CN101191463A - 双层叶片并网垂直轴风力发电机 - Google Patents

双层叶片并网垂直轴风力发电机 Download PDF

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CN101191463A CNA2007101267486A CN200710126748A CN101191463A CN 101191463 A CN101191463 A CN 101191463A CN A2007101267486 A CNA2007101267486 A CN A2007101267486A CN 200710126748 A CN200710126748 A CN 200710126748A CN 101191463 A CN101191463 A CN 101191463A
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欧阳厚成
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Abstract

一种双层叶片并网垂直轴风力发电机,属于可再生能源——风力发电领域。是能够很好地完成风力能源的接收转换。并将的产生电力及时并入电网提供给用户的技术方案。与现有的垂直轴风力发动机发电机相比,使用双层叶片,设置了风力控制器。能在风速的调节下,改变风力的接收面。扩大了风速的适应范围。叶片的运行过程接近理想状态,提高了风力能源的转换率。安装的风力电路转速控制器能够随风速的变化调节转速,保障了电力的供应质量;增加了设备的抗风能力。配置了同步发电机,将风力产生的电力直接并网,不用配置蓄电池、逆变器,降低了生产和发电的成本。

Description

双层叶片并网垂直轴风力发电机
技术领域
本发明——双层叶片并网垂直轴风力发电机,属于可再生能源一 一风力发电领域。是能够很好地完成风力能源的接收转换。并将的产 生电力.及时并入电网提供给用户的技术方案. 背景技术
在风力发电的过程中,主是二种方式; 一种是水平轴风力发电。 就是叶轮在风力的作用下产生旋转,通过水平轴带动发电机发电,将 风力能源转换成电力。在结构上, 一般的设计是将发电机和叶轮安装 在风力发电机塔杆的顶端上。另一种为垂直轴风力发电机,是以数个 垂直于风向的叶片在风力的作用下绕垂直轴产生旋转,带动发电机发 电;同水平轴风力发电机相比,垂直轴风力发电机占用土地面积少, 风力接收效率高一些。由于发电机是安装在靠近地面在垂直轴旁,因 此,垂直轴风力发电机的制作,维修与水平轴风力发电机相比较,具 有结构简单,容易安装和维修,降低了生产、发电成本。
现有的垂直轴风力发电机, 一般的是使用三至五个垂直的长方形 叶片完成风力能源的接收。在叶片围绕垂直轴的旋转过程中,叶片的 运行轨迹并没有达到理想的状态。对于垂直轴风力发电机的叶片运行 过程的理想状态应该是叶片在顺风区内,叶片以趋向垂直于风向才能 有效地接收风能;在逆风区内,叶片趋向同风向一致,才能达到阻力 最小。由于每一叶片是一块整体,因此,当风速超过设计量时,风能
的接收量大于发电机的转换功率时,则此种垂直轴风力发电机不能正 常工作。就是说,适应的风速范围不大。在可以电力并网的地区,现 有的垂直轴风力发电机是在使用专用的发电机将风力能源转换成为 电力后,再配用逆变器将电力并入电网供用户使用,这样,就增加了 制作,维修和生产成本。 发明内容
针对上述不足之处,双层并网垂直轴风力将垂直轴风力发电机的
每个叶片由原来的一块整体修改为二块,并在垂直轴上形成二层:将 叶片轴穿过并固定在叶片内;叶片安装在叶片架上,可以自由转动。 在叶片轴的一端上固定安装有一叶片导向杆。叶片架安装在垂直轴 上,能在风力的作用下可以自由转动。在叶片架的二端安装有风力转 速控制器和导向凸轮,下端的风力转速控制器和导向凸轮是安装在叶 片架轴上;同样可以围绕垂直轴自由转动;风力转速控制器可在一定 风力的作用下,使导向凸轮沿垂直轴上下移动。当风速在风力发电机 的工作范围内时,导向凸轮与导向杆接触,叶片的运行方向在运行过 程中能够达到接收风力能源比较合适状态。叶片架下端的垂直轴上安 装一固定杆,在固定杆上安装有变速箱、同步发电机和风力电路转速 控制器。变速箱与叶片架传动齿轮相啮合。变速箱与同步发电机连接。 风力电路转速控制器通过转速控制绳与变速箱内的无级变速器连接。 当风力达到设定的最小风速时,风力电路转速调控器在风力作用 下,启动内部的行程开关,将同步发电机接入电路,在电网的电流作 用下,同步发电机成为同步电动机得到启动(同步发电机在输入电流
