碟型低風速風力發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是風力發(fā)電機，特別涉及適用于低風速環(huán)境下的靜音碟形風力發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]自然風日夜變化性的顯著特點所導致的風力發(fā)電的反調(diào)峰特性，使得風能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時，頻繁出現(xiàn)限電棄風現(xiàn)象。另外，由于以往風電產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的不均勻所導致的風電消納的滯后，以及因此帶來的遠距離輸電技術(shù)方面的壓力和上網(wǎng)電價居高不下，這些問題都深深地影響著我國風電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
[0003]分布式小型風力發(fā)電機，作為解決風電入網(wǎng)難、棄風率高、不穩(wěn)定的手段，被越來越多的研究與利用。分布式風力發(fā)電在安全性、可靠性、經(jīng)濟性與適用廣泛性方面都具有相當大的優(yōu)勢。且在近兩年的發(fā)展中，不限電區(qū)域分散風電的開發(fā)逐漸已成為亮點。
[0004]風力發(fā)電機按照原理可以分為阻力型和升力型兩種，按照主軸與地面所成的角度又可以分為水平軸和垂直軸兩種。受傳統(tǒng)的貝茨理論影響，人們希望通過提高尖速比來獲得更高的風能利用率，而升力型風力機很好地契合了這點需求，因此，以目前的發(fā)展趨勢來看，小型風力發(fā)電機以水平軸三葉片升力型為主，同時，垂直軸升力型也逐漸成為新熱門。不可否認，升力型風力發(fā)電機在風能利用率方面有其優(yōu)勢，但作為主要利用在城市及相關(guān)地區(qū)的分布式能源，噪聲問題成為限制其發(fā)展的關(guān)鍵，而且傳統(tǒng)的小型風力發(fā)電機造價昂貴，不易啟動，等等這些問題促使著人們對傳統(tǒng)小型風力發(fā)電機進行優(yōu)化，甚至寄期望于開發(fā)新形式的小型風力發(fā)電機。
[0005]現(xiàn)有的風力發(fā)電機的改進方案，仍然局限于在原有的升力型風力發(fā)電機的基礎(chǔ)上提高風能利用率以及通過加裝或改裝的方法來降低啟動風速。如一種風輪在集風罩內(nèi)位置可調(diào)的小型高效風力發(fā)電機(見申請?zhí)枮?01410093613.4的中國專利)，其是由集風罩、風輪、其一傳動軸、風輪位置調(diào)整裝置、機艙、尾舵、推力滑動軸承和塔桿組成，風輪位于集風罩中，風輪滑動套設(shè)在第一傳動軸上，由風輪位置調(diào)整裝置帶動風輪左右移動。風輪位于集風罩最小過流面時，風輪啟動風速可以降低一倍以上。在自然風速變化的情況下，通過風輪在變過流斷面的集風罩內(nèi)位置調(diào)整，風輪能長時間在額定風速附近工作，風輪槳葉的啟動效率高，發(fā)電機的輸出功率能夠長時間穩(wěn)定在額定功率附近，從而獲得較高的發(fā)電效率。
[0006]又如一種可調(diào)迎風面積的垂直軸風力機(見申請?zhí)枮?01410055338.7的中國專利)，其包括主軸和葉片，以及剪叉式機構(gòu)、滑軌、繩輪。伺服收放電機和繩索。伺服收放電機同軸安裝在主軸頂部，剪叉式機構(gòu)安裝在主軸上，繩輪與伺服收放電機的輸出軸固連，兩根繩索的繞線方向相同，繩索的另一端與葉片轉(zhuǎn)軸固連，葉片一段或中部與剪叉式機構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心固結(jié)，葉片另一端與滑軌配合，葉片可以沿滑軌移動但是不可以繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。此風力機采用葉片定槳距安裝，根據(jù)風速的大小控制風輪半徑大小，從而實現(xiàn)垂直軸風力機在不同風速下的啟動性能提高。同時改善了垂直軸風力機在強風環(huán)境下的力學性能，甚至可以避免剎車和停車狀態(tài)，大大提高的風力機的工作范圍。
