專利名稱：一種風力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及到風力發(fā)電技術(shù)領域，尤其是一種風力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風能是一種無污染的可再生能源，它取之不盡，用之不竭，分布廣泛，隨 著環(huán)境保護的要求和對清潔能源的需要，風能的開發(fā)利用日益受到人們的重視， 而風力發(fā)電是大規(guī)模利用風能的主要方式。
水平軸式風力發(fā)電機是目前最為普遍和成功應用的一種風力發(fā)電機形式， 其利用風能的的主要部件為風輪的葉片(安裝在輪轂上)。隨著技術(shù)的進步，所 設計制造風力發(fā)電機的輸出功率也隨之增大，從而所安裝的風輪直徑就越來越 大。當今，世界上裝機的風力發(fā)電機的風輪直徑已超過百米。大尺寸風輪固然 產(chǎn)生相應的大功率風電輸出，但其所需的安裝塔架的高度，占地面積等也隨之 增加，包括葉片、塔架等在內(nèi)的部件，其設計、制造、運輸以及安裝、維護等 方面也愈發(fā)昂貴和困難，實際上，就尺寸而言，大型風力發(fā)電機已達到了極限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)條件下，大、中型水平軸式發(fā)電機風輪的 葉片直徑過大的弊端，使葉片、塔架等部件的設計、制造、運輸、安裝、維護 等方面的工作繁瑣和困難且成本較高的問題得以解決，提供一種便于制造、安 裝和維護，應用范圍廣，且可以大大減小目前大型風力發(fā)電機風輪葉片的直徑 和整體尺寸，成本低、風能利用率高的同軸多級風輪水平軸式風力發(fā)電機。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案 一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包 括有塔架、設置在塔架上的發(fā)電機組件、與所述發(fā)電機組件連接的傳動軸，沿 所述傳動軸上軸向活動安裝保持有間距的多級風輪。
在同一水平傳動軸上按一定的間距安裝多級(兩級以上)風輪，所有風輪 在風力作用下轉(zhuǎn)動，驅(qū)動同一傳動軸轉(zhuǎn)動，傳動軸驅(qū)動安裝在塔架上的發(fā)動機 組件工作，使發(fā)電機發(fā)電實現(xiàn)風能一機械能一電能的轉(zhuǎn)化；風，就其實質(zhì)而言，
即流動的空氣，而空氣是充滿空間的，通過上述結(jié)構(gòu)的設置提高了風輪單位受風面積的風能利用效率，可大大減小風輪直徑，從而可使整個風力發(fā)電系統(tǒng)實 現(xiàn)多方面的變革，如可以降低塔架高度，大幅度降低風輪葉片的制造復雜性、 工藝難度以及制造成本，安裝、運輸和維修、維護變得簡單易行，其單位發(fā)電 成本也會大幅減少，同時，由于提高了單位受面積的風能利用率，降低了驅(qū)動 風力(風速)和啟動風速以及安裝高度，可使中小型風力發(fā)電機普遍應用于城 市和家用風力發(fā)電系統(tǒng)中；理論上而言，該發(fā)明所述的發(fā)電機系統(tǒng)所安裝的風 輪數(shù)量可以是無限多級，但在實際應用中，由于受材料、空間、風向和使用條 件各方面因素所限，可根據(jù)實際所需來設計，確定具體所安裝的風輪級數(shù)。傳 動軸和風輪采用不易彎曲高韌性強度的輕質(zhì)材料制造。
在傳動軸較短的情況下，可用單一整體軸作為傳動軸，此時，各級風輪按 一定間距安裝于單一整體軸上，但在實際應用中，單一整體傳動軸長度是有限 的，且過長時也不便于運輸、安裝和維修。因此，隨著風輪級數(shù)的增加，需要 的傳動軸長度也勢必要增加，此時所述傳動軸為多節(jié)傳動軸段套接連接，所述 風輪安裝在傳動軸段上。當每需增加一級風輪時，只需增加一節(jié)傳動軸段然后 在其上裝設一個風輪即可，使風輪的級數(shù)可隨發(fā)電機功率的增大而增加，克服 了傳動軸的長度限制。
