CN109026544B

CN109026544B - 一种风力发电装置

Info

Publication number: CN109026544B
Application number: CN201810930619.0A
Authority: CN
Inventors: 成玉生; 成鹏飞; 成思妍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-08-15
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2038-08-15
Also published as: CN109026544A

Abstract

本发明提供一种风能利用率更高的风力发电装置。包括底座、发电机和旋转轴，旋转轴上沿径向均布有上悬臂和下悬臂，所述上悬臂上设有上叶片轴座，所述下悬臂上设有下叶片轴座，叶片轴的上端和下端分别固定在上叶片轴座和下叶片轴座上，叶片轴上部装有上轴承架，其下部装有下轴承架，风叶一侧的上部固定在上轴承架上，其下部固定在下轴承架上，上悬臂的外侧设有上外挡组件，上悬臂的内侧设有上内挡组件，下悬臂的外侧设有下外挡组件，下悬臂的内侧设有下内挡组件。本发明中采用上、下外挡组件和上、下内挡组件与叶片相配合的结构，始终保持叶片能在旋转的前270°范围内做功。因此，本发明做功的行程较长，做功效率大大提高。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置。

背景技术

随着社会经济的不断发展，能源需求起来越大，而采用绿色能源补充或代替传统能源的尝试越来越引起各国的高度重视，风能、太阳能的利用就是比较突出的例子。目前用于风力发电的装置，按风力机分类有水平轴结构和垂直轴结构。水平轴风力机的应用已经相当普及，技术也十分成熟，但由于结构较复杂，除需要变桨装置、偏航装置外，对风叶片的强度、立柱的高度和强度等技术指标要求较高，而且维护维修不便、产品制造成本较高。垂直轴风力机的应用也正在逐步兴起，垂直轴风力机结构简单，而且对风向，启动都没有特殊要求，可以实现微风启动和万向启动，因此在中小型风力发电设备中应用越来越广泛。现有的垂直轴风力机装置，虽然可以实现万向启功，不需要变桨与偏航装置，有的还实现了微风启动。但是风能利用率还比较低，最明显的问题就是风力机相对于无论那个方向的来风，风叶片迎风旋转时的前半圈做功，旋转到后半圈时逆风受阻不能做功，因此最多只有一半数量的风叶片能做功，即风能利用率最高只有50%。为此，许多人想尽办法改变垂直轴风力机在风叶旋转到后半圈时做负功的问题。从中国专利数据库中检索到一些相关专利，但基本上都是消及的方式。比如，将风叶片的两面做成不同形状，做功的一面为平面，做负功的一面做成曲面，以减小风阻。也有把风叶片做成可以开合的，迎风做功时展开，逆风时闭合，减小阻力。还有的把风叶片做成自由旋转型，迎风时做功，逆风时风叶片不受约束自动旋转与风向平行，最大程度减小阻力。因此，这些现有技术就是做到极致也只能把风阻降到接近于零，风能的利用率最多达到50%。目前，还没见到垂直轴风力发电装置的风能利用率超过50%的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种风能利用率更高的风力发电装置。

本发明的技术方案是：包括底座、发电机和旋转轴，旋转轴上的旋转轴齿轮与发电机上的齿轮啮合，旋转轴上沿径向均布有上悬臂和下悬臂，所述上悬臂上设有上叶片轴座，所述下悬臂上设有下叶片轴座，叶片轴的上端和下端分别固定在上叶片轴座和下叶片轴座上，叶片轴上部装有上轴承架，其下部装有下轴承架，风叶一侧的上部固定在上轴承架上，其下部固定在下轴承架上，风叶与叶片轴旋转配合；上悬臂的外侧设有上外挡组件，所述上外挡组件包括上外挡块座，上外挡块座的伸出端通过上外挡块轴与上外挡块连接，上外挡块底部设有上外挡块限位销，上外挡块与上外挡块座旋转配合，上悬臂的内侧设有上内挡组件，所述上内挡组件包括上内挡块座，上内挡块座上穿有上内挡块轴，上内挡块轴的顶部设有上曲柄，上内挡块轴的底部设有上内挡块，上内挡块轴与上内挡块座旋转配合；下悬臂的外侧设有下外挡组件，所述下外挡组件包括下外挡块座，下外挡块座的伸出端通过下外挡块轴与下外挡块连接，下外挡块底部设有下外挡块限位销，下外挡块与下外挡块座旋转配合，下悬臂的内侧设有下内挡组件，所述下内挡组件包括下内挡块座，下内挡块座上穿有下内挡块轴，下内挡块轴的顶部设有下内挡块，下内挡块轴的底部设有下曲柄，下内挡块与下内挡块座旋转配合。

