【摘 要】積極開(kāi)發(fā)風(fēng)能資源，加快風(fēng)電發(fā)展步伐，是調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，合理利用資源，保護(hù)環(huán)境，解決能源短缺的科學(xué)發(fā)展之路、戰(zhàn)略選擇。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)承載式框架多級(jí)風(fēng)輪發(fā)電機(jī)的發(fā)明是新能源發(fā)展與利用的必然要求。

【關(guān)鍵詞】技術(shù) 加快 發(fā)展 優(yōu)點(diǎn) 未來(lái)

一、技術(shù)領(lǐng)域

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們經(jīng)濟(jì)生活水平的提高，對(duì)能源的需求越來(lái)越大，能源短缺現(xiàn)象日益加劇，迫切需要全人類來(lái)共同解決，風(fēng)力發(fā)電作為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的能源已引起人們的高度關(guān)注。目前國(guó)際上多采用三葉片螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，從它的結(jié)構(gòu)可以看出存在未能解決的技術(shù)難題：三葉式靠單葉沿伸，以撬力固定于中心，難以發(fā)展大型風(fēng)輪；三葉式葉片不能調(diào)節(jié)或只微小調(diào)節(jié)，限于3-7級(jí)風(fēng)才能發(fā)電，7級(jí)風(fēng)以上超負(fù)荷燒電機(jī)，只有關(guān)死不發(fā)電，很可惜；三葉式重力在內(nèi)徑中心，起不到運(yùn)轉(zhuǎn)慣性作用，不能調(diào)節(jié)不規(guī)律陣風(fēng)影響，造成轉(zhuǎn)速不均勻，電壓不穩(wěn)定、不能直接上電網(wǎng)，需要增加高貴的充放電設(shè)備，增加成本和電量損耗。（四）綜合經(jīng)濟(jì)效益低成本高。為此大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)承載式框架多級(jí)風(fēng)輪發(fā)電機(jī)的發(fā)明就是科學(xué)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

二、發(fā)明目的

本發(fā)明目的是為了解決三葉片風(fēng)輪發(fā)電難以發(fā)展大型風(fēng)輪，葉片不能大角度調(diào)節(jié)，不能較有效的捕風(fēng)及防臺(tái)風(fēng)，風(fēng)輪慣性律差，轉(zhuǎn)速不均勻，電壓不穩(wěn)定等技術(shù)難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)造一種“承載式框架多級(jí)風(fēng)輪發(fā)電機(jī)”風(fēng)輪級(jí)數(shù)與大小可按需要而定，現(xiàn)以風(fēng)輪直徑286.8米，單機(jī)容量3.5萬(wàn)千瓦三級(jí)風(fēng)輪發(fā)電機(jī)為例，包括與地相連的中心軸和環(huán)形穩(wěn)定框本發(fā)明目的是為了解決三葉片風(fēng)輪發(fā)電難以發(fā)展大型風(fēng)輪，葉片不能大角度調(diào)節(jié)，不能較有效的捕風(fēng)及防臺(tái)風(fēng)，風(fēng)輪慣性律差，轉(zhuǎn)速不均勻，電壓不穩(wěn)定等技術(shù)難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置安裝于該環(huán)形穩(wěn)定框之上的“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架，設(shè)于該“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架上面的支撐架和發(fā)電機(jī)，支撐加上設(shè)有迎風(fēng)指令裝置和多級(jí)不同直徑的框架風(fēng)輪組，每一風(fēng)輪裝置液壓齒輪泵和液壓伸縮器，裝置與外電源連接導(dǎo)電環(huán)，“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架上的中部設(shè)有第一齒輪箱，支撐架頂上設(shè)有與該第一齒輪箱相對(duì)的第二齒輪箱，第一齒輪箱與第二齒輪箱之間經(jīng)相套的內(nèi)、外傳動(dòng)軸連接。

