CN105065208B - 一种增效缓冲垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种增效缓冲垂直轴风力发电机，包括底座、发电机和设于底座内的转轴，发电机与转轴连接，转轴上均匀分布有叶片组；叶片组包括支撑杆，支撑杆端部与叶片铰接，铰接点偏向叶片的外端，在转轴上偏向叶片的外端设有增效缓冲装置。转轴相对于底座旋转；叶片处于顺风状态时，在缓冲增效装置的作用下，叶片限位在与风向垂直的位置，通过增效缓冲装置将叶片受到的反向冲击力转化为转轴转动的正力矩转移到转轴上；当风向与转轴的旋转方向相反，叶片与风向平行，避免风力对转轴起到反作用力。本发明风能利用率高，在风速较低的情况下就可以启动，运行稳定，减少风力发电机的叶片在运行过程的各种冲击应力，提高了增效缓冲垂直轴风力发电机的运行安全性。

Description

一种增效缓冲垂直轴风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种增效缓冲垂直轴风力发电机。

背景技术

风力发电是清洁的可再生能源，且该资源丰富，可以无穷地使用；传统风力发电机多为水平轴，水平轴风力发电机的缺点为：需要对风装置，风能利用效率不稳定；运转噪音大，安装维修困难；相比较水平轴风力发电机，增效缓冲垂直轴风力发电机没有风向性，运转噪音低，安装维修方便，一直受业内人士的追捧；但是增效缓冲垂直轴风力发电机风能利用效率低，冲击力大，较大的冲击力影响对风能的利用，这些不足之处一直制约其发展。

发明内容

本发明旨在提供一种风能利用率高的增效缓冲垂直轴风力发电机。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种增效缓冲垂直轴风力发电机，包括底座、发电机和设于底座内的转轴，转轴与底座转动连接，发电机与转轴连接，转轴上均匀分布有数个叶片组；所述叶片组包括横向设置的支撑杆，支撑杆端部与叶片铰接，铰接点偏向叶片的外端，在转轴上设有增效缓冲装置，增效缓冲装置偏向叶片的外端设置。

所述增效缓冲装置包括与支撑杆固连的连接架和穿设于连接架中的传力杆，，传力杆与支撑杆平行，传力杆偏向叶片的外端设置。

传力杆一端设有缓冲装置；另一端上设有阻尼装置，所述阻尼装置包括阻尼弹簧和直径小于传力杆的连接杆，阻尼弹簧与连接架固连，同时阻尼弹簧卡设在传力杆和连接架之间，连接杆套设于阻尼弹簧中。

传力杆上穿设有与支撑杆固连的中部连接架，中部连接架与连接架间隔设置。

连接杆穿设于连接架上，连接杆的自由端伸出连接架，连接杆的自由端上螺接有限位螺母，限位螺母卡设在连接架外部。

所述支撑杆包括间隔设置的上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆分别通过间隔设置的上固定盘和下固定盘与转轴固定连接。

上支撑杆和下支撑杆端部通过连接轴连接，连接轴上设有至少两个轴承，叶片通过轴承与连接轴铰连。

所述传力杆包括间隔设置的上传力杆和下传力杆，上传力杆和下传力杆相对于叶片的横向中心线对称；上传力杆位于上支撑杆上方且与上支撑杆固连；下传力杆位于下支撑杆下方且与下支撑杆固连。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：1、传力杆的安装一方面能够将叶片冲击到传力杆的反向冲击力转化为转轴转动的正力矩；另一方面，保证了叶片在顺风时与风向的垂直，既增强了风能利用效率又减缓了反向冲击力对装置的影响；5、缓冲装置可以避免叶片在冲击到到传力杆的时候受到损害，延长了叶片的寿命；阻尼装置的设置可以使得在反向冲击力传输到转轴的时候更加平滑；如果没有阻尼装置，转轴的转速变化比较大，风力发电机生成的电压不稳定，后期处理比较复杂； 6、限位螺母可以避免传力杆从连接架中移动出来；7、叶片通过连接轴铰接在转轴上，同心度高，叶片转动自如，能够在顺风时，与风向垂直；逆风时与风向平行，从而最大限度地利用风能。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为增效缓冲装置结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示的增效缓冲垂直轴风力发电机，包括底座1，底座1内设有转轴2，转轴2上沿周向均匀分布有数个叶片组。叶片组受到风力的作用，带动转轴2相对于底座1转动。转轴2与底座1的连接方式为：在底座1内壁上安装转动轴承，将转轴2与转动轴承连接，通过转动轴承实现转轴2和底座1的转动，从而降低转轴2在相对于底座1转动过程中的摩擦力。

