鼓状可伸缩风轮以及采用该风轮的水平轴风力发电机制造技术

本发明专利技术涉及鼓状可伸缩风轮，包括主轴、框架组件、叶片组、调节装置和叶片连杆，框架组件包括滑动框架和固定框架；滑动框架通过可轴向滑动的连接件套接于主轴，固定框架固定套装于主轴；滑动框架的数量为1或2个，固定框架的数量为1个；叶片设于固定框架上，滑动框架设有与滑动机构中的滑块相配合的滑道，叶片连杆为分段式的圆环构造，用于串接各叶片；通过调节装置输出动力，并通过推拉机构与叶片连杆连接，或者与滑动框架连接，带动滑动框架在主轴上轴向滑动。还涉及水平轴风力发电机，采用上述鼓状可伸缩风轮风轮。本发明专利技术的风轮和风力发电机具有自动转向迎风、风能利用率高、安装维修简易、适合风速范围广、投资小回报高等优点。

【技术实现步骤摘要】
鼓状可伸缩风轮以及采用该风轮的水平轴风力发电机
本专利技术涉及涉及风力发电装置
，具体的说是一种鼓状可伸缩风轮以及采用该风轮的水平轴风力发电机。
技术介绍
风力发电具有清洁、无污染等特点，被广泛应用。风力发电机利用风能驱动叶片带动发电机主轴旋转；现有的水平轴式风力发电机，包括三个叶片和轮毂，可旋转的轮毂安装在塔杆顶端，并通过传动系统与发电机组相连，三个叶片的根部均安装在轮毂上，叶片的末端向外伸出。风轮能够在风的作用下旋转，将风能转变为机械能，使轮毂旋转；轮毂再通过传动系统带动发电机组运转，使发电机组输出电能。为提高发电机的额定输出功率，目前使用的水平轴风力发电机高度均较高，有些风机总体高度甚至高达100米。功率大于2MW以上的设备，如进一步增加风机额定输出功率，需要增加叶片的长度并提高风机的高度，由于受到材料强度和自身重量的限制，采用该结构的风力发电机大型化发展存在如下问题：(1)风机的高度增加后，风机的晃动度随之增大，不但占用的空间大，且抗风能力差，导致可利用的风速范围缩小，一般当风速超过25m/s时就必须要停机，造成风能资源的大量浪费，风机的可利用率降低；(2)风机的高度越高，吊装难度、吊装危险性等越大，吊装成本显著增加；日常维护困难，维护成本大幅增加；(3)风力发电机功率增大导致风机总体高度增高、风力适用范围变窄、设备维护费用增加，使得获得单位千瓦电能的成本显著上升，市场竞争力明显下降。(4)受到现有材料技术的限制，风机叶片的长度难以进一步增加；而目前现有的大型风机叶片也容易折断，寿命短，且更换费用较高；(5)现有技术中，水平轴式风力发电机的三个叶片常常出现不能同步调节，造成被迫停机。由此可见，现有技术的水平轴式风机技术成熟，其规模化制造，成本低廉，但受到叶片形式、强度及风机塔筒高度的限制，普遍存在风机输出功率偏小、叶片容易折断、叶片扑风效率低、风轮漏风量巨大等缺点，风速13m/s开始弃风、25m/s全部弃风；普遍存在风电设备投资大，成本回收周期长，年利用小时数偏低等缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种鼓状可伸缩风轮以及采用该风轮的风力发电机，其具有自动转向迎风、风能利用率高、适应风速范围广、安装维修简易等优点。对于本专利技术的鼓状可伸缩风轮来说，上述技术问题是这样加以解决的：一种鼓状可伸缩风轮，包括主轴，套接在主轴的框架组件，数个叶片2组成的叶片组，调节叶片角度的调节装置，以及串接并传动调节各叶片的叶片连杆。框架组件包括圆环构造的滑动框架和固定框架；滑动框架通过可轴向滑动的连接件套接于主轴，固定框架固定套装于主轴；滑动框架的数量为1或2个，固定框架的数量为1个。叶片包括叶片体、叶片轴以及滑动机构；叶片体沿从靠近主轴的方向纵向依次包括叶片的根部、中部和末梢部；叶片体由根部外沿水平纵向延伸设有轴孔，该轴孔与叶片轴可旋转的配合。