本发明中采用上、下外挡组件和上、下内挡组件与叶片相配合的结构，始终保持叶片能在旋转的前270°范围内做功。叶片正面迎风时叶片背面被内挡块挡住不能旋转，叶片不受外挡块约束，此时叶片只能围绕旋转轴旋转做功，此状态一直保持旋转到180°为止。当叶片旋转通过180°时，在叶片旋转惯性以及其它叶片做功带动旋转轴旋转的共同作用下，叶片的正面呈负压，而叶片的背面呈正压，在风压的作用下，使叶片脱离内挡块约束绕叶片轴旋转，叶片的背面成为迎风面，叶片的正面旋转到与外挡块相贴，外挡块限制叶片正面进一步旋转，此时，叶片的背面迎风并做功，直至旋转到270°时为止。叶片从270°旋转到360°时处于无约束自由状态，叶片与风向平行，风阻减小到最小。因此，本发明做功的行程较长，做功效率大大提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明叶片部位的结构示意图。

图3是下外挡组件的结构分解示意图。

图4是上内挡组件的结构示意图。

图5是本发明的工作状态示意图。

图6是下内挡组件的结构示意图。

图7是叶片轴上部的局部示意图。

图8是下外挡组件第一状态时的剖视图。

图9是下外挡组件第二状态时的剖视图。

图中1底座、2发电机、3旋转轴、4旋转轴齿轮、5上悬臂、6叶片轴、7叶片、8下悬臂、51上外挡块座、52上外挡块、53上叶片轴座、54上内挡块轴、55上曲柄、56上内挡块座、57上内挡块、58上外挡块轴、59上外挡块限位销、61上轴承架、62下轴承架、81下外挡块座、82下外挡块、83下叶片轴座、84下内挡块座、85下内挡块、86下内挡块轴、87下曲柄、88下外挡块轴、89下外挡块限位销。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。图1所示，本发明包括底座1、发电机2和旋转轴3，底座1上固接有一固定轴，旋转轴3套装在固定轴外，旋转轴3与固定轴旋转配合，旋转轴3上的旋转轴齿轮4与发电机2上的齿轮啮合，该结构为现有技术在此不再赘述。图1和图5所示，旋转轴3上沿径向均布有上悬臂5和下悬臂8，图2所示，所述上悬臂5上设有上叶片轴座53，所述下悬臂8上设有下叶片轴座83，叶片轴6的上端和下端分别固定在上叶片轴座53和下叶片轴座83上，叶片轴6上部装有上轴承架61，其下部装有下轴承架62，风叶一侧的上部固定在上轴承架61上，其下部固定在下轴承架62上，风叶与叶片轴6旋转配合。图2、图5和图7所示，上悬臂5的外侧设有上外挡组件，所述上外挡组件包括上外挡块座51，上外挡块座51的伸出端通过上外挡块轴58与上外挡块52连接，上外挡块52底部设有上外挡块限位销59，上外挡块52与上外挡块座51旋转配合。上悬臂5的内侧设有上内挡组件，图4所示，所述上内挡组件包括上内挡块座56，上内挡块座56上穿有上内挡块轴54，上内挡块轴54的顶部设有上曲柄55，上内挡块轴54的底部设有上内挡块57，上内挡块轴54与上内挡块座56旋转配合。下悬臂8的外侧设有下外挡组件，图3、图8和图9所示，所述下外挡组件包括下外挡块座81，下外挡块座81的伸出端通过下外挡块轴88与下外挡块82连接，下外挡块82底部设有下外挡块限位销89，下外挡块82与下外挡块座81旋转配合，下悬臂8的内侧设有下内挡组件，图6所示，所述下内挡组件包括下内挡块座84，下内挡块座84上穿有下内挡块轴86，下内挡块轴86的顶部设有下内挡块85，下内挡块轴86的底部设有下曲柄87，下内挡块85与下内挡块座84旋转配合。上述结构中，上悬臂5和下悬臂8结构相同，上叶片轴座53和下叶片轴座83结构相同，上外挡组件和下外挡组件结构相同，上内挡组件和下内挡组件结构相同。

