CN108678900B - 一种提升启动性能的风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升启动性能的风机，包括主轴，主轴外壁上设置有S型风轮，绕主轴一周均匀分布有若干达里厄叶片，S型风轮底部与地面之间设置有泵，S型风轮底部与达里厄叶片底部之间设置有支承盘，支承盘套在主轴上，支承盘上设置有柱塞泵，柱塞泵两端分别固定在S型风轮两端底部。本发明一种提升启动性能的风机，通过加装S型风轮，在支撑盘上设置滑轨，在S型风轮底部设置导轨，使滑轨与导轨相配合，能实现低风速启动、增强启动性能、延长发电时间，这种改造使达里厄型风力发电机获得更宽广的运行范围，从而增加了这种风力机的发电量和发电效率。

Description

一种提升启动性能的风机
技术领域
本发明属于流体机械设备技术领域，涉及一种提升启动性能的风机。
背景技术
现有的达里厄竖直轴风机，在从静止到启动过程中，由于达里厄竖直轴风机自身的结构特点原因，风机启动性能较差。由于竖直轴的
Figure BDA0001628147160000011
型达里厄叶片在低速运行工况时的效率低下，在高速运行工况时的效率明显高于同等级别的水平轴风力发电机，但是这种风机构型使得它的启动风速较高，所需启动力矩较大，达到可切入风速时间较长，而这些缺陷都是与实际风力发电所要求的灵敏性，高效性，快速性三原则格格不入的，会导致机组年均可利用时长明显下降，年发电量较低，同等风工况条件下的发电时长较短，单位发电成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升启动性能的风机，解决了现有技术中存在的达里厄竖直轴风机启动所需力矩较大、达到可切入风速时间较长、发电成本高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种提升启动性能的风机，包括主轴，主轴外壁上设置有S型风轮，绕主轴一周均匀分布有若干达里厄叶片，达里厄叶片设置于S型风轮的外部，S型风轮底部与地面之间设置有泵，S型风轮底部与达里厄叶片底部之间设置有支承盘，支承盘套在主轴上，支承盘上设置有柱塞泵，柱塞泵两端分别固定在S型风轮两端底部；
本发明的特点还在于，
S型风轮包括绕主轴中心对称设置的风轮a和风轮b，风轮a和风轮b的下端面分别设置有导轨a和导轨b；
风轮a和风轮b的形状、大小均一致，风轮a包括矩形框架和拱形弧面，矩形框架相对的两边分别连接主轴和拱形弧面的一边，拱形弧面另一边靠近主轴且不与主轴连接；
拱形弧面靠近主轴一边到矩形框架的垂直距离不小于主轴半径的长度。
支承盘上端面设置有穿过主轴的滑轨a、滑轨b和滑轨c，滑轨a和滑轨b以滑轨c为轴对称设置，滑轨a、滑轨b均与滑轨c平行；
滑轨a和滑轨b的长度为风轮a直径的2倍，导轨a和导轨b分别与滑轨a、滑轨b配合使用。
主轴上滑轨a到风轮a顶端之间开设有通槽a，主轴上滑轨b到风轮b顶端之间开设有通槽b，风轮a的矩形框架和风轮b的矩形框架能够分别穿过通槽a和通槽b；
通槽a和通槽b平行设置，通槽a和通槽b的宽度均不小于矩形框架的厚度，通槽a和通槽b的高度均不小于矩形框架的高度。
达里厄叶片的个数为2～3个，每个达里厄叶片两端均通过支撑杆固定在主轴侧壁上。
主轴内部靠近地面位置设置有储油箱。
柱塞泵包括壳体，壳体一端封闭，壳体另一端从内到外依次设置有能够沿壳体长向滑动的隔板a和隔板b，隔板a与隔板b之间设置有弹簧腔，隔板a与壳体的封闭端之间设置有液体腔a，弹簧腔中设置有弹簧，液体腔a中设置有活塞杆，活塞杆穿过壳体的封闭端伸到壳体外部；
隔板b远离弹簧腔的端面上固定有伸缩端a，活塞杆伸到壳体外部的端面上固定有伸缩端b，活塞杆内部设置有液体腔b，液体腔b靠近隔板a一端设置有滑头，液体腔b通过滑头与液体腔a连通；液体腔b靠近伸缩端b一端底部连通有液压油管道，液压油管道下端伸到储油箱内。