滑动机构包括可转动的连接部件、滑块以及将所述连接部件和滑块连接的滑块连杆；滑动机构设于叶片体的调节部位，调节部位为从末梢部的末端向根部方向延伸至该叶片体2/3位置之间的部位的侧边。滑动框架还设有与滑块相配合的滑道，叶片连杆为圆环构造，杆体上均匀设有串接各叶片滑块连杆的连接部位。固定框架设有装配叶片轴的装配部位，使叶片连接于固定框架。调节装置至少为一个，每个调节装置包括一台动力输出机构、以及与动力输出机构连接的推拉机构；推拉机构与叶片连杆连接，用于带动滑块在滑道上滑动；或者推拉机构与滑动框架连接，用于带动滑动框架在主轴上轴向滑动。优选的，连接部位为通孔，用于套接所述滑块连杆。作为叶片连杆的改进，叶片连杆设于滑道内，叶片连杆为3-12个弧形杆通过组合部件串接的构造。优选的，组合部件为各弧形杆之间相互配合的突起，通孔设于该突起上。优选的，组合部件为螺栓组件或者卡合组件。作为本专利技术的又一个优选方案，关于滑动框架的改进：滑动框架设有滑动外框、滑动内框和连接该内外框的滑动框支撑杆。滑道设于滑动外框上，滑动内框设有中心通孔，套接于轴向滑动的连接件；滑动框支撑杆数量为至少两个，且相邻的滑动框支撑杆之间的角度相等。优选的，固定框架有固定外框、固定内框和连接内外框的固定框支撑杆，固定内框中心部位固定套装于主轴。装配部位圆周阵列于所述固定外框和固定内框上，使叶片呈放射状绕主轴分布，固定框支撑杆数量为两个以上，且相邻的固定框支撑杆之间的角度相等。作为本专利技术的另一个优选方案，关于固定框架的改进：固定框架设有固定内框，固定内框的中心部位固定套装于主轴，装配部位圆周阵列于固定内框，装配叶片并使其呈放射状绕主轴分布。作为本专利技术的再一个优选方案，关于叶片的改进：叶片体的根部、中部和末梢部的横截面均呈弧形片状，中部至末梢部向叶片体一面做弧形弯曲的过渡，使叶片体形成双曲拱式构造，叶片体从根部至末梢部的宽度逐渐增大。叶片体从轴孔沿水平横向至侧边为厚度渐薄的流线型构造，叶片体从中部至末梢部为厚度渐薄的流线型构造。优选的，轴孔设于叶片体一侧边的边沿；滑动机构数量为一个，且设于调节部位中的末梢部一侧边，该侧边为偏离轴孔的侧边；滑动框架数量为一个。轴孔完全贯穿于叶片体，相配的叶片轴的两端均设有卡块，用于将叶片体固定在固定框架上。优选的，轴孔设于叶片体的纵向中轴线上，使叶片体形成左右对称的构造；滑动机构为两个，在调节部位对称的两侧边。滑动框架数量为两个，且在固定框架的两侧套装于主轴。优选的，轴孔完全贯穿于叶片体，相配的叶片轴两端部均设有卡块。优选的，轴孔未完全贯穿于叶片体，相配的叶片轴位于根部的端部设有卡块，用于将叶片体固定在固定框架上。为了适应大型风力发电机，优选轴孔为螺纹孔，叶片轴设有与该螺纹孔相配合的螺纹。优选的，连接部件为万向节，滑块为轮体。(1)针对轴孔设于叶片体一侧边的边沿的技术改进：作为本专利技术一个优选方案，调节传动为拉绳传动；其中，滑动框支撑杆为中空构造的杆体，动力输出机构设于滑动内框。推拉机构与叶片连杆连接，推拉机构为拉绳，拉绳的中段逆向缠绕在动力输出机构的输出轴上，拉绳的两端穿过滑动框支撑杆的中空部位，且与叶片连杆连接。动力输出机构工作时，输出轴转动，拉绳两端进行逆向收、放，其中拉绳一端拉动叶片连杆沿滑道运动，带动叶片体绕叶片轴转动；当输出轴反向旋转时，则通过拉绳另一端拉动叶片连杆沿滑道反向运动，使叶片体绕叶片轴反向转动。本专利技术的又一个优选方案，动力输出机构安装于滑动内框侧边的主轴上。推拉机构与滑动框架连接。推拉机构包括与动力输出机构输出轴装配的传动部件、以及连接滑动内框的连杆组件；通过所述传动部件作用于连杆组件，使连杆组件发生轴向运动，带动滑动框架沿主轴滑动。