[0007]除此之外還有組合風輪技術(shù)等諸多方法，但是這些方法在風能利用率提高的背后，帶來的是結(jié)構(gòu)的復雜化，成本的增加，以及并無減小甚至增加的噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決現(xiàn)有技術(shù)風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)復雜、成本高、噪音大的不足，提供碟型低風速風力發(fā)電機，這種發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、噪聲小。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
碟型低風速風力發(fā)電機，包括底座及與底座連接的立桿，葉輪安裝在立桿上端，葉輪輸出軸與發(fā)電機連接；
葉輪由若干條半圓形葉片輻向連接成碟形，葉片內(nèi)端與中心導流塊固定，葉片外端與一封圈固定，導流塊為一前凸的錐體，導流塊后端設(shè)有輸出軸，輸出軸與發(fā)電機連接；
發(fā)電機底座下方固定有轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向軸與一直齒輪固定連接，直齒輪的兩側(cè)分別與一組側(cè)風輪調(diào)向裝置連接，每組側(cè)風輪調(diào)向裝置包括與直齒輪嚙合的調(diào)向直齒輪，調(diào)向直齒輪的傳動軸下方固定有圓錐齒輪，圓錐齒輪與一橫向圓錐齒輪嚙合，橫向圓錐齒輪的轉(zhuǎn)動軸與側(cè)風輪固定連接；側(cè)風輪調(diào)向裝置的直齒輪、圓錐齒輪組置于立桿內(nèi)，直齒輪的傳動軸穿過立桿的通孔，側(cè)風輪安裝于立桿外。
[0010]上述的碟型低風速風力發(fā)電機，封圈斷面相對于葉輪轉(zhuǎn)動軸為傾斜狀。
[0011]上述的碟型低風速風力發(fā)電機，葉輪在封圈與導流塊之間安裝有加強環(huán)，加強環(huán)的斷面相對于葉輪轉(zhuǎn)動軸為傾斜狀。
[0012]上述的碟型低風速風力發(fā)電機，在立桿上安裝有鉸鏈。
[0013]上述的碟型低風速風力發(fā)電機，兩組側(cè)風輪調(diào)向裝置，其中一組固定在直齒輪下方的圓錐齒輪安裝在側(cè)風輪轉(zhuǎn)動軸下方，另一組固定在直齒輪下方的圓錐齒輪安裝側(cè)風輪轉(zhuǎn)動軸的上方。
[0014]本發(fā)明的葉輪為阻力型碟形風輪。阻力型風力機在運行時噪聲遠低于升力型風力機，多葉片設(shè)計使得其在獲得更低噪聲的同時也使得其在很低的風速下便可啟動。
[0015]采用半圓形葉片可以獲得最大的阻力系數(shù)，同時，葉片沿徑向扭轉(zhuǎn)布置，可以減少阻力損失；整個葉輪迎風面與垂直方向成一定角度，可以起到聚風的作用，最大化利用來流風力。
[0016]葉片末端焊接固定在中心導流塊上，這一設(shè)計可以減少輪轂損失；同時，所有葉片的葉尖焊接在葉輪外封圈上，封圈呈外擴散狀，可以減少整個葉輪的葉尖風能損失，這樣能夠使得整個風輪最大程度地利用風能。
[0017]在葉輪中部，經(jīng)同樣呈外擴散狀的金屬圈加強環(huán)對葉輪進行結(jié)構(gòu)上的加固，使其運行更加穩(wěn)定。
[0018]由于半圓形葉片、擴散型封圈和加強環(huán)的設(shè)計，可以有效降低噪音，提高風能的利用效率。
[0019]整個葉輪輸出軸與發(fā)電機系統(tǒng)連接，發(fā)電機系統(tǒng)主要包括發(fā)電機、逆變器、控制系統(tǒng)。
[0020]在非正常對風的情況下，由于葉輪側(cè)向受力較大，故此風力發(fā)電機的偏航系統(tǒng)采用側(cè)風輪調(diào)向裝置。側(cè)風輪為低速風輪，對稱安裝在風力機立桿兩側(cè)，通過齒輪組與葉輪連接。當風向偏離主風輪一定角度后，兩側(cè)風輪迎風面增大，開始相對轉(zhuǎn)動，從而帶動回轉(zhuǎn)機構(gòu)進行轉(zhuǎn)動，使葉輪轉(zhuǎn)向最大來流方向；當葉輪對正來流方向后，側(cè)風輪迎風面變?yōu)樽钚?，?cè)風輪停止轉(zhuǎn)動，調(diào)向機構(gòu)即停止運行，完成調(diào)向。
[0021]而且，側(cè)風輪調(diào)向裝置安裝在立桿兩側(cè)，并非像傳統(tǒng)那樣安裝在發(fā)電機兩側(cè)，優(yōu)化了風力機的空間布局，符合小型風力發(fā)電機精巧的設(shè)計特點。
[0022]傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)通常采用尾舵進行調(diào)向?qū)︼L，而且常常采用伺服電機調(diào)向，所以需要加裝風向風