CN106593768A - 一种h型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变攻角装置，尤其是一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置。包括叶片、叶片固定箍、直臂、小螺栓、支撑杆、支撑架、大螺栓、顶盖、上凸轮盘、连接法兰、凹槽、上轴承、主轴、凸轮盘连接杆、下轴承、下凸轮盘、基座、顶杆、推杆、卡爪、滚子、风舵、大螺钉、小螺钉、铆钉。所述的叶片通过大螺钉安装到叶片固定箍上，所述的叶片固定箍的一端与直臂焊接，所述的直臂远离叶片固定箍的一端设有通孔，并与支撑杆的一端通过小螺栓连接，所述的支撑杆的另一端通过大螺栓固定到连接法兰上。有益效果：结构简单、节约成本，叶片转动的平稳性较高，叶片的攻角时刻保持在最优范围内，大大提高风能利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种变攻角装置，尤其是一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置。
背景技术
能源是人类社会发展的动力。随着全球经济的迅猛发展，大量的煤、石油、天然气等化石能源被消耗掉，使得人类面临着前所未有的能源危机和环境威胁，能源和环保已成为目前亟待解决的重大问题。风力发电技术作为除核电外，技术最成熟、最具开发条件和发展前景的可再生能源发电方式，逐渐受到各国政府的高度重视。
风力发电机分为旋转轴垂直于风向安装的垂直轴风力机与旋转轴平行于风向安装的水平轴风力机。与水平轴风力机相比，垂直轴风力机可以接收任意方向的来风，因此省去了水平轴风力机中的偏航机构；垂直轴风力机大部分需要维护的部件(如发电机和齿轮箱)都可以放置在近地面位置或地面上，非常有利于维护工作的进行，并大大降低了维护成本；叶片截面一般为等截面翼型，便于加工制造；垂直轴风力机运行时的尖速比一般在2左右，基本上不会产生太大的噪音；垂直轴风力机运行过程中受到的是恒定载荷，因此叶片的疲劳寿命较长；垂直轴风力机对风速和风向的变化不敏感，在这种情况下，可以更有效地用于复杂城市地形，显著提高小规模风力发电的能力。由于垂直轴风力机具有以上所述的显著优势而越来越受到研究者们的高度重视。
新兴市场的风电发展迅速，在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风力发电技术特别是风电设备制造业也迅速崛起，已经成为全球风力发电最为活跃的场所。但是从全球市场的角度看，外资风力发电企业在市场占有率和技术领先程度上都位居前列。我国风力发电产业的健康发展面临着一些问题，在重要的核心技术上，还要依赖于国外设计公司进行联合开发，要赶超世界上其他风力发电技术比较发达的国家还需要付出相当多的努力。目前，制约风力机发展的因素之一是风能利用率较低，主要是因为大部分风轮的叶片都是固定安装，安装角度不发生变化。当风吹动风轮旋转时，每个叶片的攻角也会随着方位角的变化而变化，不能保证每个叶片的攻角都在合理的范围内，使得有的叶片做正功，有的叶片做负功，也就不能保证风能的高效利用。因此，如果合理设置旋转的风轮的每个叶片的攻角，使得变化的攻角时时刻刻处于最优范围内，这样就能大大提高风能利用率。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，它克服了一般的H型垂直轴风力发电机风能利用率低且不能实现叶片时时有效变攻角的弊端，其采用的技术方案如下：