所述風輪的輪轂的內(nèi)壁與所述傳動軸段外壁之間或兩相鄰傳動軸段相交部 分的內(nèi)外壁之間設有可使風輪沿所述傳動軸段前后滑動的滑動機構(gòu)。風輪在傳 動軸上沿軸向可隨風力在一定范圍內(nèi)滑動，實現(xiàn)相鄰兩級風輪的間距可隨風力 的大小而變化。
在所述傳動軸段上還設有用于約束所述風輪在傳動軸段上滑動行程的彈性 聯(lián)接機構(gòu)。彈性聯(lián)接機構(gòu)可使風輪沿軸向依據(jù)風力(風速)大小前后滑動，自 動根據(jù)風速改變兩級風輪之間的軸向間距，實現(xiàn)相鄰兩級風輪之間的間距可在 彈性聯(lián)接機構(gòu)約束下隨風力大小自動調(diào)節(jié)，即在確定初始安裝間距后，當風力 增大到一定程度時，將推動風輪沿軸向順著風向移動，風力越大，移動的距離 越大，兩級風輪的間距也就越大，這樣后一級風輪所受到的前級風輪"尾流" 的影響也就越小，風能利用率也就升高了。
所述彈性聯(lián)接機構(gòu)設置于所述傳動軸段內(nèi)，包括固定板、設置在所述輪轂 之間的連接板、拉伸彈簧或壓縮彈簧，該拉伸彈簧或壓縮彈簧的一端與固定板 連接，另一端與連接板連接。將彈性聯(lián)接機構(gòu)設置于傳動軸段內(nèi)，充分利用了傳動軸內(nèi)的空間，簡化了整個風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
在所述傳動軸段上、與設置在該傳動軸段上的風輪保持有間距的設有止擋。 當風輪順著風在傳動軸上滑動時，通過設置的止擋可以限制風輪的行程，防止 其與在后的風輪相碰撞。
在所述相鄰風輪之間的所述傳動軸上套設有軸管護套。為防止傳動軸(段) 表面的污染、減小環(huán)境侵蝕，可裝置軸管護套；軸管護套用柔性、輕薄材料制
作，避免對風輪的滑動產(chǎn)生阻礙，影響風輪間距的變化。
所述軸管護套為具伸縮彈性的波紋管，該軸管護套的兩端分別與相鄰風輪 的輪轂連接。將軸管護套制作成具彈性的波紋管，兩端分別連接在相鄰風輪輪 轂的側(cè)面，此時，軸管護套不僅可以保護傳動軸(段)，同時起到彈性約束相鄰 風輪的功能，使得相鄰風輪不會因為風的吹動而相碰撞一起，可以省去安裝彈 性聯(lián)接機構(gòu)，這樣，進一步簡化了本發(fā)明的設計、制作，更充分地提高了經(jīng)濟 性，降低了使用成本。
還包括有氣球浮吊系統(tǒng)或支撐托架，所述氣球浮吊系統(tǒng)設置于傳動軸的尾
端；所述支撐托架一端固設于所述塔架上，另一端支撐所述傳動軸。在傳動軸 上設置氣球浮吊系統(tǒng)，可承載傳動軸和風輪的大部分重量，減小傳動軸的彎曲， 同時減輕了塔架的負載，在傳動軸較長、風輪級數(shù)較多時，氣球浮吊系統(tǒng)與傳 動軸的吊接點可多于一個，以防止整體傳動軸的彎曲變形而影響轉(zhuǎn)動，吊/接點 視軸的實際長度所需而定；當傳動軸較短，風輪級數(shù)較少時，可利用支撐托架 支撐傳動軸。
沿所述傳動軸上安裝有聚風罩筒。由于葉輪直徑變小，且沿軸向安裝于同 一軸上，因此可通過加裝聚風罩筒，進一步提高風能利用率。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明所述風力發(fā)電系統(tǒng)用安裝 于同一軸上的多級裝有較小葉片的風輪代替單一的較大型葉片風輪；避免了因 葉片巨大帶來的種種弊端，提高了風能利用效率和應用的廣泛性、經(jīng)濟性，另 外，相對于同一功率的發(fā)電機而言，由于風輪直徑的減小，風輪及傳動軸的轉(zhuǎn) 速可相應地提高，從而可降低變速箱的變速比，使變速箱的制造、安裝等費用 降低，這可進一步提高發(fā)電機系統(tǒng)的經(jīng)濟性，具有成本低、風能利用率高、便 于制造、安裝和維修、應用地域范圍廣等優(yōu)點，同時可大大減小目前大型風力 發(fā)電機風輪的直徑和整體尺寸，便于運輸；雖然風輪和整個系統(tǒng)的受風面積大大減小了，但增加風輪的數(shù)量即可捕獲更多的風能；另一方面，風輪大小不變，