时能成为电动机使用,输入的机械功率大于电流产生功率时,同步发 电机就进入发电功能,向电网输出电流,达到同电网的电压、频率、 相位同步),通过变速箱带动叶片架旋转,叶片架上叶片在风力的作
用下,叶片在围绕垂直轴旋转时的运行方向与风力方向趋向于一致; 当叶片在旋转过程中,从逆风区转入顾风区时,叶片导向杆与导向凸 轮接触,导致叶片在顺风区由逆风区的同风力的同方向转向为同风力 方向的垂直方向,达到有效地接收风力能源的目的。当叶片运行到大 于垂直风力的方向时,叶片导向杆与导向凸轮处于分离,在风力的作 用下,叶片快速由垂直风力的方向转变为同风力方向一致,致使叶片 在风中的阻力为最小;并在叶片架的旋转过程中保持这种状态,由顺 风区转向逆风区一直到再开始进入顺风区。再进入进行有效的风力能 源的接收过程。当接收的风力能量大于电网电流作用同步发电机能量 时,同步发电机开始转入发电过程,风力电路转速调控器能依据风速 的大小调节变速箱内的无级变速器,稳定转速,使发电机工作平稳, 并向电网输入电压、频率、相位一致的电流提供给用户使用。
在风速加大,风力能量大于同步发电机的接收功率时;上端的风 力控制器在风力和风力控制器内弹簧的作用下,导向凸轮沿垂直轴向 上运动,这样,上端的叶片导向杆在旋转运行的过程中,就不能同导 向凸轮接触,叶片在围绕垂直轴旋转时的运行方向与风力方向趋向于 一致,即上层叶片不再接收风力能源,只有下层叶片继续正常工作。 这样,就扩大了风速的接收范围。当出现特大风速时,下端的风力控 制器在风力和风力控制器内弹簧的作用下,导向凸轮沿垂直轴向下运
动,就能使下端的叶片导向杆在旋转运行的过程中,就不能同导向凸 轮接触,使叶片停止风力能源的接收。同时风力电路转速调控器作用 内部的行程开关,切断同步发电机与电网的连接。达到自动保护设备 的目的。
在没有电的地区,在叶片架上应增加安装数片小u型叶片,为
启动发电机旋转之用。并且,可配置专用的发电机、蓄电池和逆变器 提供给用户使用。 附图说明
图1双层叶片并网风力发电机的主视图。图中:1垂直轴2风 力控制器3导向凸轮4叶片导向杆5叶片轴6叶片架7叶片8变速箱 9固定杆10同步发电机11叶片架传动齿轮12转速控制绳13风力电 路转速调控器14叶片架轴
图2上层叶片架的视图。图中:显示了在风力的作用下,上层 叶片的工作状态
图3中层叶片架的视图。图中:显示了在风力的作用下,下层 叶片的工作状态。U型叶片是为在无电供应的地区使用此种风力发电 机时。在叶片架的端上安装,作为启动叶片架旋转之用。
图4风力控制器内部结构图。图中;活动风板16弹簧17顶 杆18推杆。顶杆与推杆接触处可安装一滚轮减少摩擦
图5风力转速控制器内部结构图。图中:19支架20行程开关A 21导向管22工作块A 23行程开关B 24工作块B 25风力接收 筒。如图所示:行程开关A、 B是串联在同步发电机与电网连接的电
路中
具体实施方式
在风力控制器(2)内将活动风板(15)与推杆(18)连接好同 弹簧(17)安装定位,再在外安装上导向凸轮(3),导向凸轮的顶杆 (17)与推杆(18)相接触。再依次将二件风力控制器(2)和叶片 架(6)按顺序安装在垂直轴(1)上;再将垂直轴固定在地面或房屋 顶上。叶片轴(5)在叶片(7)靠近中心处穿过并固定在叶片内;在 叶片架(6)上安装好叶片(7);在叶片轴的一端上固定好叶片导向 杆(4)。
在垂直轴安装上固定杆(9);在固定杆安装上支架(19),在支 架上固定一吊索,连接好风力接收筒(25),在其下端连接上转速控 制绳(12);在转速控制绳中间安装上二个工作块(22)、 (24),将转 速控制绳穿过导向管(21);将导向管和二个行程开关(20)、 (23) 固定在固定杆上的相应位置上。将变速箱(8)和同步发电机(10) 固定在固定杆上。变速箱与叶片架传动齿轮(11)相啮合。在风力电 路转速控制器和变速箱之间连接好转速控制绳(12)。将二个行程开 关连接在同步发电机的电路中。
