CN110107456B - 一种被动式可调偏角竖直风能转换装置 - Google Patents

一种被动式可调偏角竖直风能转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种被动式可调偏角竖直风能转换装置，包括竖直的立柱，立柱端部连接转盘，转盘中心套接在立柱上并可绕立柱转动，绕所述转盘均匀分布叶片，叶片侧面靠近边缘位置铰接有支撑架，支撑架另一端固定连接于转盘，叶片可绕支撑架沿竖直轴线旋转，转盘上对应叶片设置有调节轮，立柱上固定连接有定齿轮，调节轮与定齿轮通过中间齿轮传动连接，叶片上与支撑架相对应另一端通过铰链连接有连杆，连杆端部活动连接于调节盘，连杆端部偏心连接与调节盘，转盘动力连接发电装置转子。本发明所公开的风能转换装置，在转动的同时，叶片做周期性的摆动，有效抑制了叶片动态失速效应，减少了叶片的流动分离，进而提高发电效率。

Description

一种被动式可调偏角竖直风能转换装置
技术领域
本发明涉及新能源设备技术领域，具体涉及一种被动式可调偏角竖直风能转换装置。
背景技术
随着能源与危机意识的不断加深，节能减排、推进绿色低碳发展已经得到世界各国的广泛关注，各国纷纷提出发展新能源，创新提高现有能源利用率，实现产业结构调整与升级的新举措。
风力发电是把风的动能转为电能。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
垂直轴风力发电机具有无需对风、维护安装简单、成本较低、对湍流风利用率较高的特点。但是目前垂直型风机的风能利用系数相对较低，垂直风机叶片角度固定，在叶片旋转过程中，叶片流体动力攻角不断变化，必然会导致风能损失，一些情况下可能导致叶片失速，这阻碍了垂直轴风力发电机的推广使用。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种被动式可调偏角竖直风能转换装置，其具体技术方案如下：
一种被动式可调偏角竖直风能转换装置，包括竖直设置的立柱，立柱端部活动连接有转盘，转盘中心套接在立柱上并可绕立柱转动，绕所述转盘均匀分布有不少于三个叶片，所述叶片侧面靠近边缘位置铰接有支撑架，所述支撑架另一端固定连接于转盘，叶片可绕支撑架沿竖直轴线旋转，所述转盘上对应叶片设置有调节轮，立柱上固定连接有定齿轮，调节轮与定齿轮通过中间齿轮传动连接，所述叶片上与支撑架相对应另一端通过铰链连接有连杆，连杆端部活动连接于调节盘，连杆端部偏心连接与调节盘，所述转盘通过传动装置连接发电装置转子。
作为本方案的一种改进，所述调节盘包括齿轮盘，所述齿轮盘上设置有与中间齿轮啮合的齿轮部分，齿轮盘上方设置有两个互相垂直的滑槽，所述滑槽均沿径向设置，两个滑槽内分别滑动连接有滑块，所述滑块端部设置有突起的连接柱，连接柱活动连接于一根滑块杆，所述滑块杆端部活动连接连杆端部。
作为本方案的一种改进，所述滑槽为T形槽，开口处宽度收缩，所述滑块包括宽度与滑槽开口宽度相同的滑块体，滑块体底部设置有贯通槽，贯通槽内设置有两个活块，两个活块之间设置有弹性体，活块在弹性体作用下相互远离，并嵌入滑槽底部宽度扩大部分内。
作为本方案的一种改进，所述滑槽其中之一两端设置有突起的螺杆支撑架，所述螺杆支撑架上活动连接有可转动的螺杆，该滑槽中滑块上部设置有与螺杆旋合的螺纹孔，所述螺杆端部设置有把手。
作为本方案的一种改进，所述叶片设置有三个。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有的技术效果是：
1、本发明所公开的风能转换装置，在转动的同时，叶片可以做周期性的摆动，使叶片在周期旋转过程中不失速，有效抑制了叶片动态失速效应，减少了叶片的流动分离，进而提高发电效率；
2、本发明中所公开的风能转换装置，叶片摆动角度可调，可根据实际环境风向和风速，通过调节叶片偏角控制了叶片流体动力攻角，能量利用率可提高约30%，提高风能利用率；
3、本发明中所公开的风能转换装置，叶片摆动无需额外添加动力装置驱动，依靠风能本身驱动叶片摆动，提升风能利用率。
4、本发明中所公开的风能转换装置，叶片摆动的频率通过定齿轮、中间齿轮和齿轮盘齿数进行确定，在不同的地区，可以根据当地实际风能数据，改变齿轮次数，适应当地实际环境，实现地区风能的最大利用。
附图说明