本發(fā)明的較佳實(shí)施例，所述的一對(duì)行星輪系分別對(duì)稱設(shè)于左、右大錐齒輪的輪背，行星輪系包括：固定套接于第二齒輪箱內(nèi)左、右大錐齒輪轉(zhuǎn)軸上的中心輪、通過(guò)支撐框與第二齒輪箱箱體內(nèi)圓周固定連接的內(nèi)齒輪，四顆均布的行星輪，各行星的轉(zhuǎn)臂軸構(gòu)成一套筒，并向第二齒輪箱箱體外伸出形成空套于左、右大錐齒輪轉(zhuǎn)軸上的空心轉(zhuǎn)軸，所述二級(jí)風(fēng)輪、三級(jí)風(fēng)輪分別連接于左右行星輪系的空心轉(zhuǎn)軸上，并與一級(jí)風(fēng)輪形成依次安裝的風(fēng)輪組。

一級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組經(jīng)支架與所述“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架外端的底部連接，其滾輪外圓設(shè)有橡膠層；“+\"形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架的支架內(nèi)側(cè)面設(shè)有適配環(huán)形軌道弧度的槽鋼，所述的二級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組豎直安裝于槽鋼內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)輪組的滾輪上、下端設(shè)有擋圈；三級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組兩側(cè)軸段上設(shè)有支撐板，兩支撐板之間設(shè)有由一層鋼板及布于鋼板上的橡膠墊構(gòu)成的承重板。

本發(fā)明采用對(duì)稱設(shè)置的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)以便一、二級(jí)風(fēng)輪順時(shí)轉(zhuǎn)，三級(jí)風(fēng)輪逆時(shí)轉(zhuǎn)，從而使得齒輪軸和軸承等支撐構(gòu)件受力平衡、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命延長(zhǎng)。在設(shè)備承受強(qiáng)風(fēng)時(shí)，設(shè)備能輕微傾斜抬起并得到緩沖，可有效保護(hù)回轉(zhuǎn)裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明提高了對(duì)風(fēng)能的利用率，發(fā)電機(jī)靠近第一齒輪箱并前配置高速慣性輪，能有效地穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，提供穩(wěn)定的電壓，從而提高發(fā)電效益。

三、運(yùn)用的原理及優(yōu)點(diǎn)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明

（一）運(yùn)用原理：

1.運(yùn)用框架，轉(zhuǎn)化單葉撬力為鋼結(jié)構(gòu)拉力、框架頂力，能發(fā)展大形風(fēng)輪，直徑286.8米，單機(jī)容量3萬(wàn)千瓦以上，比目前國(guó)際上最先進(jìn)，掃風(fēng)面積最大直徑92米，單機(jī)容量2750千瓦大9.7倍，按捕風(fēng)面積大107倍，斷估不止三萬(wàn)千瓦。

2.運(yùn)用大角度風(fēng)葉調(diào)節(jié)，從最大捕風(fēng)45度至最小捕風(fēng)10度，既能足夠面積捕風(fēng)又以最小面積抗臺(tái)風(fēng)，風(fēng)力三級(jí)至十二級(jí)臺(tái)風(fēng)照常安全發(fā)電。增加最有效——滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)間。

3.運(yùn)用多級(jí)，大小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速一致（62米秒）增強(qiáng)捕風(fēng)效能，前置風(fēng)輪順轉(zhuǎn)，后置風(fēng)輪逆轉(zhuǎn)，扭力對(duì)消而集中，減少磨擦力和支架承受力。

4.運(yùn)用承載轉(zhuǎn)動(dòng)，可設(shè)計(jì)大跨度（150米）“金字塔支架”支架前拉后頂旁撐，平衡加壓，自動(dòng)轉(zhuǎn)向迎風(fēng)等，堅(jiān)固穩(wěn)妥，生產(chǎn)安全。