在风力的作用下,风力控制器(2)在垂直轴上转动并稳定后的 方向与风向一致,将导向凸轮(3)的凸处(可在此处安置一滚轮, 达到减少摩擦的效果)对准风向。此时,叶片在风力的作用下,叶片 的运行方向同风力方向一致。当风速达到设定的最小量时,风力接收 筒(25),在风力的作用下,将工作块A (22)向上移动,作用于行 程开关A (21),将同步发电机(10)与电网连接。在电网电流的作 用下,同步发电机成为同步电动机得到启动,通过变速箱(8)带动 叶片架(6)旋转,使叶片(7)依次进入顺风区,叶片凸轮(3)作 用于叶片导向杆(4),使每一个叶片在旋转过程中叶片运行方向转向 为同风力垂直的方向,达到有效接收风力能源的过程;当叶片的运行 方向大于垂直方向时,叶片导向杆(4)同导向凸轮(3)分离,叶片 在风力的作用下,运行方向快速转向同风向一致。并保持此状态到叶 片再旋转进入顺风区,重新进入风力能源的接收过程。当接收的能量 大于同步发电机从电网得到的能量时,同步发电机由电动机的工作状 态转变为发电机工作状态,在此工作过程中,风力接收筒(25)依据 风力的变化通过转速控制绳(12)调节变速箱内的无级变速器,稳定 转速,使同步发电机工作正常。并向电网提供同电网电压、频率、相 位一致的电流供用户使用。
当风速加大,接收的风力能量大于同步发电机的使用功率时;上 端的风力控制器(2)在风力和风力控制器内弹簧(16)的作用下, 推杆(18)顺风向移动,达到一定位置时,顶杆(17)在弹簧的作用 下,使导向凸轮(3)沿垂直轴向上运动,这样,上端的叶片导向杆 在旋转运行的过程中,就不能同导向凸轮接触,叶片在围绕垂直轴旋 转时的运行方向与风力方向趋向于一致,即上层叶片不再接收风力能 源,改变了风力发电机的风力接收的面积,只有下层叶片继续正常工 作。这样,就扩大了风速的接收范围。
当出现特大风速时,下端的风力控制器(2)在风力和风力控制器内弹簧(16)的作用下,推杆(18)顺风向移动,达到一定位置时, 顶杆(17)在弹簧的作用下,导向凸轮沿垂直轴向下运动,就能使下 端的叶片导向杆(3)在旋转运行的过程中,就不能同导向凸轮(3) 接触,使下层的叶片(7)停止风力能源的接收。同时,风力接收筒
(25) 带动工作块B (24)向上,作用于行程开关B (23)。切断同 步发电机与电网的连接。达到自动保护设备的目的。
在无电供应的地区,在叶片架上广泛应增加安装数片U型叶片
(26) ,作为启动叶片架旋转之用,并且配置整流器、蓄电池和逆变 器,或者是配置专用的发电机。作为一独立的供应电源为用户提供稳 定电力。

Claims (3)

1一种双层叶片并网垂直轴风力发电机。其特征是在于:在固定的垂直轴(1)上依次安装了风力控制器(2)和叶片架(6),可以自由转动。风力控制器的轴上还安装有导向凸轮(3)。将叶片轴(5)在叶片(7)的靠近中心处穿过并固定在叶片内。叶片安装在叶片架上。在叶片架上可以自由转动。在叶片轴的一端安装固定好叶片导向杆(4)。在垂直轴靠近地面处安装一固定杆(9)。在固定杆上安装好同步发电机(10)、变速箱和风力电路转速调控器。变速箱与叶片架传动齿轮(11)相啮合。在风力电路转速控制器和变速箱之间连接好转速控制绳(12)。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2572151C1 (ru) * 2014-10-15 2015-12-27 Александр Владимирович Губанов Парно-виндроторный электрогенератор
CN110792556A (zh) * 2018-01-16 2020-02-14 李敏 一种风力发电装置

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C06 Publication
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Open date: 20080604

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)