优选的，传动方式为涡轮涡杆装置传动。其中，传动部件为涡轮涡杆部件，涡杆装配于动力输出机构输出轴上；连杆组件包括曲柄和第一连杆，曲柄的一端固定装配于涡轮输出轴上，另一端与第一连杆的一端铰接；第一连杆的另一端通过转动部件定位于滑动内框上。叶片调整角度时，动力调节机构运转，输出轴转动，并通过涡轮涡杆部件带动曲柄绕涡轮输出轴做圆周运动；在曲柄的带动下，第一连杆通过转动部件可多方位自由调节，且连接的定位端沿轴向做直线往复运动；滑动框架发生轴向滑动，叶片连杆滑动，叶片因叶片连杆的转动而发生角度调整。进一步地，转动部件为万向节，万向节通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鼓状可伸缩风轮(10)，包括主轴(100)，套接在主轴(100)的框架组件，数个叶片(200)组成的叶片组，调节叶片(200)角度的调节装置(600)，以及串接并传动调节各叶片(100)的叶片连杆(500)；所述框架组件包括圆环构造的滑动框架(300)和固定框架(400)；所述滑动框架(300)通过可轴向滑动的连接件(101)套接于主轴(100)，所述固定框架(400)固定套装于主轴(100)；所述滑动框架(300)的数量为1或2个，所述固定框架(400)的数量为1个；所述叶片(200)包括叶片体(210)、叶片轴(220)以及滑动机构(230)；所述叶片体(200)沿从靠近主轴(100)的方向纵向依次包括叶片的根部(211)、中部(212)和末梢部(213)；所述叶片体(210)由根部(211)外沿水平纵向延伸设有轴孔(214)，该轴孔(214)与叶片轴(220)可旋转的配合；所述滑动机构(230)包括可转动的连接部件(233)、滑块(231)以及将所述连接部件(233)和滑块(231)连接的滑块连杆(232)；所述滑动机构(250)设于叶片体(210)的调节部位(240)，所述调节部位(240)为从末梢部(213)的末端向根部(211)方向延伸至该叶片体(210)2/3位置之间的部位的侧边；所述滑动框架(300)还设有与所述滑块(231)相配合的滑道(301)，所述叶片连杆(500)为圆环构造，杆体上均匀设有串接各叶片(200)滑块连杆(232)的连接部位(501)；所述固定框架(400)设有装配叶片轴(220)的装配部位(401)，使叶片(200)连接于固定框架(400)；所述调节装置(600)至少为一个，每个调节装置(600)包括一台动力输出机构(610)、以及与动力输出机构(610)连接的推拉机构；所述推拉机构与叶片连杆(500)连接，用于带动滑块(231)在滑道(301)上滑动；或者所述推拉机构与滑动框架(300)连接，用于带动滑动框架(300)在主轴(100)上轴向滑动；所述连接部位(501)优选为通孔，用于套接所述滑块连杆(232)；所述叶片连杆(500)优选设于滑道(301)内，所述叶片连杆(500)为3‑12个弧形杆(510)通过组合部件串接的构造；优选的，所述组合部件为各弧形杆(510)之间相互配合的突起(521)，所述通孔设于该突起(521)上；或者所述组合部件为螺栓组件(522)或者卡合组件(523)；优选的，所述滑动框架(300)设有滑动外框(310)、滑动内框(320)和连接该内外框的滑动框支撑杆(330)；所述滑道(301)设于滑动外框(310)上，所述滑动内框(320)设有中心通孔(321)，套接于轴向滑动的连接件(101)；所述滑动框支撑杆(303)数量为至少两个，且杆与杆之间的角度相等。...