可以通過增、減風輪的級數(shù)來驅(qū)動不同功率的風力發(fā)電機，在一定范圍內(nèi)，不 同輸出功率的風力發(fā)電機可使用相同的風輪，而只需改變風輪的級數(shù)，這一優(yōu) 勢是現(xiàn)有大葉片風力發(fā)電機無法具備的，因此本發(fā)明可實現(xiàn)大、中型風力發(fā)電 系統(tǒng)批量生產(chǎn)、自由組裝，使本發(fā)明具備明顯的經(jīng)濟性優(yōu)勢，將大大推動、促 進風力能源的普遍應用和風力發(fā)電系統(tǒng)的普及。


圖1為風力發(fā)電系統(tǒng)使用狀態(tài)示意圖； 圖2為風力發(fā)電系統(tǒng)主視圖3為風力發(fā)電系統(tǒng)使用支撐托架支撐傳動軸情況下的示意圖； 圖4為相鄰兩傳動軸段與風輪結(jié)構(gòu)剖面示意圖； 圖5為圖4的側(cè)視圖6為彈性聯(lián)接機構(gòu)使用拉伸彈簧時，單級風輪和單節(jié)傳動軸段連接結(jié)構(gòu) 示意圖7為圖6的B-B截面示意圖8為彈性聯(lián)接機構(gòu)使用壓縮彈簧時，單級風輪和單節(jié)傳動軸段連接結(jié)構(gòu) 示意圖9為彈性聯(lián)接機構(gòu)安裝在傳動軸管外側(cè)時的示意圖10為兩級傳動軸套接管之間可相互滑動的傳動軸結(jié)構(gòu)示意圖11為在傳動軸外安裝軸管護套的風輪與傳動軸示意圖12為使用波紋狀軸管護套不帶彈性聯(lián)接機構(gòu)的風輪與傳動軸示意圖13為加裝聚風罩筒時系統(tǒng)示意圖。
附圖標記說明1、發(fā)電機組件，2、風輪，3、傳動軸，4、塔架，5、調(diào)向 裝置，6、氣球浮吊系統(tǒng)，7、聚風罩筒，71、支撐架，21、葉片，22、輪轂， 23、滑動機構(gòu)，24、彈性聯(lián)接機構(gòu)，241、拉伸彈簧或壓縮彈簧，31、軸套管， 32、止檔，33、滾動軸承，34、軸管護套，35、傳動軸段，36、固定板，37、 連接板，41、支撐托架。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細說明。 實施例一
請參閱圖l、圖2所示， 一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包括有塔架4、設置在塔架4 上的發(fā)電機組件l、與發(fā)電機組件1連接的傳動軸3，沿傳動軸3上軸向保持有 間距的活動安裝有多級風輪2。發(fā)電機組件1通過調(diào)向裝置5安裝在塔架4上， 使得傳動軸3的軸向可隨風向調(diào)節(jié)，使風輪2旋轉(zhuǎn)面隨時迎向風的流向。
當傳動軸3較長、風輪2的級數(shù)較多時，可在傳動軸3的尾端裝設氣球浮 吊系統(tǒng)6。請參閱圖3所示，當傳動軸3較短、風輪2的級數(shù)較少時，可設置支 撐托架41而不用氣球浮吊系統(tǒng)6，該支撐托架41的一端固設于塔架4上，另一 端支撐傳動軸3。
請參閱圖4到圖7所示，傳動軸3是由多節(jié)傳動軸段35套接連接，風輪2 安裝在傳動軸段35上，其多節(jié)傳動軸段35的前一節(jié)軸管的末端有一部分的內(nèi) 徑稍大，后一節(jié)軸管前端有一部分的外徑稍小，使之能插入前一節(jié)軸管的末端， 實現(xiàn)套接；反之也然，也可以采用其他方式實現(xiàn)兩節(jié)軸管的銜接。風輪2的輪 轂22的內(nèi)壁與所述傳動軸段35外壁之間設有可使風輪2沿傳動軸段35前后滑 動的滑動機構(gòu)23，以保證風輪在傳動軸段35上可前后滑動以調(diào)節(jié)相鄰風輪2間 的間距，該滑動機構(gòu)23可為滾珠或滾動軸承。