一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，包括叶片、叶片固定箍、直臂、小螺栓、支撑杆、支撑架、大螺栓、顶盖、上凸轮盘、连接法兰、凹槽、上轴承、主轴、凸轮盘连接杆、下轴承、下凸轮盘、基座、顶杆、推杆、卡爪、滚子、风舵、大螺钉、小螺钉、铆钉，所述的叶片通过大螺钉安装到叶片固定箍上，所述的叶片固定箍的一端与直臂焊接，所述的直臂远离叶片固定箍的一端设有通孔，并与支撑杆的一端通过小螺栓连接，所述的支撑杆的另一端通过大螺栓固定到连接法兰上，所述的连接法兰套在主轴的外壁上，且连接法兰和主轴的上表面平齐，所述的顶盖焊接在连接法兰的上端面，所述的上轴承的内圈套在主轴的外壁上，外圈卡在上凸轮盘的中心孔内，所述的下轴承的内圈套在主轴的外壁上，外圈卡在下凸轮盘的中心孔内，所述的顶杆一端连接滚子，所述的滚子可沿着凹槽的轮廓滚动，所述的顶杆的另一端与推杆铰接，所述的推杆与卡爪铰接，所述的卡爪通过铆钉固定到直臂上，所述的上凸轮盘和下凸轮盘之间用三根凸轮盘连接杆连接。
所述的连接法兰上设有五个支撑臂，且每个支撑臂上各开有两个通孔，所述的主轴为中空结构，所述的连接法兰上设有中心孔，中心孔的孔径略小于主轴的外径。
所述的支撑杆包括法兰连接部分、支撑杆主体部分、直臂连接部分、卡槽，所述的法兰连接部分为中空结构，且其内壁套在连接法兰的支撑臂上，所述的直臂远离叶片固定箍的一端插入卡槽内，所述的直臂连接部分通过小螺栓与直臂连接，且直臂可绕着小螺栓的轴线转动。
所述的支撑架包括大孔、支撑架主体部分、螺纹孔、小孔，所述的大孔套在支撑杆主体部分的外壁上，所述的小孔套在顶杆的外壁上，所述的支撑架主体部分采用冲压成型，所述的小螺钉旋入螺纹孔中。
所述的顶杆的一端向下弯曲，弯曲部分的末端连接滚子，所述的顶杆的直径略小于支撑架上的小孔的直径，所述的滚子始终处于凹槽内，且可沿着凹槽的轮廓滚动。
所述的卡爪采用U型结构，其内表面紧贴在直臂的外表面上。
所述的上凸轮盘的表面设有凹槽，所述的凹槽的轮廓根据反转法得出。
所述的上凸轮盘的下表面焊有风舵，所述的上凸轮盘与下凸轮盘的结构完全相同，但安装方向相反，所述的上轴承和下轴承的结构和安装方向均相同。
所述的风舵由透明塑料板制成。
本发明具有如下优点：
(1)风舵由透明塑料板制成，重量轻，无需在凸轮盘上增加配重块，简化结构，节约成本；
(2)通过凸轮盘连接杆连接上凸轮盘和下凸轮盘，使得两个凸轮盘的转动一致，进而使得叶片的上半部分和下半部分的转动不出现角度偏差，保证了叶片转动的平稳性；
(3)支撑架采用冲压成型，没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，生产效率高，操作方便。
(4)顶杆的直径略小于支撑架上的小孔的直径，使得顶杆可在小孔内自由滑动。支撑架的大孔套在支撑杆主体部分的外壁上，增加了顶杆移动的稳定性。
(5)滚子沿着凹槽轮廓滚动能够保证叶片的攻角时刻保持在最优范围内，这样就能大大提高风能利用率。
(6)主轴设置为中空结构，在保证强度的同时，极大地降低成本，顶盖焊接在连接法兰的上端面，可有效阻止灰尘进入主轴的中空结构内。
附图说明
图1：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置的整体结构示意图；
图2：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置的简化结构示意图；
图3：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置上凸轮盘处的结构示意图；
图4：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置支撑杆处的结构示意图；
图5：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置支撑杆结构示意图；
图6：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置支撑架结构示意图；
图7：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置卡爪结构示意图；
