CN103790774B - 一种可调迎风面积的垂直轴风力机 - Google Patents

一种可调迎风面积的垂直轴风力机 Download PDF

Info

Publication number
CN103790774B
CN103790774B CN201410055338.7A CN201410055338A CN103790774B CN 103790774 B CN103790774 B CN 103790774B CN 201410055338 A CN201410055338 A CN 201410055338A CN 103790774 B CN103790774 B CN 103790774B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind turbine
slide rail
rods
vertical axis
scissor mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410055338.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103790774A (zh
Inventor
张立勋
梁迎彬
夏慧
薛睿
刘赛
焦启飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201410055338.7A priority Critical patent/CN103790774B/zh
Publication of CN103790774A publication Critical patent/CN103790774A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103790774B publication Critical patent/CN103790774B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明提供的是一种可调迎风面积的垂直轴风力机。包括主轴和叶片，还包括剪叉式机构、滑轨、绳轮、伺服收放电机和绳索，伺服收放电机同轴安装在主轴顶部，剪叉式机构安装在主轴上，绳轮与伺服收放电机的输出轴固连，两根绳索的一端分别固定在绳轮上，两根绳索的绕线方向相同，绳索的另一端与叶片转轴固连，叶片一端或中部与剪叉式机构的转动中心固结，叶片另一端与滑轨配合，叶片可以沿滑轨移动但是不可以绕自身转轴转动。本发明采用叶片定桨距安装，根据风速大小控制风轮半径大小，从而实现垂直轴风力机在不同风速下的气动性能提高。同时改善了垂直轴风力机在强风环境下的力学特性，甚至可以避免刹车和停车状态，大大提高了风力机的工作范围。

Description

一种可调迎风面积的垂直轴风力机
技术领域
本发明涉及的是一种垂直轴风力机，特别是一种可以根据风速大小自动调节迎风面积的垂直轴风力机。
背景技术
随着石油等化石燃料的日益匮乏以及环境污染的严重，开发清洁可再生的能源成为各国学者研究的重点，而垂直轴风力发电已成为备受关注的热门技术。启动能力、工作范围以及风能利用率通常作为考察垂直轴风力机性能的关键。目前组合风轮技术是一种改善风力机整体性能的常见方法之一。组合风轮同时采用阻力型和升力型叶片，整合阻力型叶片低风起动性能好以及升力型叶片工作范围大的优势来改善垂直轴风力机的整体性能。但是阻力型叶片在高尖速比时的气动特性差的问题极大的影响了升力型叶片的气动性能。另外一种方法就是采用变桨距控制技术提高风力机的性能，通过主动或者被动控制叶片的攻角以改善风力机的整体性能，但是该技术无论采用机械变桨距还是伺服变桨距控制，都会极大地增加系统的复杂程度，而且由于垂直轴风力机流场的复杂性，目前还没有普遍应用的变桨距控制规律。所以通过其他手段改善风力机的气动性能有着重要的意义。
大量研究表明：大实度垂直轴风力机适宜低尖速比工作环境，主要用于提水、灌溉等；而小实度垂直轴风力机更适宜工作高尖速比范围，多用来风力发电。可见改变实度参数对于提高垂直轴风力机的整体性能起着关键作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高垂直轴风力机在不同风速下的气动性能，改善垂直轴风力机在强风环境下的力学特性，提高风力机的工作范围的可调迎风面积的垂直轴风力机。
本发明的目的是这样实现的：
包括主轴和叶片，还包括剪叉式机构、滑轨、绳轮、伺服收放电机和绳索，伺服收放电机同轴安装在主轴顶部，剪叉式机构安装在主轴上，绳轮与伺服收放电机的输出轴固连，两根绳索的一端分别固定在绳轮上，两根绳索的绕线方向相同，绳索的另一端与叶片转轴固连，叶片一端或中部与剪叉式机构的转动中心固结，叶片另一端与滑轨配合，叶片可以沿滑轨移动但是不可以绕自身转轴转动。
本发明还可以包括这样一些特征：
1、所述滑轨为伸缩式滑轨。
2、在剪叉式机构增设有构成多组四边形机构的杆件。
3、每个剪叉式机构的转动中心安装两个轴承，所述轴承的外圈分别与构成转动副的两个杆配合，轴承的内圈与叶片轴配合。
本发明的可调迎风面积的垂直轴风力机与发电机、塔架组成风力发电装置。发电机安装在塔架顶部，主轴与发电机转子固结，并可以绕塔架中心轴转动，剪叉式机构安装在主轴顶部，并可以绕主轴旋转轴转动。
其工作原理如下：当风速较小时，伺服收放电机收紧绳索，在绳索的拉动下，叶片沿滑轨向风轮内部移动，风轮半径变小，从而实度参数变大，风力机可以工作在较为合适的尖速比。随着风速的增大，在离心力的作用下，伺服收放电机开始释放绳索，风轮半径逐渐变大，对应于某一风速，风力机有一个相对应的风轮半径。在强风环境下，伺服收放电机开始收缩绳索，迎风面积减小，避免了刹车、停车等状态。
本发明提出的可调迎风面积的垂直轴风力机，采用叶片定桨距安装，根据风速大小控制风轮半径大小（迎风面积），从而实现垂直轴风力机在不同风速下的气动性能提高。同时改善了垂直轴风力机在强风环境下的力学特性，甚至可以避免刹车和停车状态，大大提高了风力机的工作范围。
针对已有技术中存在的问题，本发明设计了一种通过改变风轮半径的方式以改变迎风面积（风轮实度），采用剪叉式机构和一台伺服电机实现风轮半径大小的智能控制，以实现对风速的匹配（达到最大发电效率），从而改善垂直轴风力机的启动性能和扩展工作区间。此外，垂直轴风力机在强风环境下无需限速刹车，只要改变迎风面积即可。
附图说明
图1是本发明的可调迎风面积的垂直轴风力机三维效果图。
图2是伺服收放电机以及收放系统安装示意图。
图3是剪叉式机构俯视图。
图4是剪叉式机构的变型。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1和图2，发电机9通过螺栓固结在塔架10的顶部，主轴1与发电机9的转子固结；主杆件6-1和主杆件6-2关于主轴1中心构成转动副，主杆件6-1和主杆件6-2分别与轴承11和轴承12的外圈配合，轴承11和轴承12的内圈都与主轴1配合；轴承11和轴承12之间安装套筒18，轴承12的外圈通过电机罩16定位，电机罩16与主轴1通过螺纹连接。伺服收放电机13通过法兰安装在主轴1顶部，绳轮14与伺服收放电机13的输出轴固结；绳索15和绳索17的一端分别固结于绳轮上，而且绳索15和绳索17按照相同方向缠绕。
结合图3和图4，滑轨2和滑轨3配合，滑轨3可以沿滑轨2移动；内层叶片19的一端安装在杆件5-1和5-2构成的转动副上，内层叶片19的下端与滑轨2配合，内层叶片19可以沿滑轨2移动，但是不可以绕自身叶片轴转动；外层叶片20的一端固结在杆件4-1和4-2构成的转动副上，外层叶片20的下端与滑轨3配合，外层叶片20可以沿滑轨3移动，但是不可以绕自身叶片轴转动。内层叶片19和外层叶片20的弦线分别与滑轨移动方向垂直。主杆件6-1、主杆件6-2、杆件5-1、杆件5-2等组成的剪叉式机构中可以增加杆件构成多组四边形机构，在连杆构成的转动副21、22、23、24等处都可以安装叶片，从而实现多层风轮机构，进一步改变风轮的实度。
本实施方式中：与叶片一端配合的滑轨分段安装，做成伸缩式滑轨。剪叉式机构的转动中心安装叶片，同时在剪叉式机构的基础上添加四边形机构（如图4），可以增加叶片数量，进一步改变风力机的实度。每个剪叉式机构的转动中心安装两个轴承，外圈分别与构成转动副的两个杆配合，内圈与叶片轴配合，可以降低机械摩擦损耗。