弹簧能够伸缩的距离与风轮a直径的长度一致。
液压油管道上位于达里厄叶片底部与储油箱之间还设置有电子节流阀，主轴上与电子节流阀对应的位置设置有光电感应装置。
本发明的有益效果是，
(1)本发明一种提升启动性能的风机，通过在原本达里厄叶片中央的空隙内设置一组S型风轮，能实现达里厄竖直轴风机启动时的受风力矩和风能捕获系数，使该型风机启动时利用S型风轮极好的启动性质带动外层叶片转动，从而使原本启动风速较高，所需启动力矩较大的达里厄风机快速达到稳定运行转速，内层同轴的S型风轮拉动主轴快速加速启动达到外层叶片的最优运行工况，能明显地提升启动性能减小达到发电工况的时间，改善风机的灵敏性，高效性，快速性；
(2)本发明一种提升启动性能的风机，S型风轮安装的高度、叶片数量、尺寸半径、叶片扭角可根据实际风工况改变，对外层风轮的影响小，无需改变主体结构即可达到提升启动性能的效果；
(3)本发明一种提升启动性能的风机，结构简单，安装方便，成本低。
附图说明
图1是本发明一种提升启动性能的风机的结构示意图；
图2是本发明一种提升启动性能的风机的轴向剖视图；
图3是本发明一种提升启动性能的风机的S型风轮合拢过程示意图；
图4是本发明一种提升启动性能的风机的支承盘部分的结构示意图；
图5是本发明一种提升启动性能的风机的柱塞泵部分结构示意图；
图6是本发明一种提升启动性能的风机的纵向剖视图。
图中，1.达里厄叶片，2.S型风轮，3.支承盘，4.柱塞泵，5.主轴，6.支撑杆，7.液压油管道，8.电子节流阀，9.光电感应装置，10.储油箱，11.泵；
2-1.风轮a，2-2.风轮b，2-3.导轨a，2-4.导轨b；
3-1.滑轨a，3-2.滑轨b，3-3.滑轨c；
4-1.壳体，4-2.液体腔a，4-3.弹簧腔，4-4.伸缩端a，4-5.伸缩端b，4-6.滑头，4-7.隔板a，4-8.活塞杆，4-9.液体腔b，4-10.隔板b；
5-1.通槽a，5-2.通槽b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种提升启动性能的风机，如图1所示，包括主轴5，主轴5外壁上设置有S型风轮2，绕主轴5一周均匀分布有若干达里厄叶片1，达里厄叶片1设置于S型风轮2的外部，型风轮2底部与地面之间设置有泵11，S型风轮2底部与达里厄叶片1底部之间设置有支承盘3，支承盘3套在主轴5上，支承盘3上设置有柱塞泵4，柱塞泵4两端分别固定在S型风轮2两端底部；
如图2及图6所示，S型风轮2包括绕主轴5中心对称设置的风轮a2-1和风轮b2-2，风轮a2-1和风轮b2-2的下端面分别设置有导轨a2-3和导轨b2-4。
风轮a2-1和风轮b2-2的形状、大小均一致，风轮a2-1包括矩形框架和拱形弧面，矩形框架相对的两边分别连接主轴5和拱形弧面的一边，拱形弧面另一边靠近主轴5且不与主轴5连接；
拱形弧面靠近主轴5一边到矩形框架的垂直距离不小于主轴5半径的长度。
如图4所示，支承盘3上端面设置有穿过主轴5的滑轨a3-1、滑轨b3-2和滑轨c3-3，滑轨a3-1和滑轨b3-2以滑轨c3-3为轴对称设置，滑轨a3-1、滑轨b3-2与滑轨c3-3平行；
滑轨a3-1和滑轨b3-2的长度为风轮a2-1直径的2倍，导轨a2-3和导轨b2-4分别与滑轨a3-1、滑轨b3-2配合使用。
如图3所示，主轴5上滑轨a3-1到风轮a2-1顶端之间开设有通槽a5-1，主轴5上滑轨b3-2到风轮b2-2顶端之间开设有通槽b5-2，风轮a2-1的矩形框架和风轮b2-2的矩形框架能够分别穿过通槽a5-1和通槽b5-2；
通槽a5-1和通槽b5-2平行设置，通槽a5-1和通槽b5-2的宽度均不小于矩形框架的厚度，通槽a5-1和通槽b5-2的高度均不小于矩形框架的高度。
达里厄叶片1的个数为2～3个，每个达里厄叶片1两端均通过支撑杆6固定在主轴5侧壁上。