图8：本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置上凸轮盘结构示意图。
符号说明：
1.叶片、2.叶片固定箍、3.直臂、4.小螺栓、5.支撑杆、6.支撑架、7.大螺栓、8.顶盖、9.上凸轮盘、10.连接法兰、11.凹槽、12.上轴承、13.主轴、14.凸轮盘连接杆、15.下轴承、16.下凸轮盘、17.基座、18.顶杆、19.推杆、20.卡爪、21.滚子、22.风舵、23.大螺钉、24.小螺钉、25.铆钉、5.1法兰连接部分、5.2支撑杆主体部分、5.3直臂连接部分、5.4卡槽、6.1大孔、6.2支撑架主体部分、6.3螺纹孔、6.4小孔。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1-8所示，本发明一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，包括叶片1、叶片固定箍2、直臂3、小螺栓4、支撑杆5、支撑架6、大螺栓7、顶盖8、上凸轮盘9、连接法兰10、凹槽11、上轴承12、主轴13、凸轮盘连接杆14、下轴承15、下凸轮盘16、基座17、顶杆18、推杆19、卡爪20、滚子21、风舵、22、大螺钉23、小螺钉24、铆钉25，所述的叶片1通过大螺钉23安装到叶片固定箍2上，所述的叶片固定箍2的一端与直臂3焊接，所述的直臂3远离叶片固定箍2的一端设有通孔，并与支撑杆5的一端通过小螺栓4连接，所述的支撑杆5的另一端通过大螺栓7固定到连接法兰10上，所述的连接法兰10套在主轴13的外壁上，且连接法兰10和主轴13的上表面平齐，所述的顶盖8焊接在连接法兰10的上端面，所述的上轴承12的内圈套在主轴13的外壁上，外圈卡在上凸轮盘9的中心孔内，所述的下轴承15的内圈套在主轴13的外壁上，外圈卡在下凸轮盘16的中心孔内，所述的顶杆18一端连接滚子21，所述的滚子21可沿着凹槽11的轮廓滚动，所述的顶杆18的另一端与推杆19铰接，所述的推杆19与卡爪20铰接，所述的卡爪20通过铆钉25固定到直臂3上，所述的上凸轮盘9和下凸轮盘16之间用三根凸轮盘连接杆14连接。
所述的连接法兰10上设有五个支撑臂，且每个支撑臂上各开有两个通孔，所述的主轴13为中空结构，所述的连接法兰10上设有中心孔，中心孔的孔径略小于主轴13的外径。
所述的支撑杆5包括法兰连接部分5.1、支撑杆主体部分5.2、直臂连接部分5.3、卡槽5.4，所述的法兰连接部分5.1为中空结构，且其内壁套在连接法兰10的支撑臂上，所述的直臂3远离叶片固定箍2的一端插入卡槽5.4内，所述的直臂连接部分5.3通过小螺栓4与直臂3连接，且直臂3可绕着小螺栓4的轴线转动。
所述的支撑架6包括大孔6.1、支撑架主体部分6.2、螺纹孔6.3、小孔6.4，所述的大孔6.1套在支撑杆主体部分5.2的外壁上，所述的小孔6.4套在顶杆18的外壁上，所述的支撑架主体部分6.2采用冲压成型，所述的小螺钉24旋入螺纹孔6.3中。
所述的顶杆18的一端向下弯曲，弯曲部分的末端连接滚子21，所述的顶杆18的直径略小于支撑架6上的小孔6.4的直径，所述的滚子21始终处于凹槽11内，且可沿着凹槽11的轮廓滚动。
所述的卡爪20采用U型结构，其内表面紧贴在直臂3的外表面上。
所述的上凸轮盘9的表面设有凹槽11，所述的凹槽11的轮廓根据反转法得出。
所述的上凸轮盘9的下表面焊有风舵22，所述的上凸轮盘9与下凸轮盘16的结构完全相同，但安装方向相反，所述的上轴承12和下轴承15的结构和安装方向均相同。
所述的风舵22由透明塑料板制成。
当风吹向风轮时，风舵22会不断的摆动，直至达到顺风位置，并在风向不变的情况下会维持在相对稳定的位置。风舵22的摆动带动上凸轮盘9一起转动，转动的上凸轮盘9通过凸轮盘连接杆14带动下凸轮盘16与之同步转动。风舵22带动上凸轮盘9转动的过程中，安装在顶杆18弯曲部分末端的滚子21会沿着凹槽11滚动，从而带动顶杆18沿着支撑架6上的小孔6.4滑动，进而通过推杆19和卡爪20推动叶片固定箍2和直臂3绕着支撑杆5的外端转动。由于叶片1是通过大螺钉23与叶片固定箍2连到一起，所以叶片固定箍2的转动和叶片1的转动是同步的。