Claims (5)

1.一种可调迎风面积的垂直轴风力机，包括主轴和叶片，其特征是：还包括剪叉式机构、滑轨、绳轮、伺服收放电机和绳索，伺服收放电机同轴安装在主轴顶部，剪叉式机构安装在主轴上，绳轮与伺服收放电机的输出轴固连，两根绳索的一端分别固定在绳轮上，两根绳索的绕线方向相同，绳索的另一端与叶片转轴固连，叶片一端或中部与剪叉式机构的转动中心固结，叶片另一端与滑轨配合，叶片可以沿滑轨移动但是不可以绕自身转轴转动；所述剪叉式机构由两个主杆件(6-1、6-2)、两个中部杆件(5-1、5-2)和两个端部杆件(4-1、4-2)组成，两个主杆件中部与主轴构成转动副，两个中部杆件中部构成转动副，两个中部杆件的两端分别与两个主杆件的一端和两个端部杆件的一端构成转动副，两个端部杆件的另一端构成转动副。
2.根据权利要求1所述的可调迎风面积的垂直轴风力机，其特征是：所述滑轨为伸缩式滑轨。
3.根据权利要求1或2所述的可调迎风面积的垂直轴风力机，其特征是：在剪叉式机构增设有构成多组四边形机构的杆件。
4.根据权利要求1或2所述的可调迎风面积的垂直轴风力机，其特征是：每个剪叉式机构的转动中心安装两个轴承，所述轴承的外圈分别与构成转动副的两个杆配合，轴承的内圈与叶片轴配合。
5.根据权利要求3所述的可调迎风面积的垂直轴风力机，其特征是：每个剪叉式机构的转动中心安装两个轴承，所述轴承的外圈分别与构成转动副的两个杆配合，轴承的内圈与叶片轴配合。
CN201410055338.7A 2014-02-19 2014-02-19 一种可调迎风面积的垂直轴风力机 Expired - Fee Related CN103790774B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410055338.7A CN103790774B (zh) 2014-02-19 2014-02-19 一种可调迎风面积的垂直轴风力机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410055338.7A CN103790774B (zh) 2014-02-19 2014-02-19 一种可调迎风面积的垂直轴风力机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103790774A CN103790774A (zh) 2014-05-14
CN103790774B true CN103790774B (zh) 2016-05-04

