CN108443073A - 一种具有减振功能的h型垂直轴风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置，涉及风力发电技术领域，其主轴上设置有减振机构，在工作时，通过风向检测仪确定来流风的方向，然后将信号传递给减速电机，启动减速电机并驱动小齿轮，进而调节电磁加载装置处于来流风的对向，并通过转速表获得主轴的当前转速，计算出主轴现受到的偏振力的大小和方向，将信号传给减速电机，调节电磁加载装置，实现精准控制，并且本发明可以针对不同的安装位置，实时计算电磁加载装置应该提供的电磁吸力的大小，实现偏振力及弯矩的完全抵消，也即本发明实施例采用减振机构解决了垂直轴风力发电装置的偏振效应，延长了风力发电装置的使用寿命，维持了风力发电装置的稳定运行。

Description

一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置。
背景技术
随着全球经济的迅速发展，大量的煤、石油和天然气等化石燃料被消耗掉，使得全球面临前所未有的能源危机和环境威胁，能源和环保已经成为目前亟待解决的重大问题。而风能作为一种可再生的绿色清洁能源，越来越多的人意识到开发风能的重要性。
风力发电装置按照主轴相对于地面的安装位置可分为水平轴风力发电装置和垂直轴风力发电装置。垂直轴风力发电装置以无需偏航系统、机械机构简单等优点越来越受到人们的青睐，但是由于H型垂直轴风力装置存在偏振问题，导致垂直轴风力发电装置的大型化和商业化发展受到了阻碍。
对于H型垂直轴风力装置的偏振问题，仅考虑气动力因素情况下，垂直叶片在旋转过程中，叶片攻角成类正弦曲线运动。变化的叶片攻角使得叶片受力明显倾向一侧，示例的，以三个叶片为例，风机旋转一周，由于叶片受力不稳定，必然会产生振动，且不同方位角下，受力不同。将叶片气动力合成到主轴上，主轴合成力的震荡图如图1所示。参考图1所示，主轴受到的作用力一直存在，且大小方向不定，必然会导致主轴偏移中心位置，并发生振颤。这种因叶片旋转一周产生的气动力不稳定造成的主轴振动，称之为偏振效应。
如何解决H型垂直轴风力发电装置的偏振效应，延长风力发电装置的使用寿命，维持风力发电装置的稳定运行，已经成为该领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置，旨在采用减振机构解决垂直轴风力发电装置的偏振效应，延长风力发电装置的使用寿命，维持风力发电装置的稳定运行。
为达到上述目的，本发明提供一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置包括塔架、安装在所述塔架上的主轴、安装在所述主轴上的减振机构、固定在所述主轴上的支撑杆、固定在所述支撑杆上的叶片，其中，所述主轴为中空结构，所述减振机构包括固定在所述主轴上的加载盘面、穿过所述主轴的中心固定在地面上的承载装置、固定在所述承载装置上的圆弧滑轨、与所述圆弧滑轨相配合的滑块和小齿轮、固定连接在所述滑块上的电磁加载装置、用于驱动所述小齿轮的减速电机，所述加载盘面的外表面为圆环面，所述电磁加载装置的端面为与所述圆环面曲率半径相同的弧面。
可选的，所述主轴与所述加载盘面之间为过盈配合，所述减速电机采用键配合与所述小齿轮相连。
可选的，所述加载盘面为圆环状结构。
可选的，所述H型垂直轴风力发电装置包括3个所述叶片，每一个所述叶片采用2个所述支撑杆固定在所述主轴上。
可选的，3个所述叶片之间相互呈120°设置在所述主轴的圆周方向上。
可选的，所述H型垂直轴风力发电装置还包括风向检测仪、接触式数字转速表和PLC控制系统，所述风向检测仪用于检测来流风的方向，所述PLC控制系统用于控制所述减速电机。
可选的，所述减振机构包括上减振机构和下减振机构，所述上减振机构和所述下减振机构的结构相同，所述上减振机构安装在所述主轴的上端，所述下减振机构安装在所述主轴的下端。
本发明的实施例至少具有如下有益技术效果：
本发明实施例的一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置，在工作时，通过风向检测仪确定来流风的方向，然后将信号传递给减速电机，启动减速电机并驱动小齿轮，进而调节电磁加载装置处于来流风的对向，并通过转速表获得主轴的当前转速，计算出主轴现受到的偏振力的大小和方向，将信号传给减速电机，调节电磁加载装置，实现精准控制，并且本发明可以针对不同的安装位置，实时计算电磁加载装置应该提供的电磁吸力的大小，实现偏振力及弯矩的完全抵消，也即本发明实施例采用减振机构解决了垂直轴风力发电装置的偏振效应，延长了风力发电装置的使用寿命，维持了风力发电装置的稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为已有技术中垂直轴风力发电装置的主轴所受合成力的震荡图；
图2为本发明实施例提供的一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置的等轴侧结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置的俯视结构示意图；
图4为本发明的图3中A部分的局部放大图；
图5为本发明的图4中的B-B向剖视图；
图6为本发明的图5中C部分的局部放大图；
图7为本发明实施例的减振机构的结构示意图；
图8为本发明实施例的减振机构的局部放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合附图2~附图8，以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