主轴5内部靠近地面位置设置有储油箱10。
如图5所示，柱塞泵4包括壳体4-1，壳体4-1一端封闭，壳体4-1另一端从内到外依次设置有能够沿壳体长向滑动的隔板a4-7和隔板b4-10，隔板a4-7与隔板b4-10之间设置有弹簧腔4-3，隔板a4-7与壳体4-1的封闭端之间设置有液体腔a4-2，弹簧腔4-3中设置有弹簧，液体腔a4-2中设置有活塞杆4-8，活塞杆4-8穿过壳体4-1的封闭端伸到壳体4-1外部；
隔板b4-10远离弹簧腔4-3的端面上固定有伸缩端a4-4，活塞杆4-8伸到壳体4-1外部的端面上固定有伸缩端b4-5，活塞杆4-8内部设置有液体腔b4-9，液体腔b4-9靠近隔板a4-7一端设置有滑头4-6，液体腔b4-9通过滑头4-6与液体腔a4-2连通；液体腔b4-9靠近伸缩端b4-5一端底部连通有液压油管道7，液压油管道7底部伸到储油箱10内。
弹簧能够伸缩的距离与风轮a2-1直径的长度一致。
如图6所示，液压油管道7上位于达里厄叶片1底部与储油箱10之间还设置有电子节流阀8，主轴5上与电子节流阀8对应的位置设置有光电感应装置9。
本发明在风机主轴5上加装了S型风轮2，S型风轮2为萨沃纽斯阻力型风轮，利用萨沃纽斯阻力型风轮高启动力矩的特性带动原本启动性能较差的风机快速启动，达到切入风速快速实现发电。达里厄叶片1顶、底两端通过支撑杆6连接在主轴5上，S型风轮2为两个可以合拢的风轮a2-1和风轮b2-2、支承盘3上设置的柱塞泵4，柱塞泵4固定在滑轨c3-3上，柱塞泵4的活塞杆4-8能过穿过主轴5，柱塞泵4的内部结构工作示意如图5所示，其伸缩端b4-5和伸缩端a4-4分别刚性连风轮a2-1和风轮b2-2的底部，弹簧能够伸缩的距离为风轮a2-1的直径长度，以使弹簧完全收缩时风轮a2-1和风轮b2-2半圆弧圆心点可以重合，组成一个完整的圆柱桶装结构，滑轨a3-1和滑轨b3-2的长度为风轮a2-1和风轮b2-2直径的2倍并在端点设置限位口，以保证叶片滑动时的姿态、位置正确。
本发明的一种提升启动性能的风机工作原理为：风机启动时，光电感应装置9测得转速为0，电子节流阀8无动作，柱塞泵4处于舒张状态，S型风轮2呈S形捕获更多风能，利用风阻为风机主轴5传递更多转动力矩，带动原本启动性能较差的风机快速启动，达到切入转速快速实现发电。当风机达到运行工况时，光电感应装置9测得转速接近额定值，电子节流阀8开始动作，从储油箱10向液压油管道7注入液压油，液压油先进入到柱塞泵4的液体腔b4-9，在通过液体腔b4-9端部的滑头4-6进入到液体腔a4-2中挤压弹簧腔4-3，弹簧腔4-3内的弹簧收缩，带动柱塞泵4的伸缩端a4-4和伸缩端b4-5相对收缩，伸缩端a4-4和伸缩端b4-5分别拉动风轮a2-1和风轮b2-2沿滑轨a3-1、滑轨b3-2相对滑动，最终合拢为一个圆柱桶状结构，保证达里厄风机的正常运行，把影响降到最小。当风速降低时，光电感应装置9测得转速低于额定值，电子节流阀8开始动作，泵11将液压油从液压油管道7开始抽回，柱塞泵4的液体腔a4-2开始在弹簧的挤压下收缩，柱塞泵4结构重新舒张，S型风轮2的风轮a2-1和风轮b2-2分别沿滑轨a3-1和滑轨b3-2反向滑动，逐渐展开，再次提升风机转速，延长达里厄竖直轴风机的发电时间。
本发明的一种提升启动性能的风机，通过加装S型风轮2，在支撑盘3上设置滑轨，在S型风轮2底部设置导轨，使滑轨与导轨相配合，能实现低风速启动、增强启动性能、延长发电时间，这种改造使风机获得更宽广的运行范围，从而增加了这种风力机的发电量和发电效率；本发明的风机中，S型风轮安装的位置、数量、尺寸可根据实际情况改变，对外层达里厄叶片的影响较小，无需改变原本风机结构即可达到增加启动性能和发电时长效果。

Claims (5)