每个叶片组的结构组成相同，均包括叶片3和两个横向设置的支撑杆，两个支撑杆间隔设置分别为上支撑杆92和下支撑杆91，上支撑杆92通过固设于转轴2上的上固定盘42与转轴2固定连接；下支撑杆91通过固设于转轴2上的下固定盘41与转轴2固定连接。上支撑杆92和下支撑杆91的端部通过连接轴7连接。在连接轴7上设有轴承10，叶片3通过轴承10与连接轴7铰接；通过轴承10实现了叶片3相对于支撑杆的铰接，采用轴承10实现叶片3和支撑杆的铰接，降低了叶片3相对于支撑杆转动过程中的摩擦力，使得叶片3可以自由开启、关闭。

设置上支撑杆92和下支撑杆91两个支撑杆作为叶片3的安装支架，可以使得叶片3的安装稳定，实现叶片3的稳定运行。

为了实现叶片3在旋转过程中的限位，同时降低叶片3在旋转过程中受到的冲击力的影响，在转轴2上设有增效缓冲装置。增效缓冲装置平行于支撑杆设置，同时增效缓冲装置偏向叶片3的外端，叶片3相对于支撑杆转动的时候，叶片3的外端能够撞击到增效缓冲装置；增效缓冲装置实现了叶片3相对于连接轴7旋转的限位；同时，通过增效缓冲装置，可以将叶片3在冲击到增效缓冲装置的时候受到的反向冲击力传输到转轴2上，从而将叶片3受到的反向力矩，转化为转轴2的正向转矩。叶片3的内侧和外端的定义方法为：在本实施例中，沿转轴2的旋转方向，叶片3的两个端部分别为内端和外端。

为了使得叶片3最大限度地接收到顺向风，同时以最快速度避免逆向风的影响，将叶片3与连接轴7的铰接点偏向叶片3的外端设置。当叶片3顺风时，转轴2转动，叶片3在增效缓冲装置的作用下处于与风向垂直的状态，从而使得叶片3最大限度地接收风力；当叶片3逆风时，在风力作用下，叶片3旋转到与支撑杆平行的状态，从而与风向平行，因铰接点偏向叶片3的外端，叶片旋转速度较快，从而降低了风力对转轴2的旋转速度的影响。

为了使得叶片3的转动更加稳定，轴承10的数量至少为两个，两个轴承相对于叶片3的横向中心线对称。

增效缓冲装置包括两个传力杆，传力杆平行于支撑杆设置，同时传力杆偏向叶片3的外端。两个传力杆分别为上传力杆62和下传力杆61，上传力杆62和下传力杆61相对于叶片3的横向中心线对称；上传力杆62位于上支撑杆92上方且与上支撑杆92固连；下传力杆61位于下支撑杆91下方且与下支撑杆91固连。

在实施的过程中通过设置上传力杆62和下传力杆61两个传力杆，可以使转轴2和叶片3受到的冲击力均匀，保证运行的稳定。

上传力杆位于上支撑杆的上方；下传力杆位于下支撑杆的下方，从而当叶片3碰撞到上传力杆和下传力杆时，叶片3纵向受力均匀，且受到的冲击力较大；通过传力杆传输到转轴上的反向冲击力也较大。

上传力杆62和上支撑杆92的连接方式与下传力杆61和下支撑杆91的连接方式相同，下面以上传力杆62和上支撑杆92的连接方式为例进行说明。

上传力杆62上间隔设有连接架51和中部连接架52，上传力杆62穿设于中部连接架52上。上传力杆62一端设有缓冲装置8，缓冲装置8配合叶片3设置；另一端设有阻尼装置。缓冲装置8为橡胶层，在具体实施的过程中缓冲装置也可以为其它的能够起到缓冲的结构。