5.運(yùn)用自身結(jié)構(gòu)，施工程序，解決起吊安裝，實(shí)地力學(xué)檢測(cè)等。

（二）經(jīng)濟(jì)效益：

1.施工方便，除傳動(dòng)裝置，發(fā)電機(jī)需廠方定造外，全部直接在工地焊接完成。即刻可施工，第一部機(jī)組建造約需要一年，熟練后每部機(jī)組幾個(gè)月可完成，每年增加人力資金翻倍增長(zhǎng)，10年內(nèi)可建造1023部。 施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按風(fēng)輪掃風(fēng)面積64569平方米，葉片捕風(fēng)面積20744平方米，擋風(fēng)面積5927平方米，十二級(jí)臺(tái)風(fēng)秒速32.6米，壓力81.6公斤每平方米。輪機(jī)受壓力484噸，設(shè)計(jì)抗風(fēng)1100噸（18級(jí)）材料全部采用國(guó)產(chǎn)普通鋼材，價(jià)格便宜成本低，單機(jī)容量3萬(wàn)千瓦，每部投資五千四百萬(wàn)元，約是同容量成本四分之一（惠來(lái)石碑山風(fēng)電投資七億，總?cè)萘?0萬(wàn)千瓦）。

2.中國(guó)風(fēng)能資源豐富，未能大開(kāi)發(fā)，能自由選擇最好的地點(diǎn)，年有效風(fēng)能達(dá)到5千—6千小時(shí)的地點(diǎn)優(yōu)先建造前景宏觀

3.風(fēng)能屬于綠色能源，是人類追求的最好能源，得到人類歡迎，國(guó)家制定了多種支持，優(yōu)惠的政策，電力保證收購(gòu)

4.生產(chǎn)安全、葉片設(shè)計(jì)大角度調(diào)節(jié)，達(dá)到捕風(fēng)抗臺(tái)風(fēng)能力。

四、具體實(shí)施方式

圖1示出了本發(fā)明較佳實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)，所述的承載式框架多級(jí)風(fēng)輪發(fā)電機(jī)， “+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架上設(shè)有由順序排列的頂力架、承載架和拉力架構(gòu)成的支撐架，該支撐架的前后左右還配有副支撐架，即通過(guò)前拉后頂為主，左右傍撐為輔而形成“金字塔”狀的副支撐架結(jié)構(gòu)。上述支撐架頂端水平設(shè)有由多級(jí)不同直徑的框架式風(fēng)輪構(gòu)成的風(fēng)輪組，風(fēng)輪組每一風(fēng)輪如圖1所示，風(fēng)輪包括環(huán)形設(shè)置的多層次框架徑向均布的穩(wěn)定主力架和葉片架該風(fēng)輪組.由同軸線依次安裝的一、二、三級(jí)框架式風(fēng)輪組成，葉片捕風(fēng)面向順時(shí)針安裝。所有的葉片通過(guò)一中央控制器控制，所述中央控制器包括在每一風(fēng)輪的一端設(shè)有通與外電源的導(dǎo)電環(huán)每一風(fēng)輪靠中間位置設(shè)一電動(dòng)齒輪液壓泵通過(guò)管道帶動(dòng)置于穩(wěn)定主力架與環(huán)形連桿連接的液壓伸縮器通過(guò)環(huán)形連桿連動(dòng)葉片?？筛鶕?jù)風(fēng)力調(diào)整葉片的迎風(fēng)角度，調(diào)整角度為10度至45度，實(shí)現(xiàn)葉片最佳捕風(fēng)角度和抗臺(tái)風(fēng)能力。由于內(nèi)、外傳動(dòng)軸實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其長(zhǎng)度導(dǎo)致加工難度大、安裝不方便，本實(shí)施例中提出采用內(nèi)、外傳動(dòng)軸分多段連接而成，每段間連接用卡環(huán)、套牙穩(wěn)定。