工作时，图5所示，叶片7正面迎风，阻止了气流前进，气流推动叶片7开始绕旋转轴3旋转，很快叶片7背面与上、下内挡块57、85紧贴，上、下内挡块57、85挡住叶片7不能旋转，此时，叶片7只受上、下内挡块57、85的约束，叶片7只能围绕旋转轴3旋转做功，此状态一直保持旋转180°为止。当叶片7旋转通过180°时，在叶片7旋转惯性以及其它叶片7做功带动旋转轴3旋转的共同作用下，叶片7的正面呈负压，而叶片7的背面呈正压，在风压的作用下，使叶片7脱离上、下内挡块57、85约束绕叶片轴6翻转，叶片7的背面成为迎风面，叶片7的正面旋转到与上、下外挡块52、82相贴，上、下外挡块52、82限制叶片7正面进一步旋转，图8所示，此时上、下外挡块限位销59、89被上、下外挡块座51、81挡住不能再旋转，叶片7的背面迎风并做功，直至旋转到270°时为止。从270°旋转到360°时叶片7正面和背面风压基本相等，叶片7处于无约束自由状态，叶片7与风向平行，风阻减小到最小。因此，本发明做功的行程较长，做功效率大大提高。当叶片7旋转通过360°时，叶片7再次复位，循环往复，叶片7带动旋转轴3不断做功发电。

当遇暴风时上、下内挡块57、85分别由推拉器推动上、下曲柄55、87，通过上、下内挡块轴54、86分别使上、下内挡块57、85旋转90°，上、下内挡块57、85与叶片7分离。这时候上、下内挡块57、85失去挡块作用，叶片7没有了上内挡块57与下内挡块85的限位，可随风旋转，叶片7处于与来风方向平行不工作状态。暴风后叶片7准备恢复正常工作时，此时，叶片7位置处于不确定状态，有的叶片7旋转到上外挡块52和下外挡块82后面。旋转到上、下外挡块52、82后面的叶片7随旋转轴3旋转，从上、下外挡块52、82后面迎风转回，这时候上、下外挡块52、82被叶片7 推动旋转，此时，上、下外挡块52、82的状态如图9所示，上外挡块52可以随叶片7回转顺利抬起，让叶片7顺利通过，叶片7 通过后，上外挡块52受重力作用自动恢复工作状况。下外挡块82可以随叶片7回转顺利压倒，让叶片7顺利通过，叶片7 通过后，下外挡块82受重力作用自动恢复工作状况。暴风过后上、下内挡块57、85由推拉器拉动上、下曲柄55、87，使下内挡块轴54、86回转，上、下内挡块57、85复位，上、下内挡块57、85的平面再次与叶片7的背面结合，继续发挥限位作用。上述推拉器主市售产品，推拉器与上、下曲柄55、87的连接和配合均为现有技术，不再赘述。

Claims

1.一种风力发电装置，包括底座（1）、发电机（2）和旋转轴（3），旋转轴（3）上的旋转轴齿轮（4）与发电机（2）上的齿轮啮合，旋转轴（3）上沿径向均布有上悬臂（5）和下悬臂（8）；所述上悬臂（5）上设有上叶片轴座（53），所述下悬臂（8）上设有下叶片轴座（83），叶片轴（6）的上端和下端分别固定在上叶片轴座（53）和下叶片轴座（83）上，叶片轴（6）上部装有上轴承架（61），其下部装有下轴承架（62），风叶（7）一侧的上部固定在上轴承架（61）上，其下部固定在下轴承架（62）上，风叶（7）与叶片轴（6）旋转配合；上悬臂（5）的内侧设有上内挡组件，所述上内挡组件包括上内挡块座（56），上内挡块座（56）上穿有上内挡块轴（54），上内挡块轴（54）的顶部设有上曲柄（55），该上曲柄（55）与推拉器连接，上内挡块轴（54）的底部设有上内挡块（57），上内挡块轴（54）与上内挡块座（56）旋转配合；下悬臂（8）的内侧设有下内挡组件，所述下内挡组件包括下内挡块座（84），下内挡块座（84）上穿有下内挡块轴（86），下内挡块轴（86）的顶部设有下内挡块（85），下内挡块轴（86）的底部设有下曲柄（87），该下曲柄（87）与推拉器连接，下内挡块（85）与下内挡块座（84）旋转配合；上悬臂（5）的外侧设有上外挡组件，下悬臂（8）的外侧设有下外挡组件，其特征在于：所述上外挡组件包括上外挡块座（51），上外挡块座（51）的伸出端通过上外挡块轴（58）与上外挡块（52）连接，上外挡块（52）底部设有上外挡块限位销(59)，上外挡块（52）与上外挡块座（51）旋转配合；所述下外挡组件包括下外挡块座（81），下外挡块座（81）的伸出端通过下外挡块轴（88）与下外挡块（82）连接，下外挡块（82）底部设有下外挡块限位销（89），下外挡块（82）与下外挡块座（81）旋转配合；上述结构可使风叶（7）在180°至270°范围内旋转时做功。