CN107762723B - 一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，属于风力发电技术领域。这种一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置包括两个垂直轴风机、安装垂直轴风机的支撑平台和设置在构架上的整流装置。使用状态下，整流装置首先接触风，并迫使一部分风改变方向，风机中间区域的风速被降低，两侧的风速被提高。整流后的风场会降低叶片在逆风区的阻力，提高叶片在顺风区的推力，进而达到提高风机转速的目的，并可有效降低风机的启动风速。

Description

一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置

技术领域

本发明涉及一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，属于风力发电技术领域。

背景技术

风能是一项取之不尽、用之不竭的可再生资源。我国风能储量巨大：陆地上可开发利用的风能约2.53亿千瓦，海上可开发利用的风能约7.5亿千瓦。与水平轴风机相比，垂直轴风机具有结构简单、安装灵活、维护方便、占地面积小、安全稳定、事故率低等优势，且由于海上风场没有建筑物，风场非常均匀，垂直轴风机可以高效的发电。因此，当人们发现很难进一步扩大水平轴风机的发电效能时，将越来越多的目光转投到了垂直轴风机上。但传统的垂直轴风机由于单转子受风，作用在叶片上的风载会传递至锚泊系统，使其承受巨大艏摇载荷。双转子的设计不仅可以使作用在两个风机上的扭矩因方向相反而抵消，而且通过实验发现双垂直轴风机的产电效能在某些风向下大于两个同样规格的传统垂直轴风机的产电效能之和。但是垂直轴风机由于逆风区的存在，在低风速下难以启动，启动后产电效能也受到影响。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用被动整流装置的双垂直轴风机，该双垂直轴风机应采用两块整流板分别通过扭转弹簧连接在垂向支撑杆上，设置在构架上的整流装置与两台垂直轴风机共同配合工作。使用状态下，整流装置首先接触风，并迫使一部分风改变方向，风机中间区域的风速被降低，两侧的风速被提高。整流后的风场会降低叶片在逆风区的阻力，提高叶片在顺风区的推力，进而达到提高风机转速的目的，并可有效降低风机的启动风速。

本发明采用的技术方案是：一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，它包括立柱底座、垂直轴风机和支撑平台，它还包括设置在所述构架上的整流装置，所述立轴与底座固定连接，所述垂直轴风机包含第一垂直轴风机和第二垂直轴风机，所述支撑平台包括上下两部分以及连接构件，上下支撑平台通过轴承与立柱相连，所述下部支撑架和上部支撑架的一角采用垂向支撑杆固定连接，另外两角分别安装转动式第一垂直轴风机的第一立轴和第二垂直轴风机的第二立轴；所述整流装置包含第一整流板、第二整流板和扭转弹簧，第一整流板通过扭转弹簧设置在垂向支撑杆的一侧，第二整流板通过扭转弹簧设置在垂向支撑杆的另一侧；所述下部支撑架轴承和上部支撑架轴承的内直径与立轴的外直径为转动配合，把下部支撑架轴承和上部支撑架轴承装在立轴后，所述构架上的第一垂直轴风机、第二垂直轴风机和整流装置都处于工作状态。

所述下部支撑架的两角分别设有下部支撑架轴承，上部支撑架的两角分别设有上部支撑架轴承。

所述第一垂直轴风机包含三个第一叶片、两个第一横撑架和一个第一立轴，第一叶片通过第一横撑架固定连接在第一立轴上，第一立轴的两端与下部支撑架的下部支撑架轴承、上部支撑架的上部支撑架轴承成转动配合。

所述第二垂直轴风机包含三个第二叶片、两个第二横撑架和一个第二立轴，第二叶片通过第二横撑架固定连接在第二立轴上，第二立轴的两端与下部支撑架的下部支撑架轴承、上部支撑架的上部支撑架轴承成转动配合。

所述垂直轴风机采用阻力型垂直轴风机或升力型垂直轴风机。

所述上部支撑架与下部支撑架不限于三角结构。

本发明的有益效果是：这种应用于双垂直轴风机的被动整流装置包括两个垂直轴风机、安装垂直轴风机的构架和设置在构架上的整流装置，构架包含下部支撑架、上部支撑架和垂向支撑杆，下部支撑架和上部支撑架的一角采用垂向支撑杆固定连接，另外两角分别安装垂直轴风机，整流装置采用两块整流板分别通过扭转弹簧设置在垂向支撑杆的一侧。该被动整流装置具有以下优点:

1.整流装置与两台垂直轴风机分别固定在横撑架的三个顶点上，可保证工作状态下三者之间的相对位置不变，整流装置始终可以遮蔽双垂直轴风机的固定区域。

2.双垂直轴风机的逆风区域固定不变，但整流装置对于风向的改变程度随风速增加而增加，使用扭转弹簧或具有类似功能机构进行连接，通过合理选择扭转弹簧或具有类似功能机构的刚度，可以使两块整流板之间的夹角在风载荷的作用下发生改变，风速大时，两块整流板间夹角变小，风速小时，夹角变大，从而保证产生遮蔽效应的区域一定。

3.使用至少两个扭转弹簧或具有类似功能机构的连接装置，可保证两块整流板之间的夹角变化沿纵向一致，从而可使遮蔽区域沿纵向保持一致，避免了额外载荷的产生。

附图说明

图1是一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置的立体结构图。

图2是一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置的结构俯视图。

图3是双垂直轴风机迎风区与逆风区的俯视示意图。

图4是图1中的A放大图。

图5是图1中的B放大图。

图中：1、第一垂直轴风机，1a、第一叶片，1b、第一叶片安装架，1c、第一立轴，1d、第一上轴承，1e、第一下轴承，2、第二垂直轴风机，2a、第二叶片，2b、第二叶片安装架，2c、第二立轴，2d、第二上轴承，2e、第二下轴承，3、第一整流板，4、第二整流板，5、垂向支撑杆，6、下部支撑架，6a、下部支撑架撑杆，6b、下部支撑架轴承，7、上部支撑架，7a、上部支撑架撑杆，7b、上部支撑架轴承，8、立轴，8a、底座，9、扭转弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1、2示出了一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置的结构图。图中，这种应用于双垂直轴风机的被动整流装置包括立轴8、底座8a、垂直轴风机、安装垂直轴风机的构架和设置在构架上的整流装置。立轴8与底座8a固定连接，垂直轴风机包含第一垂直轴风机1和第二垂直轴风机2。构架包含一个下部支撑架6、上部支撑架7和一个垂向支撑杆5，下部支撑架6的中心设有一个下部支撑架轴承6b，下部支撑架轴承6b的外圆上采用三个下部支撑架撑杆6a固定连接下部支撑架6的三个角，上部支撑架7的中心设有一个上部支撑架轴承7b，上部支撑架轴承7b的外圆上采用三个上部支撑架撑杆7a固定连接上部支撑架7的三个角。下部支撑架6和上部支撑架7的一角采用垂向支撑杆5固定连接，另外两角分别安装转动式第一垂直轴风机1的第一立轴1c和第二垂直轴风机2的第二立轴2c；所述整流装置包含第一整流板3、第二整流板4和扭转弹簧9，第一整流板3通过扭转弹簧9设置在垂向支撑杆5的一侧，第二整流板4通过扭转弹簧9设置在垂向支撑杆5的另一侧。下部支撑架轴承6b和上部支撑架轴承7b的内直径与立轴8的外直径为转动配合，把下部支撑架轴承6b和上部支撑架轴承7b装在立轴8后，所述构架上的第一垂直轴风机1、第二垂直轴风机2和整流装置都处于工作状态。

下部支撑架6的两角分别设有下部支撑架轴承6b，上部支撑架7的两角分别设有上部支撑架轴承7b。 第一垂直轴风机1包含三个第一叶片1a、两个第一叶片安装架1b和一个第一立轴1c，第一叶片1a通过第一叶片安装架1b固定连接在第一立轴1c上，第一立轴1c的两端与下部支撑架6的下部支撑架轴承6b、上部支撑架7的上部支撑架轴承7b成转动配合。第二垂直轴风机2包含三个第二叶片2a、两个第二叶片安装架2b和一个第二立轴2c，第二叶片2a通过第二叶片安装架2b固定连接在第二立轴2c上，第二立轴2c的两端与下部支撑架6的下部支撑架轴承6b、上部支撑架7的上部支撑架轴承7b成转动配合。