相对风速与叶片1弦线之间的夹角定义为叶片的攻角。叶片的安装角定义为叶片旋转圆上的一点的切线与叶片1弦线的夹角。凹槽11的轮廓根据反转法得出，滚子21绕着凹槽11的轮廓滚动能够使得叶片1的安装角时刻变化。叶片1在绕着支撑杆5外端转动的过程中，不断变化的安装角使得叶片1的攻角时刻保持在最优范围内，这样就能大大提高风能利用率。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：包括叶片、叶片固定箍、直臂、小螺栓、支撑杆、支撑架、大螺栓、顶盖、上凸轮盘、连接法兰、凹槽、上轴承、主轴、凸轮盘连接杆、下轴承、下凸轮盘、基座、顶杆、推杆、卡爪、滚子、风舵、大螺钉、小螺钉、铆钉，所述的叶片通过大螺钉安装到叶片固定箍上，所述的叶片固定箍的一端与直臂焊接，所述的直臂远离叶片固定箍的一端设有通孔，并与支撑杆的一端通过小螺栓连接，所述的支撑杆的另一端通过大螺栓固定到连接法兰上，所述的连接法兰套在主轴的外壁上，且连接法兰和主轴的上表面平齐，所述的顶盖焊接在连接法兰的上端面，所述的上轴承的内圈套在主轴的外壁上，外圈卡在上凸轮盘的中心孔内，所述的下轴承的内圈套在主轴的外壁上，外圈卡在下凸轮盘的中心孔内，所述的顶杆一端连接滚子，所述的滚子可沿着凹槽的轮廓滚动，所述的顶杆的另一端与推杆铰接，所述的推杆与卡爪铰接，所述的卡爪通过铆钉固定到直臂上，所述的上凸轮盘和下凸轮盘之间用三根凸轮盘连接杆连接。
2.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的连接法兰上设有五个支撑臂，且每个支撑臂上各开有两个通孔，所述的主轴为中空结构，所述的连接法兰上设有中心孔，中心孔的孔径略小于主轴的外径。
3.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的支撑杆包括法兰连接部分、支撑杆主体部分、直臂连接部分、卡槽，所述的法兰连接部分为中空结构，且其内壁套在连接法兰的支撑臂上，所述的直臂远离叶片固定箍的一端插入卡槽内，所述的直臂连接部分通过小螺栓与直臂连接，且直臂可绕着小螺栓的轴线转动。
4.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的支撑架包括大孔、支撑架主体部分、螺纹孔、小孔，所述的大孔套在支撑杆主体部分的外壁上，所述的小孔套在顶杆的外壁上，所述的支撑架主体部分采用冲压成型，所述的小螺钉旋入螺纹孔中。
5.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的顶杆的一端向下弯曲，弯曲部分的末端连接滚子，所述的顶杆的直径略小于支撑架上的小孔的直径，所述的滚子始终处于凹槽内，且可沿着凹槽的轮廓滚动。
6.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的卡爪采用U型结构，其内表面紧贴在直臂的外表面上。
7.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的上凸轮盘的表面设有凹槽，所述的凹槽的轮廓根据反转法得出。
8.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的上凸轮盘的下表面焊有风舵，所述的上凸轮盘与下凸轮盘的结构完全相同，但安装方向相反，所述的上轴承和下轴承的结构和安装方向均相同。
9.根据权利要求1所述的一种H型垂直轴风力发电机叶片时时变攻角装置，其特征在于：所述的风舵由透明塑料板制成。
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