第一齒輪箱包括：水平設(shè)于第一齒輪箱箱體內(nèi)齒面相對(duì)同軸心的上、下大錐齒輪，上、下大錐齒輪之間設(shè)有與兩者同時(shí)嚙合的第一錐齒輪，上大錐齒輪安裝于豎直插入第一齒輪箱7的外傳動(dòng)軸下端上、而下大錐齒輪安裝于內(nèi)傳動(dòng)軸的下端上。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上設(shè)置了慣性輪，該慣性輪計(jì)算重量為八噸以配合重型風(fēng)輪，通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)慣性平衡穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

第二齒輪箱包括：豎直設(shè)于該箱體內(nèi)的主傳動(dòng)軸，該主傳動(dòng)軸上端設(shè)有第二錐齒輪，下端穿出第二齒輪箱箱體與內(nèi)傳動(dòng)軸的上端連接，第二齒輪箱底部設(shè)有與第二錐齒輪對(duì)稱設(shè)置的并空套于主傳動(dòng)軸下端的第三錐齒輪，其下端伸出第二齒輪箱與外傳動(dòng)軸的上端連接。

本實(shí)施例中選用的行星輪系結(jié)構(gòu)及安裝，該行星輪系使用兩套，分別對(duì)稱設(shè)于左、右大錐齒輪的輪背。行星輪系包括：與第二齒輪箱內(nèi)左、右大錐齒輪空心軸）固定套接的中心輪，通過(guò)支撐桿與第二齒輪箱箱體內(nèi)圓周固定連接的內(nèi)齒輪。由于內(nèi)齒輪是固定輪，而中心輪與左、右大錐齒輪的空心軸固定連接，當(dāng)二或三級(jí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)（自轉(zhuǎn)同時(shí)公轉(zhuǎn)）而驅(qū)動(dòng)中心輪與左、右大錐齒輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)施例中，一級(jí)風(fēng)輪直接安裝于右大錐齒輪的空心軸上，二級(jí)風(fēng)輪安裝于右側(cè)行星輪系的空心轉(zhuǎn)軸上，右邊的行星輪系采用2：l的傳動(dòng)比可以使得中心輪的轉(zhuǎn)速和右大錐齒輪的轉(zhuǎn)速相同，即可使得一、二級(jí)風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)右大錐齒輪的轉(zhuǎn)速是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的。三級(jí)風(fēng)輪安裝于左側(cè)行星輪系的空心轉(zhuǎn)軸上，左邊的行星輪系采用2.87：l的傳動(dòng)比可以使得左邊中心輪的轉(zhuǎn)速和左大錐齒輪的轉(zhuǎn)速相同。

由上述的結(jié)構(gòu)可知，各級(jí)風(fēng)輪受風(fēng)力作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)第二齒輪箱中的左、右行星輪系和左、右大錐齒輪、第二、三錐齒輪3和主傳動(dòng)軸的傳動(dòng)，再經(jīng)過(guò)相套的內(nèi)、外傳動(dòng)軸傳到第一齒輪箱中的上、下大錐齒輪，然后通過(guò)與其嚙合第一錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)軸，發(fā)電機(jī)通過(guò)中心軸上設(shè)置的導(dǎo)電環(huán)將其產(chǎn)生的電流傳輸至電網(wǎng)，從而完成風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的全過(guò)程。

如圖l、所示，所述支撐架的迎風(fēng)面上還安裝有迎風(fēng)指令裝置，該裝置可發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置而使“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架2在環(huán)形穩(wěn)定框上轉(zhuǎn)動(dòng)，使風(fēng)輪360度大范圍的自動(dòng)變換迎風(fēng)角度，即使得風(fēng)輪的迎風(fēng)面盡可能正對(duì)風(fēng)向，在“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架的迎風(fēng)橫梁的末端（右端），設(shè)有一平衡池以平衡風(fēng)輪受力，避免風(fēng)輪傾翻。