【技术特征摘要】
1.一种鼓状可伸缩风轮(10)，包括主轴(100)，套接在主轴(100)的框架组件，数个叶片(200)组成的叶片组，调节叶片(200)角度的调节装置(600)，以及串接并传动调节各叶片(200)的叶片连杆(500)；所述框架组件包括圆环构造的滑动框架(300)和固定框架(400)；所述滑动框架(300)通过可轴向滑动的连接件(101)套接于主轴(100)，所述固定框架(400)固定套装于主轴(100)；所述滑动框架(300)的数量为1或2个，所述固定框架(400)的数量为1个；所述叶片(200)包括叶片体(210)、叶片轴(220)以及滑动机构(230)；所述叶片体(210)沿从靠近主轴(100)的方向纵向依次包括叶片的根部(211)、中部(212)和末梢部(213)；所述叶片体(210)由根部(211)外沿水平纵向延伸设有轴孔(214)，该轴孔(214)与叶片轴(220)可旋转的配合；所述滑动机构(230)包括可转动的连接部件(233)、滑块(231)以及将所述连接部件(233)和滑块(231)连接的滑块连杆(232)；所述滑动机构(230)设于叶片体(210)的调节部位(240)，所述调节部位(240)为从末梢部(213)的末端向根部(211)方向延伸至该叶片体(210)2/3位置之间的部位的侧边；所述滑动框架(300)还设有与所述滑块(231)相配合的滑道(301)，所述叶片连杆(500)为圆环构造，杆体上均匀设有串接各叶片(200)滑块连杆(232)的连接部位(501)；所述固定框架(400)设有装配叶片轴(220)的装配部位(401)，使叶片(200)连接于固定框架(400)；所述调节装置(600)至少为一个，每个调节装置(600)包括一台动力输出机构(610)、以及与动力输出机构(610)连接的推拉机构；所述推拉机构与叶片连杆(500)连接，用于带动滑块(231)在滑道(301)上滑动；或者所述推拉机构与滑动框架(300)连接，用于带动滑动框架(300)在主轴(100)上轴向滑动；所述连接部位(501)为通孔，用于套接所述滑块连杆(232)；所述叶片连杆(500)设于滑道(301)内，所述叶片连杆(500)为3-12个弧形杆(510)通过组合部件串接的构造。2.如权利要求1所述的鼓状可伸缩风轮(10)，所述组合部件为各弧形杆(510)之间相互配合的突起(521)，所述通孔设于该突起(521)上；或者所述组合部件为螺栓组件(522)或者卡合组件(523)；所述滑动框架(300)设有滑动外框(310)、滑动内框(320)以及连接滑动外框(310)和滑动内框(320)的滑动框支撑杆(330)；所述滑道(301)设于滑动外框(310)上，所述滑动内框(320)设有中心通孔(321)，套接于轴向滑动的连接件(101)；所述滑动框支撑杆(330)数量为至少两个，且相邻的滑动框支撑杆(330)之间的角度相等。3.如权利要求1所述的鼓状可伸缩风轮(10)，所述固定框架(400)设有固定外框(410)、固定内框(420)以及连接固定外框(410)和固定内框(420)的固定框支撑杆(430)，所述固定内框(420)中心部位固定套装于主轴(100)；所述装配部位(401)圆周阵列于所述固定外框(410)和固定内框(420)上，使叶片(200)呈放射状绕主轴(100)分布，所述固定框支撑杆(430)数量为两个以上，且相邻的固定框支撑杆(430)之间的角度相等；或者，固定框架(400)设有固定内框(420)，所述固定内框(420)的中心部位固定套装于主轴(100)，所述装配部位(401)圆周阵列于所述固定内框(420)，装配叶片(200)并使其呈放射状绕主轴(100)分布。