Family

ID=50666751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410055338.7A Expired - Fee Related CN103790774B (zh) 2014-02-19 2014-02-19 一种可调迎风面积的垂直轴风力机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103790774B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106286144A (zh) * 2016-10-26 2017-01-04 吴秀华 自动调整风叶式真空风力发电机及其建造方法
CN115342023B (zh) * 2022-09-13 2023-06-23 中国长江三峡集团有限公司 一种叶轮结构及风力发电装置
CN116771593A (zh) * 2023-07-14 2023-09-19 广西大学 一种变实度的垂直轴风力机及其运行控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5193978A (en) * 1991-09-23 1993-03-16 Bill Gutierrez Articulated blade with automatic pitch and camber control
DE4311661A1 (de) * 1992-10-14 1993-10-07 Konstantin Hartmann Windkraftanlage-Stromerzeugung mittels Windkraft
DE19937965A1 (de) * 1998-08-25 2000-03-23 Guenter Freudenau Strömungskraftmaschine, insbesondere Windkraftmaschine
US6543999B1 (en) * 2002-02-15 2003-04-08 James Van Polen Windmill
CN2804422Y (zh) * 2005-03-28 2006-08-09 李锋 一种风能动力装置的风轮
CN2816399Y (zh) * 2005-03-28 2006-09-13 李锋 一种风能动力装置的叶片
AU2009201038A1 (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Bruce E. Boatner Vertical Axis Wind Turbine with Articulating Rotor
CN202132179U (zh) * 2011-06-22 2012-02-01 武汉理工大学 立轴式风力发电机装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5193978A (en) * 1991-09-23 1993-03-16 Bill Gutierrez Articulated blade with automatic pitch and camber control
DE4311661A1 (de) * 1992-10-14 1993-10-07 Konstantin Hartmann Windkraftanlage-Stromerzeugung mittels Windkraft
DE19937965A1 (de) * 1998-08-25 2000-03-23 Guenter Freudenau Strömungskraftmaschine, insbesondere Windkraftmaschine
US6543999B1 (en) * 2002-02-15 2003-04-08 James Van Polen Windmill
CN2804422Y (zh) * 2005-03-28 2006-08-09 李锋 一种风能动力装置的风轮
CN2816399Y (zh) * 2005-03-28 2006-09-13 李锋 一种风能动力装置的叶片
AU2009201038A1 (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Bruce E. Boatner Vertical Axis Wind Turbine with Articulating Rotor
CN202132179U (zh) * 2011-06-22 2012-02-01 武汉理工大学 立轴式风力发电机装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103790774A (zh) 2014-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015007417A (ja) 風切羽開閉翼システムを用いた垂直軸式水風車原動機
CN105508138A (zh) 一种基于倾斜铰接叶片的前端支撑可调变桨装置
CN201339544Y (zh) 带拨动装置的被动变桨风力发电机
CN101225794B (zh) 垂直轴风力发电机的叶片结构、风轮及发电机装置
CN106382185A (zh) 一种可伸缩型风机风轮或叶片及风力发电机
CN204677370U (zh) 一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机
CN101718256B (zh) 一种新型的风力发电机组
CN105863957B (zh) 一种可变桨距大功率垂直轴风力发电装置及气动启停控制方法
CN102392775A (zh) 一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构
CN102996367A (zh) 一种风力机叶片可动小翼装置
CN103790774B (zh) 一种可调迎风面积的垂直轴风力机
CN202266366U (zh) 水平轴变桨距潮流能水轮机
CN204253278U (zh) 一种基于变桨距控制原理的s型风力机
CN103925163A (zh) 一种水力及风力单向轴双转子的发电装置
CN103758693A (zh) 一种大型垂直轴风力发电机叶片转角调节和锁定装置
WO2002014688A1 (fr) Eolienne a ossature combinee
CN104481810A (zh) 一种自伸展式垂直轴风力发电机
CN201953567U (zh) 一种风力发电机组及其变桨机构
CN105673317B (zh) 一种大型风力发电机组叶片铰接机构
CN205277683U (zh) 一种阶梯马格努斯型风力叶片及风力机
CN105402083B (zh) 一种阶梯马格努斯型风力叶片及风力机
CN110821744A (zh) 一种可伸缩浮式潮流能发电装置
CN104500346A (zh) 一种组合型马格努斯风力发电机
CN205025693U (zh) 一种风力发电机组及其风轮
CN205663569U (zh) 超大型风力发电机组

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160504

Termination date: 20220219