设置的缓冲装置可以在叶片3撞击到传力杆的时候起到缓冲的作用；

阻尼装置包括阻尼弹簧64和与上传力杆端部固连的连接杆65，连接杆65的直径小于上传力杆的直径，上传力杆卡设在连接架51的外部。阻尼弹簧64卡设在上传力杆62和连接架51之间；连接杆65套设于阻尼弹簧64中，阻尼弹簧64与连接架51的外立面固连，此处可以采用螺栓将阻尼弹簧64固定在连接架51上。连接杆65穿设于连接架51中，连接杆65在水平力的作用下，做压缩或者拉伸阻尼弹簧64的运动，从而实现上传力杆相对于连接架的横向移动。

为了避免上传力杆62从连接架51中横移出来，在连接杆65的自由端上设有限位螺母63，限位螺母63卡设在连接架51外部；当上传力杆相对于连接架51横向移动时，在限位螺母的作用下限制对阻尼弹簧64的拉伸，从而将上传力杆62限制在连接架51上。

缓冲装置的设置可以避免叶片3在撞击到传力杆的时候受到损害，延长叶片3的寿命；阻尼装置的设置可以在反向冲击力传输到转轴的时候更加柔和，如果没有阻尼装置，转轴在转动的过程中变化会比较突然，在风力发电的时候，生成的电压不稳定，后期处理比较复杂；加上阻尼装置后，转轴在转动过程中转速的变化比较平缓，生成的电压稳定，后期处理简单。

在使用的时候，叶片3受力带动转轴2相对于底座转动；当叶片3处于顺风状态时，在风力的作用下，叶片3绕连接轴7旋转，冲击到传力杆限位在与风向垂直的位置，从而最大限度地接收风的作用力，同时叶片3冲击传力杆的时候会受到反向力矩，叶片3通过传力杆将该反向力矩传输到转轴上，转化为转轴2的正力矩；当叶片3处于逆风状态时，在风力的作用下，叶片3绕连接轴7旋转，最终停止在与风向平行的位置，避免风力降低转轴2的转速；从而实现风能的最大利用，避免能量消耗，实现转轴2连续稳定的运行。

本发明风能利用率高，在风速较低的情况下就可以启动、旋转，运行稳定，减少风力发电机的叶片在运行过程的各种冲击应力，提高了增效缓冲垂直轴风力发电机的运行安全性。

Claims (6)

1.一种增效缓冲垂直轴风力发电机，包括底座、发电机和设于底座内的转轴，转轴与底座转动连接，发电机与转轴连接，其特征在于：转轴上均匀分布有数个叶片组；所述叶片组包括横向设置的支撑杆，支撑杆端部与叶片铰接，铰接点偏向叶片的外端，在转轴上设有增效缓冲装置，增效缓冲装置偏向叶片的外端设置；

所述增效缓冲装置包括与支撑杆固连的连接架和穿设于连接架中的传力杆，传力杆与支撑杆平行，传力杆偏向叶片的外端设置；

传力杆一端设有缓冲装置；另一端上设有阻尼装置，所述阻尼装置包括阻尼弹簧和直径小于传力杆的连接杆，阻尼弹簧与连接架固连，同时阻尼弹簧卡设在传力杆和连接架之间，连接杆套设于阻尼弹簧中。

2.如权利要求1所述的增效缓冲垂直轴风力发电机，其特征在于：传力杆上穿设有与支撑杆固连的中部连接架，中部连接架与连接架间隔设置。

3.如权利要求2所述的增效缓冲垂直轴风力发电机，其特征在于：连接杆穿设于连接架上，连接杆的自由端伸出连接架，连接杆的自由端上螺接有限位螺母，限位螺母卡设在连接架外部。

4.如权利要求1至3任意一项所述的增效缓冲垂直轴风力发电机，其特征在于：所述支撑杆包括间隔设置的上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆分别通过间隔设置的上固定盘和下固定盘与转轴固定连接。

5.如权利要求4所述的增效缓冲垂直轴风力发电机，其特征在于：上支撑杆端部和下支撑杆端部通过连接轴连接，连接轴上设有至少两个轴承，叶片通过轴承与连接轴铰连。

6.如权利要求5所述的增效缓冲垂直轴风力发电机，其特征在于：传力杆包括间隔设置的上传力杆和下传力杆，上传力杆和下传力杆相对于叶片的横向中心线对称；上传力杆位于上支撑杆上方且与上支撑杆固连；下传力杆位于下支撑杆下方且与下支撑杆固连。