一級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組中的驅(qū)動(dòng)輪為同軸雙滾輪，其滾輪外圓周包有橡膠層，該驅(qū)動(dòng)輪組經(jīng)支架與所述“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架外端底部連接，并水平壓放于環(huán)形穩(wěn)定框外圈的下級(jí)階梯平面上；二級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組豎直安裝于槽鋼內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)輪組中的滾輪上、下端設(shè)有擋圈，其滾輪外圓面與環(huán)形軌道外圓面接觸；三級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組水平放置在“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架上級(jí)階梯平面上，也可以在該級(jí)階梯平面上開(kāi)設(shè)環(huán)形凹槽，使?jié)L輪置于凹槽中做圓周運(yùn)動(dòng)。由于本發(fā)明外形較大，當(dāng)風(fēng)輪組受到突然強(qiáng)風(fēng)吹襲時(shí)，“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架可以略微抬起傾斜，采用的回轉(zhuǎn)裝置就可給予“+”形承載轉(zhuǎn)動(dòng)架一定的上、下位移的空間，加上承重板上的橡膠墊和一級(jí)驅(qū)動(dòng)輪組滾輪外的橡膠層起到減震的作用，這樣可以避免風(fēng)輪組受突然強(qiáng)風(fēng)吹襲時(shí)，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)裝置的損壞。

本發(fā)明采用框架式多級(jí)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)捕風(fēng)能力，一、二級(jí)風(fēng)輪順時(shí)轉(zhuǎn)，三級(jí)風(fēng)輪逆時(shí)轉(zhuǎn)，并優(yōu)化齒輪結(jié)構(gòu)組合，使得齒輪軸、軸承和支架等構(gòu)件受力平衡、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命延長(zhǎng)。在設(shè)備承受強(qiáng)風(fēng)時(shí)，設(shè)備能輕微傾斜抬起并得到緩沖，可有效保護(hù)回轉(zhuǎn)裝置。在施工程序上，設(shè)置全部風(fēng)輪組靠地面平放焊接完成后，利用本身結(jié)構(gòu)前拉力架為支撐點(diǎn)，用多部卷?yè)P(yáng)機(jī)上拉成立置安裝到位，這一全過(guò)程也是實(shí)地力學(xué)檢測(cè)過(guò)程，風(fēng)輪計(jì)重1100噸，焊接時(shí)是平放，上拉安裝到位是立置，能焊接完成、上拉安裝到位，抗臺(tái)風(fēng)大于1100噸，保證生產(chǎn)安全。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明提高了對(duì)風(fēng)能的利用率；發(fā)電機(jī)靠近第一齒輪箱并前配置高速慣性輪，能有效地穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，提供穩(wěn)定的電壓，從而提高發(fā)電效益。

五、結(jié)論

上述實(shí)施方式是解決半個(gè)中國(guó)有風(fēng)能未能有效開(kāi)發(fā)利用而可惜的問(wèn)題。我國(guó)雖然風(fēng)能豐富，但風(fēng)能不可以直接儲(chǔ)存。所以大力開(kāi)發(fā)風(fēng)能，利用高效的風(fēng)能轉(zhuǎn)化設(shè)備，將風(fēng)能造福于人類，這樣就可以把越來(lái)越有限的煤等自然資源可以儲(chǔ)存留給后代子孫是最好的節(jié)能減排。再加上此發(fā)明的風(fēng)機(jī)有成本低、效益高、能調(diào)節(jié)、抗臺(tái)風(fēng)，保證生產(chǎn)安全。這就使得超大型高空風(fēng)能得到利用，順應(yīng)了我們社會(huì)發(fā)展的方向與需求。

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作者簡(jiǎn)介：

孫娟（1985-）女，中國(guó)共產(chǎn)黨員，現(xiàn)在內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布電業(yè)局從事電網(wǎng)監(jiān)控工作。

蔡鵬（1986-）男，中國(guó)共產(chǎn)黨員，2011年7月畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布電業(yè)局從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行工作。