4.如权利要求1所述的鼓状可伸缩风轮(10)，所述叶片体(210)的根部(211)、中部(212)和末梢部(213)的横截面均呈弧形片状，所述中部(212)至末梢部(213)向叶片体(210)一面做弧形弯曲的过渡，使叶片体(210)形成双曲拱式构造，所述叶片体(210)从根部(211)至末梢部(213)的宽度逐渐增大；所述叶片体(210)从轴孔(214)沿水平横向至侧边为厚度渐薄的流线型构造，所述叶片体(210)从中部(212)至末梢部(213)为厚度渐薄的流线型构造；所述轴孔(214)设于叶片体(210)一侧边的边沿；所述滑动机构(230)数量为一个，且设于调节部位(240)中的末梢部(213)一侧边，该侧边为偏离轴孔(214)的侧边；所述滑动框架(300)数量为一个；所述轴孔(214)完全贯穿于叶片体(210)，相配的叶片轴(220)的两端均设有卡块(221)，用于将叶片体(210)固定在固定框架(400)上；或者，所述轴孔(214)设于叶片体(210)的纵向中轴线上，使叶片体(210)形成左右对称的构造；所述滑动机构(230)为两个，在所述调节部位(240)对称的两侧边；所述滑动框架(300)数量为两个，且在所述固定框架(400)的两侧套装于主轴(100)；所述轴孔(214)完全贯穿于叶片体(210)，相配的叶片轴(220)两端部均设有卡块(221)；或者所述轴孔(214)未完全贯穿于叶片体(210)，相配的叶片轴(220)位于根部(211)的端部设有卡块(221)，用于将叶片体(210)固定在固定框架(400)上。5.如权利要求1所述的鼓状可伸缩风轮(10)，所述轴孔(214)为螺纹孔，所述叶片轴(220)设有与该螺纹孔相配合的螺纹(222)；其中，所述连接部件(233)为万向节，所述滑块(231)为轮体。6.如权利要求4所述的鼓状可伸缩风轮(10)，所述轴孔(214)设于叶片体(210)一侧边的边沿时，调节装置(600)结构和安装为下述的技术方案；所述滑动框支撑杆(330)为中空构造的杆体，所述动力输出机构(610)设于滑动内框(320)；所述推拉机构与叶片连杆(500)连接，所述推拉机构为拉绳(620)，所述拉绳(620)的中段逆向缠绕在动力输出机构(610)的输出轴(611)上，所述拉绳(620)的两端穿过滑动框支撑杆(330)的中空部位，且与叶片连杆(500)连接；动力输出机构(610)工作时，输出轴(611)转动，拉绳(620)两端进行逆向收、放，其中拉绳(620)一端拉动叶片连杆(500)沿滑道(301)运动，带动叶片体(210)绕叶片轴(220)转动；当输出轴(611)反向旋转时，则通过拉绳(620)另一端拉动叶片连杆(500)沿滑道(301)反向运动，使叶片体(210)绕叶片轴(220)反向转动。7.如权利要求4所述的鼓状可伸缩风轮(10)，所述轴孔(214)设于叶片体(210)一侧边的边沿时，调节装置(600)结构和安装为下述的技术方案；所述动力输出机构(610)安...

【专利技术属性】
技术研发人员：张效新，
申请(专利权)人：张效新，
类型：发明
国别省市：河北;13