图3示出了双垂直轴风机迎风区与逆风区的俯视示意图。在两台垂直轴风机中间存在一定范围的逆风区，在图示风向下，左侧垂直轴风机将逆时针转动，右侧垂直轴风机将顺时针转动，逆风区风机转向与图示风向相反，故风载荷对于该部分而言起的是阻碍作用，这一阻碍作用的存在导致垂直轴风机启动风速较高并会降低工作时风机转速。在垂直轴风机逆风区前方放置整流装置，可改变风机所处风场的流速：中间逆风区风速降低而两侧迎风区部分的风速将得到提高，因此整流装置可降低启动风速并增加风机转速。

图4、5示出了整流装置的结构图。两块翼型整流板分别通过两个扭转弹簧连接在垂向支撑杆上。这种连接形式可以实现整流板与垂向支撑杆之间夹角被动的改变。在高风速下，夹角变小，低风速下，夹角变大。通过合理选择扭转弹簧，可以保证整流装置遮蔽区域始终与逆风区相符。

Claims (6)

1.一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，它包括立轴（8）、底座（8a）、垂直轴风机和安装垂直轴风机的构架，其特征是：它还包括设置在所述构架上的整流装置，立轴（8）与底座（8a）固定连接，所述垂直轴风机包含第一垂直轴风机（1）和第二垂直轴风机（2），所述构架包含一个下部支撑架（6）、上部支撑架（7）和一个垂向支撑杆（5），下部支撑架（6）的中心设有一个下部支撑架轴承（6b），下部支撑架轴承（6b）的外圆上采用三个下部支撑架撑杆（6a）固定连接下部支撑架（6）的三个角，上部支撑架（7）的中心设有一个上部支撑架轴承（7b），上部支撑架轴承（7b）的外圆上采用三个上部支撑架撑杆（7a）固定连接上部支撑架（7）的三个角，所述下部支撑架（6）和上部支撑架（7）的一角采用垂向支撑杆（5）固定连接，另外两角分别安装转动式第一垂直轴风机（1）的第一立轴（1c）和第二垂直轴风机（2）的第二立轴（2c）；所述整流装置包含第一整流板（3）、第二整流板（4）和扭转弹簧（9），第一整流板（3）通过扭转弹簧（9）设置在垂向支撑杆（5）的一侧，第二整流板（4）通过扭转弹簧（9）设置在垂向支撑杆（5）的另一侧；所述下部支撑架轴承（6b）和上部支撑架轴承（7b）的内直径与立轴（8）的外直径为转动配合，把下部支撑架轴承（6b）和上部支撑架轴承（7b）装在立轴（8）后，所述构架上的第一垂直轴风机（1）、第二垂直轴风机（2）和整流装置都处于工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种采用被动整流装置的双垂直轴风机，其特征是：所述下部支撑架（6）的两角分别设有下部支撑架轴承（6b），上部支撑架（7）的两角分别设有上部支撑架轴承（7b）。

3.根据权利要求1所述的一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，其特征是：所述第一垂直轴风机（1）包含三个第一叶片（1a）、两个第一横撑架（1b）和一个第一立轴（1c），第一叶片（1a）通过第一横撑架（1b）固定连接在第一立轴（1c）上，第一立轴（1c）的两端与下部支撑架（6）的下部支撑架轴承（6b）、上部支撑架（7）的上部支撑架轴承（7b）成转动配合。

4.根据权利要求1所述的一种采用被动整流装置的双垂直轴风机，其特征是：所述第二垂直轴风机（2）包含三个第二叶片（2a）、两个第二横撑架（2b）和一个第二立轴（2c），第二叶片（2a）通过第二横撑架（2b）固定连接在第二立轴（2c）上，第二立轴（2c）的两端与下部支撑架（6）的下部支撑架轴承（6b）、上部支撑架（7）的上部支撑架轴承（7b）成转动配合。

5.根据权利要求1所述的一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，其特征是：所述垂直轴风机采用阻力型垂直轴风机或升力型垂直轴风机。

6.根据权利要求1所述的一种应用于双垂直轴风机的被动整流装置，其特征是：所述上部支撑架（7）与下部支撑架（6）不限于三角结构。