在傳動軸段35上還設有用于約束風輪2在傳動軸段35上滑動行程的彈性 聯(lián)接機構(gòu)24。風輪2在傳動軸3上沿軸向可隨風力在一定范圍內(nèi)滑動，實現(xiàn)相 鄰兩級風輪2之間的間距可在彈性聯(lián)接機構(gòu)24約束下自動調(diào)節(jié)，即在確定初始 安裝間距后，當風力增大到一定程度時，將推動風輪2沿軸向順著風向移動， 風力越大，移動的距離越大，兩級相鄰風輪2之間的間距也就越大。
彈性聯(lián)接機構(gòu)24設置于傳動軸段35內(nèi)，包括固定板36、設置在所述輪轂 22之間的連接板37、拉伸彈簧241，該拉伸彈簧241的一端與固定板36連接， 另一端與連接板37連接。
進一步的，由于風輪2在滾珠的滾動下，可在傳動軸3上順風滑動，為避 免兩相鄰風輪2相碰撞，在傳動軸段35外壁上、與設置在該傳動軸段35上的 風輪2保持有間距的設有止擋32。
請參閱圖8所示，圖8所示的彈性聯(lián)接機構(gòu)24采用壓縮彈簧241，與拉伸彈簧起到相同的作用。
請參閱圖11所示，在相鄰風輪2之間的傳動軸3上套設有軸管護套34， 有效的防止了傳動軸表面的污染、減小了環(huán)境對傳動軸的侵蝕。
請參閱圖13所示，由于該種發(fā)電系統(tǒng)的風輪葉片尺寸較小，因此可沿傳動 軸3上通過支撐架71安裝有聚風罩筒7，進一步提高了風能利用率。
請參閱圖5所示，每兩級風輪(即前、后級風輪)葉片之間，在徑向旋轉(zhuǎn) 平面上形成一個安裝偏轉(zhuǎn)角度a，可以減小前級風輪葉片的風尾跡對后級風輪的 影響，并使得后級風輪所承受的風盡量多的為穿過前級葉輪的"新的未使用過 的"風，最大限度的捕獲自然風，最大限度提高風能利用率。
本實施例的傳動軸可用圓管、三角形管或多邊形管制作。
實施例二
請參閱圖9所示，與實施例一不同的是，本實施例彈性聯(lián)接機構(gòu)24設置在 傳動軸段35的外部，其包括設置在相應傳動軸段35上的固定板36、拉伸彈簧 或壓縮彈簧241，該拉伸彈簧或壓縮彈簧241的一端與固定板36連接，另一端 與該傳動軸段35上的風輪2的輪轂22連接。
實施例三
請參閱圖12所示，與上述實施例不同的是，本實施例不釆用彈性聯(lián)接機構(gòu) 24，而是將軸管護套34設置為具伸縮彈性的波紋管，該軸管護套34的兩端分 別與相鄰風輪2的輪轂22連接。此時，軸管護套不僅可以保護傳動軸，同時起 到彈性約束相鄰風輪的功能，使得相鄰風輪不會因為風的吹動而相碰撞一起， 進一歩簡化了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
實施例四
請參閱圖10所示，本實施例與實施例一不同在于風輪2的輪轂22與軸 段35間是相對固定的，風輪2不再可以沿傳動軸3滑動，而是在兩相鄰傳動軸 段35相交部分的內(nèi)外壁之間設有可使兩相鄰軸段35作前后相對滑動的滑動機 構(gòu)23，本實施例的滑動機構(gòu)23為滾動軸承33。風力作用在風輪上，在有彈性 聯(lián)接機構(gòu)24約束的情況下，兩相鄰軸段可沿軸向有限制地前后相對滑動，改變相鄰兩級風輪之間的間距，實現(xiàn)與實施例 一相同的功能。
上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限 制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本 案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1、一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包括有塔架(4)、設置在塔架(4)上的發(fā)電機組件(1)、與所述發(fā)電機組件(1)連接的傳動軸(3)，其特征在于沿所述傳動軸(3)上軸向活動安裝保持有間距的多級風輪(2)。