参考图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明实施例的一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置包括塔架12、安装在塔架12上的主轴4、安装在主轴4上的减振机构3、固定在主轴4上的支撑杆1、固定在支撑杆1上的叶片2，其中，主轴4为中空结构，减振机构3包括固定在主轴4上的加载盘面11、穿过主轴4的中心固定在地面上的承载装置9、固定在承载装置9上的圆弧滑轨5、与圆弧滑轨5相配合的滑块8和小齿轮7、固定连接在滑块8上的电磁加载装置10、用于驱动小齿轮7的减速电机6。加载盘面11为圆环状结构，具体的，加载盘面11的外表面为圆环面，电磁加载装置10的端面为与加载盘面11的圆环面曲率半径相同的弧面，将电磁加载装置10的端面设置为与加载盘面11的圆环面曲率半径相同的弧面，可以保证电磁加载装置10和加载盘面11之间的间隙均匀性。
具体的，减振机构3包括上减振机构和下减振机构，其中，上减振机构和下减振机构的结构相同，上减振机构安装在主轴4的上端，下减振机构安装在主轴4的下端，上减振机构和下减振机构相互配合用于消除垂直轴风力发电装置的主轴在转动过程中的偏振效应。本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置为了避免在主轴上产生多余的弯矩载荷，在主轴的上下两端分别设置了两个减振机构，通过上下减振机构中电磁加载装置施加的不同加载力的配合，实现合力及弯矩的完全抵消。
进一步的，参考图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，主轴4与加载盘面11之间为过盈配合，也即加载盘面11固定在主轴4上，减速电机6采用键配合与小齿轮7相连，也即减速电机的输出轴上采用键配合安装有小齿轮7。
进一步的，参考图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置包括3个叶片2，每一个叶片2采用2个支撑杆1固定在主轴4上。具体的，3个叶片2之间相互呈120°设置在主轴4的圆周方向上。
参考图2所示，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置还包括风向检测仪13、接触式数字转速表和PLC控制系统，其中，风向检测仪13用于检测来流风的方向， PLC控制系统用于控制减速电机6，示例的，PLC控制系统可以控制减速电机6的输出轴的正反转转向和输出轴的转速。
本发明实施例的一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置，在工作时，通过风向检测仪确定来流风的方向，然后将信号传递给减速电机，启动减速电机并驱动小齿轮，进而调节电磁加载装置处于来流风的对向，并通过转速表获得主轴的当前转速，计算出主轴现受到的偏振力的大小和方向，将信号传给减速电机，调节电磁加载装置，实现精准控制，并且本发明可以针对不同的安装位置，实时计算电磁加载装置应该提供的电磁吸力的大小，实现偏振力及弯矩的完全抵消，也即本发明实施例采用减振机构解决了垂直轴风力发电装置的偏振效应，延长了风力发电装置的使用寿命，维持了风力发电装置的稳定运行。
需要说明的是，造成垂直轴风力发电装置偏振效应的主轴合成力方向基本随着风向发生变化，在采用平衡力矩的方法来改善偏振效应时，可以在主轴上施加相反的载荷，抵消风载作用力，并且施加载荷的作用方向大部分取决于风向，建立风向与加载装置联系，并设置加载装置可独立运动，调节作用位置，实现风载的完全抵消。正是基于此，本发明实施例的H型垂直轴风力发电装置通过在主轴的上下两端分别设置一个减振机构，当风载作用力通过两对支撑杆传递到主轴上，可以通过减振机构中设置的非接触式加载方式中的电磁加载装置与加载盘面之间的作用力施加在主轴上，避免了主轴上产生多余的弯矩载荷，实现了合力与弯矩的完全抵消。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种具有减振功能的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述H型垂直轴风力发电装置包括塔架、安装在所述塔架上的主轴、安装在所述主轴上的减振机构、固定在所述主轴上的支撑杆、固定在所述支撑杆上的叶片，其中，所述主轴为中空结构，所述减振机构包括固定在所述主轴上的加载盘面、穿过所述主轴的中心固定在地面上的承载装置、固定在所述承载装置上的圆弧滑轨、与所述圆弧滑轨相配合的滑块和小齿轮、固定连接在所述滑块上的电磁加载装置、用于驱动所述小齿轮的减速电机，所述加载盘面的外表面为圆环面，所述电磁加载装置的端面为与所述圆环面曲率半径相同的弧面。
2.根据权利要求1所述的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述主轴与所述加载盘面之间为过盈配合，所述减速电机采用键配合与所述小齿轮相连。
3.根据权利要求2所述的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述加载盘面为圆环状结构。
4.根据权利要求2所述的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述H型垂直轴风力发电装置包括3个所述叶片，每一个所述叶片采用2个所述支撑杆固定在所述主轴上。
5.根据权利要求4所述的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，3个所述叶片之间相互呈120°设置在所述主轴的圆周方向上。
6.根据权利要求4所述的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述H型垂直轴风力发电装置还包括风向检测仪、接触式数字转速表和PLC控制系统，所述风向检测仪用于检测来流风的方向，所述PLC控制系统用于控制所述减速电机。
7.根据权利要求4所述的H型垂直轴风力发电装置，其特征在于，所述减振机构包括上减振机构和下减振机构，所述上减振机构和所述下减振机构的结构相同，所述上减振机构安装在所述主轴的上端，所述下减振机构安装在所述主轴的下端。
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