依靠塔筒上升或者下降，是指叶轮利用常用起吊设备，依靠塔筒结构提升或检修，无须远程调用大型起重设备，适应各种环境作业。
在上述方法中，较好的是所述安装和检修，叶轮先在地面围绕塔筒组装，再用临时构件固定，依靠塔筒结构自身起吊，实现一次吊装提升就位，大幅降低因高空作业带来的各种安全隐患和风险。
在上述方法中，较好的是所述费效比高，是指相对于各高耗能的发电行业，能够减少对石油和煤炭等有限宝贵资源的依赖，大幅减少碳排放量，实现低碳经济效应，有效应对能源危机和抵御温室效应。
在上述方法中，较好的是所述费效比高，应用在特殊行业，例如：污水处理场等，由于鼓风机等设备全天候开机，运营成本较高，经常造成人为地长期恶意停机。本发明提供的方案，可以实现一次性投入，永久性地解决恶意偷排污水的顽疾。
在上述方法中，较好的是所述费效比高，是指不论风力强弱，基本不影响发电，风能利用率高，能够大幅提高投资效益。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转式风力发电机，是指根据功率要求，可以设置在任何建筑物楼顶或者任意制高点上，或者两坚固物体之间，以满足节能需求。在建筑物楼顶设置时，需要在发电机基座设置悬浮装置；或者塔基下设置减震装置；或者两者兼备。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转式风力发电机，是指结合本地情况和输出功率需求，因地制宜，分别设置在各工厂、农村、企事业单位、居民小区、偏远山区、海岛等地，包括有条件的村庄等。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转式风力发电机，是指在原有风电场内扩容，并网发电，不需另外增加建设用地。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转叶轮，是指任意叶面和截面形状，在运转过程中，能够实现按切线受力旋转。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转叶轮，是指加劲肋或者叶轮上下两端设置支点铰接，用钢缆紧固拉结形成一体，增加叶轮运行期间结构的稳定性。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转叶轮，是指把旋转的叶轮设计成任意特定形状和色彩，可以代表一座城市的主题形象，例如：灯笼、青花瓷、航空器等。
在上述方法中，较好的是所述水平旋转叶轮，是指利用视觉暂留原理，在旋转叶轮上描绘色彩动感图案，可以增加广告效应和视觉效果。
在上述方法中，较好的是所述全方位受风，是指无论风向作用力来自何方，基本上属于切线受力，无须迎风作业，省略风向定位系统。
在上述方法中，较好的是所述加劲肋，是指根据叶轮大小，在叶轮端部设置具有一定刚度的加强带，镶嵌在若干水平转盘上形成整体。
本发明的优点是，与同等功率同等规模风力发电机组相比，本发明提供的方案，费效比优势明显。本方案彻底改变整体受风性能，无须迎风作业，显著提高风能的利用率；实现就地扩容；减少建设用地；因地制宜；普及面广；安装检修简便；缩短建设周期；降低投资成本；提高投资收益；降低各种风险产生；实现低碳经济效应，利国利民。
下面结合附图和较佳实施例对本发明的优点和其他特点做进一步描述。
附图说明
图1是本发明叶轮组装后的平面示意图；
图2、图3、图4和图5是图1所示任意形状叶轮和发电机就位后的立面示意图；
图6是图2至图5所示发电机组安装在两任意坚固物体之间就位后的立面示意图；
图7是本发明发电机组和叶轮在地面组装后起吊过程的示意图；
图8是图2至图5所示立轴发电机组和水平主转盘的连接示意图；
图9是图2至图5所示立轴发电机组各组水平转盘的示意图；
图10是任意发电机组的透视图。
具体实施方式
图1示出本发明水平旋转式风力发电机单台机组的叶轮5组装后的俯视平面示意图。叶轮5顺时针或者逆时针安装均可。叶轮5端部加劲肋7分别镶嵌在水平转盘3、8、4上，加劲肋7下端各安装水平滑轮13沿着塔筒1外侧运行。叶轮5上下端可以设置水平和垂直钢缆剪刀撑连接，形成整体，增强叶轮5运行期间的刚度和稳定性。
图2、图3、图4和图5示出本发明任意形状叶轮5和立轴发电机2就位后的立面示意图。任意截面、形状和材质的叶轮5，主转盘8通过多边形核心筒16安装在发电机主轴6上，以塔筒1轴心作水平单循环旋转运动。
图6示出本发明水平旋转式风力发电机组安装在两任意坚固物体之间就位后的立面示意图。塔筒1直接安装在钢架上，水平旋转的叶轮5加劲肋7的重心通过主转盘8，带动立轴发电机主轴6运行，上端避雷针12通过轴承与上部钢架连接，增强叶轮5运 行期间的稳定性。根据钢架跨度，风力发电机组可以多台机组同时排列等分布置。
图7是本发明发电机组2和叶轮5在地面围绕塔筒1组装后的起吊过程：
图7示出的方法是利用立式塔筒1的强度，将立轴发电机2在塔筒1内提升至塔顶顶板9处就位，同样亦可以在地面预安装再起吊。立轴发电机2可以在塔筒1内部装卸，立轴发电机2可以用托盘10固定，或者在顶板9上再固定；在地面将水平主转盘8的多边形核心筒16和上部水平转盘4的多边形定位板15预先安装在相应的位置。具体安装步骤是：先起吊立式塔筒1安装在塔筒1基础上，预先将水平转盘3、8、4套在塔筒1外，再依次吊装焊接，直至将多边形核心筒16、多边形定位板15和避雷针12等安装好的最后一节塔筒1就位，立式塔筒1安装完毕；在地面将叶轮的加劲肋依次嵌入水平转盘3、8、4的预留槽11内，组装成一体后，利用立式塔筒1强度在塔筒外用钢缆19提升叶轮5，水平主转盘8到达塔筒1顶部9，通过水平滑轮13和垂直滑轮14微调核准就位，再利用紧固件17和销键18固定叶轮5，叶轮5安装完毕。考虑起吊和检修过程，吊装立轴发电机时，塔筒1底部预留检修孔，方便设备和人员进出。
图8示出叶轮5通过主转盘8的多边形核心筒16，利用用紧固件17和销键18固定叶轮5，带动立轴发电机主轴6运行的示意图。多边形核心筒16下按每扇叶轮5设置一组滑轮14，将荷载通过滑轮14传递到塔筒1顶板9上，以减轻荷载对发电机组2的垂直压力。
图10示出风力发电机单台机组的透视图。
本发明水平旋转式风力发电机可以安装在原有建筑物楼顶上。选择在原有建筑物的柱、承重墙或者主梁上设置钢筋混凝土墩，钢筋锚入原有结构。在混凝土墩上架钢梁，垫上减震部件，再固定塔筒1。
与现有技术相比，本发明的安装和检修方法，主要体现在充分利用塔筒1结构自身的强度和稳定性进行作业，操作简单易行，尽量降低因高空作业带来的各种安全隐患和风险。
本发明的特点在于：
1.不着眼于研究风力的强弱和风向问题，而是彻底改变传统的受风模式，形成叶轮围绕塔架轴心水平旋转的运动形式，大幅提高风能的利用率。
2.立轴发电机和叶轮先在地面组装，再依靠塔筒起吊，实现吊装一次提升就位，利用塔筒装卸简单易行，巧妙地化解各环节容易产生的各种安全隐患和风险。
本发明的特定实施例已经对发明的内容做了详尽的说明。对本领域的一般工程技术人员而言，在不背离本发明主要之特征的前提下，对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利权的侵犯，并将承担相应的法律责任。