[发明专利]一种立轴型风力发电机的支撑机构

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机，具体涉及一种立轴型风力发电机的支撑机构。

背景技术

现有风力发电机分两大类，一类是叶片旋转轴与地面平行的水平轴型，另一类是叶片旋转轴与地面垂直的立轴型。水平轴型风力发电机在实际应用中出现一些难以克服的缺点：其调节和控制系统复杂，叶片制作加工困难。另外，由于其发电机和调节机构等均装置在支撑塔架顶部，受到重量和尺寸空间的限制，难以大型化。为此，国内外许多研究部门大力开发适合于装配大型化机件的立轴型风力发电机。立轴型风力发电机的支撑机构包括底座与设于底座上的中心转轴，中心转轴通过轴承支撑在底座上，底座内有重锤、刹车盘、发电机等设备，中心转轴在与风轮构成转动结构的同时支撑风轮重量。立轴型风力发电机的优点是，对于风向无要求，发电机装在底部，无重量和尺寸空间限制，且安装维修方便；控制机构比水平轴型简单；叶片加工成本相对简单、便宜。

立轴型风力发电机大型化后，其风轮直径可达几十米，叶片重量可达数十吨。庞大的风轮及其巨大的重量，对支撑机构提出了很高的要求。如果仅仅采用提高中心转轴和支撑底座强度的方法来解决大型风轮的支撑问题，就要大幅度提高机器的制造成本。即使采用强度很高的材料，加粗加厚相关部件，所能解决的问题也是有限的，很难保证风力发电机在强风或超强风环境下安全可靠运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制造成本低廉，运行稳定的立轴型风力发电机的支撑机构。

本发明立轴型风力发电机的支撑机构所适用的风力发电机如同现有技术设置底座，在底座上设中心转轴，中心转轴通过轴承支撑在底座上，底座内设有发电机等部件。本发明立轴型风力发电机的支撑机构是在上述传统立轴型风力发电机结构的基础上，在相当于叶轮的下方设置固定于地面、水平布置的环形导轨，环形导轨的中心为风力发电机的中心转轴，环形导轨的半径相当于风轮的半径，环形导轨的高度相当于风轮叶片到地面的距离；在风轮叶片的下沿设置与环形导轨相适应的滑轮，叶片下沿的滑轮与固定于地面的导轨滑动连接。

本发明支撑机构承担叶轮(包括叶片和支撑臂)的大部分重量，既适用于单叶片式风轮的立轴风力发电机，也适用于双叶片式风轮的立轴风力发电机。

作为优化，在导轨与地面之间架设环形支撑架，将导轨装置在支撑架上，构成一圆环形跑道。环形支撑架是以金属型材固定联结的金属架构。环形支撑架的高度以3-5米为优选。环形支撑架太低会使叶片遭遇贴近地面的不稳定的风力，环形支撑架太高则使造价提高，支撑的安全稳定性降低。

作为优化，环形导轨由若干弧形节段的钢轨衔接组成，其连接如同铁路道轨的衔接。相应地，环形支撑架也是由若干弧形节段组合而成。每节段的环形导轨和环形支撑架都可以独立安装、拆卸，方便于安装施工和维修。

作为优化，在所述导轨的圈内设置圆环形辅助导轨。辅助导轨与主导轨为同心圆，均以塔架中心轴为圆心；辅助导轨的半径相当于主导轨半径的1/2-4/5；辅助导轨向上与叶片支撑臂形成支撑和滑动联接。如此双跑道结构适用于特大型立轴风力发电机。

作为优化，在每组风轮叶片与导轨之间分别设置滑板，滑板上面设置轴承与轴销，轴承和轴销分别与滑板和叶片固定，形成叶片与滑板之间的转动结构，叶片与滑板连接牢靠，叶片又能沿纵轴转动，可以适应叶片所承担的叶轮转动速度自动调节功能；滑板底面设置一个或多个滑轮与导轨滑动连接。

作为优化，导轨和支架间用垫片和螺栓调节导轨的水平度和圆周同心度。

导轨与滑轮接触面的形状和接触方式关乎到风轮运行的阻力和稳定性，应选择二者兼顾的方式。作为优化，通过改变导轨和滑轮轮毂的截面形状，也可以通过一组中多个滑轮排列位置的改变，使滑轮与导轨形成咬合式或钳夹式结构。在正常运转时，导轨对叶片是支撑作用；一旦强风使风轮及塔架有所倾斜时，导轨对叶片起到牵拉作用，防止滑轮出轨及塔架倾覆。

本发明支撑机构犹如一环形跑道，有效解决了大型立轴型风力发电机庞大风轮的稳定支撑问题，装置于功率在数百千瓦，甚至在1000千瓦以上，风轮直径近百米的大型立轴风力发电机，也能安全运行，而且其安装维修简便。同时，装置了本发明支撑机构分担了支撑塔架的大部分承重，可大大降低对塔架结构强度的要求，减少塔架制造成本。

附图说明

图1是本发明剖面结构示意图；

图2是本发明俯视图；

图3是本发明一种实施方式结构示意图；

图4是本发明安装有导向滑轮的另一实施方式结构示意图。