1.一种提升启动性能的风机，其特征在于，包括主轴(5)，所述主轴(5)外壁上设置有S型风轮(2)，绕所述主轴(5)一周均匀分布有若干达里厄叶片(1)，达里厄叶片(1)设置于S型风轮(2)的外部，S型风轮(2)底部与地面之间设置有泵(11)，S型风轮(2)底部与达里厄叶片(1)底部之间设置有支承盘(3)，支承盘(3)套在主轴(5)上，所述支承盘(3)上设置有柱塞泵(4)，柱塞泵(4)两端分别固定在S型风轮(2)两端底部；
所述S型风轮(2)包括绕主轴(5)中心对称设置的风轮a(2-1)和风轮b(2-2)，风轮a(2-1)和风轮b(2-2)的下端面分别设置有导轨a(2-3)和导轨b(2-4)；
所述支承盘(3)上端面设置有穿过主轴(5)的滑轨a(3-1)、滑轨b(3-2)和滑轨c(3-3)，滑轨a(3-1)和滑轨b(3-2)以滑轨c(3-3)为轴对称设置，所述滑轨a(3-1)、滑轨b(3-2)均与滑轨c(3-3)平行；
所述主轴(5)上滑轨a(3-1)到风轮a(2-1)顶端之间开设有通槽a(5-1)，主轴(5)上滑轨b(3-2)到风轮b(2-2)顶端之间开设有通槽b(5-2)，所述风轮a(2-1)的矩形框架和风轮b(2-2)的矩形框架能够分别穿过通槽a(5-1)和通槽b(5-2)；
所述主轴(5)内部靠近地面位置设置有储油箱(10)；
所述柱塞泵(4)包括壳体(4-1)，壳体(4-1)一端封闭，壳体(4-1)另一端从内到外依次设置有能够沿壳体(4-1)长向滑动的隔板a(4-7)和隔板b(4-10)，隔板a(4-7)与隔板b(4-10)之间设置有弹簧腔(4-3)，隔板a(4-7)与壳体(4-1)的封闭端之间设置有液体腔a(4-2)，所述弹簧腔(4-3)中设置有弹簧，所述液体腔a(4-2)中设置有活塞杆(4-8)，活塞杆(4-8)穿过壳体(4-1)的封闭端伸到壳体(4-1)外部；
所述隔板b(4-10)远离弹簧腔(4-3)的端面上固定有伸缩端a(4-4)，所述活塞杆(4-8)伸到壳体(4-1)外部的端面上固定有伸缩端b(4-5)，活塞杆(4-8)内部设置有液体腔b(4-9)，液体腔b(4-9)靠近隔板a(4-7)一端设置有滑头(4-6)，所述液体腔b(4-9)通过滑头(4-6)与液体腔a(4-2)连通；液体腔b(4-9)靠近伸缩端b(4-5)一端底部连通有液压油管道(7)，液压油管道(7)下端伸到储油箱(10)内；
所述风轮a(2-1)和风轮b(2-2)的形状、大小均一致，风轮a(2-1)包括矩形框架和拱形弧面，所述矩形框架相对的两边分别连接主轴(5)和拱形弧面的一边，拱形弧面另一边靠近主轴(5)且不与主轴(5)连接；
所述拱形弧面靠近主轴(5)一边到矩形框架的垂直距离不小于主轴(5)半径的长度；
所述滑轨a(3-1)和滑轨b(3-2)的长度均为风轮a(2-1)直径的2倍，导轨a(2-3)和导轨b(2-4)分别与滑轨a(3-1)、滑轨b(3-2)配合使用。
2.根据权利要求1所述的一种提升启动性能的风机，其特征在于，所述通槽a(5-1)和通槽b(5-2)平行设置，通槽a(5-1)和通槽b(5-2)的宽度均不小于矩形框架的厚度，通槽a(5-1)和通槽b(5-2)的高度均不小于矩形框架的高度。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种提升启动性能的风机，其特征在于，所述达里厄叶片(1)的个数为2～3个，每个所述达里厄叶片(1)两端均通过支撑杆(6)固定在主轴(5)侧壁上。
4.根据权利要求3所述的一种提升启动性能的风机，其特征在于，所述弹簧能够伸缩的距离与风轮a(2-1)直径的长度一致。
5.根据权利要求4所述的一种提升启动性能的风机，其特征在于，所述液压油管道(7)上位于达里厄叶片(1)底部与储油箱(10)之间还设置有电子节流阀(8)，主轴(5)上与电子节流阀(8)对应的位置设置有光电感应装置(9)。
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