2、 如權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述傳動軸(3)由多節(jié) 傳動軸段(35)套接連接，所述風輪(2)安裝在傳動軸段(35)上。
3、 如權(quán)利要求2所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述風輪(2)的輪轂(22) 的內(nèi)壁與所述傳動軸段(35)外壁之間設有可使風輪(2)沿所述傳動軸段(35)前后滑動的滑動機構(gòu)(23)。
4、 如權(quán)利要求3所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在所述傳動軸段(35)上 還設有用于約束所述風輪(2)在傳動軸段(35)上滑動行程的彈性聯(lián)接機 構(gòu)(24)。
5、 如權(quán)利要求4所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述彈性聯(lián)接機構(gòu)(24) 設置于所述傳動軸段(35)內(nèi)，包括固定板(36)、設置在所述輪轂(22) 之間的連接板(37)、拉伸彈簧或壓縮彈簧(241)，該拉伸彈簧或壓縮彈簧(241)的一端與固定板(36)連接，另一端與連接板(37)連接。
6、 如權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在所述傳動軸段(35)外 壁上、與設置在該傳動軸段(35)上的風輪(2)保持有間距的設有止擋(32)。
7、 如權(quán)利要求3或6所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在所述相鄰風輪(2) 之間的所述傳動軸(3)上套設有軸管護套(34)。
8、 如權(quán)利要求7所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述軸管護套(34)為具 伸縮彈性的波紋管，該軸管護套(34)的兩端分別與相鄰風輪(2)的輪轂(22)連接。
9、 如權(quán)利要求1到6中任一所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于還包括有氣球 浮吊系統(tǒng)(6)或支撐托架(41)，所述氣球浮吊系統(tǒng)(6)設置于傳動軸(3) 的尾端；所述支撐托架(41) 一端固設于所述塔架(4)上，另一端支撐所 述傳動軸(3)。
10、 如權(quán)利要求9所述的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于沿所述傳動軸(3)上安 裝有聚風罩筒(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包括有塔架、設置在塔架上的發(fā)電機組件、與所述發(fā)電機組件連接的傳動軸，沿所述傳動軸上軸向活動安裝保持有間距的多級風輪。本發(fā)明用安裝于同一軸上的多級裝有較小葉片的風輪代替單一的較大型葉片風輪，克服了現(xiàn)有大型風力發(fā)電機因葉片巨大帶來的種種弊端，提高了風能利用效率和風力發(fā)電應用的廣泛性、經(jīng)濟性。另外，相對于同一功率的發(fā)電機而言，由于風輪直徑的減小，風輪的轉(zhuǎn)速可相應的增加，從而可降低變速箱的變速比，使變速箱的制造、安裝等費用降低，這可進一步提高發(fā)電機系統(tǒng)的經(jīng)濟性，具有成本低、風能利用率高、便于制造、安裝和維修、應用地域范圍廣等優(yōu)點，同時可大大減小目前大小型風力發(fā)電機風輪的直徑和整體尺寸，便于運輸。
文檔編號F03D9/00GK101446270SQ20081022001
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者劉運科 申請人:劉運科