图1、所述被动式可调偏角竖直风能转换装置结构示意图；
图2、所述转盘结构示意图；
图3、所述调节盘结构示意图；
图4、所述齿轮盘结构示意图；
图5、所述横滑块结构示意图；
附图标记：1、叶片；2、支撑架；3、调节盘；4、中间齿轮；5、定齿轮；6、压盖；7、转盘；8、立柱；9、连杆；3-1、齿轮盘；3-2、竖滑块；3-3、滑块杆；3-4、调节螺杆；3-5、横滑块；3-6、螺杆支撑架；7-1、短圆柱销；7-2、圆盘孔；7-3、长圆柱销；3-1-1、齿轮部分；3-1-2、滑槽；3-1-3、中心孔；3-5-1、左活块；3-5-2、滑块体；3-5-3、螺纹孔；3-5-4、弹簧组；3-5-5、右活块；3-5-6、连接柱。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
如图1所示是一种被动式可调偏角竖直风能转换装置，包括竖直设置的立柱8，立柱8可固定设置与地面或工作基台上。立柱8端部活动连接有转盘7，转盘7中心套接在立柱8上并可绕立柱8转动，绕所述转盘7均匀分布有三个叶片1，叶片1侧面靠近边缘位置铰接有支撑架2，支撑架2另一端固定连接于转盘7，叶片1可绕支撑架2沿竖直轴线摆动。转盘7上对应每个叶片1均设置有调节轮，立柱8上套接有定齿轮5，定齿轮5与立柱8通过销键实现角向定位，立柱8上端部通过螺纹连接有压盖6将定齿轮5压紧于转盘7上，为了保证转盘7能灵活转动，转盘7与立柱8之间可设置轴承，转盘7与定齿轮5之间还可设置平面轴承或者垫片，此为常规润滑手段，图中省略。调节轮与定齿轮5通过中间齿轮4传动连接，叶片1上与支撑架2相对应另一端通过铰链连接有连杆9，连杆9端部活动连接于调节盘3，连杆9端部偏心连接与调节盘3，转盘7通过传动装置连接发电装置转子，传动装置可以为齿轮传动装置或皮带传动装置等，叶片1在风力带动下推动转盘7转动，进而通过转盘7转动带动发电装置转子转动，完成风能到电能的转化。
如图2所示，转盘7中心设置有圆盘孔7-2，用于与立柱8连接，立柱8穿过圆盘孔7-2，可通过轴肩定位的方式与转盘7连接，保证转盘7能绕立柱8转动，转盘7上绕中心均匀分布有分别用于安装中间齿轮4和调节盘3的短圆柱销7-1和长圆柱销7-3；
如图3和4所示，调节盘3包括齿轮盘3-1，齿轮盘3-1上设置有与中间齿轮4啮合的齿轮部分3-1-1，齿轮盘3-1上方设置有两个互相垂直的滑槽3-1-2，所述滑槽3-1-2均沿径向设置，两个滑槽3-1-2内分别滑动连接有竖滑块3-2和横滑块3-5，滑块端部设置有突起的连接柱3-5-6，连接柱3-5-6活动连接于一根滑块杆3-3，滑块杆3-3端部活动连接连杆9端部。滑槽3-1-2为T形槽，开口处宽度收缩。以横滑块3-5为例表示滑块与滑槽3-1-2的连接方式，如图5所示，横滑块3-5包括宽度与滑槽3-1-2开口宽度相同的滑块体3-5-2，滑块体3-5-2底部设置有贯通槽，贯通槽内设置有两个活块，为方便表述，称为左活块3-5-1和右活块3-5-5，左活块3-5-1和右活块3-5-5之间设置有弹簧组3-5-4，所述弹簧组3-5-4为两个螺旋弹簧组成，左活块3-5-1和右活块3-5-5在弹簧组3-5-4作用下相互远离，并嵌入滑槽3-1-2底部宽度扩大部分内，实现滑块与滑槽3-1-2的连接，滑块体3-5-2顶部设置有与滑块杆3-3连接的连接柱3-5-6。
如图3所示，横滑块3-5所在滑槽3-1-2两端设置有突起的螺杆支撑架3-6，螺杆支撑架3-6上活动连接有可转动的螺杆，该滑槽3-1-2中滑块上部设置有与螺杆旋合的螺纹孔3-5-3，螺杆端部设置有把手。转动把手可调整横滑块3-5在滑槽3-1-2中位置，进而调节滑块杆3-3与连杆9连接处位置，最终达到调整叶片1摆动角度的目的。
上述的风能转换装置实际工作原理如下：在风的作用下，叶片1将会带动转盘7绕着立柱8转动，由于中间齿轮4空套在转盘7上并与定齿轮5啮合，因此中间齿轮4将会旋转；由于中间齿轮4与调节盘3啮合，因此调节盘3也跟着转动；由于调节盘3上的滑块杆3-3与连杆9铰链连接，因此将带动连杆9做相应的平面运动，此时调节盘3、连杆9、叶片1及支撑架2组成了曲柄摇杆机构。叶片1即随着转盘7的转动做周期性的摆动，叶片1的摆动频率可以通过合理选择定齿轮5、中间齿轮4和齿轮盘3-1下部齿轮的齿数来确定。
在转动过程中，叶片1摆角可调，工作原理如下：旋转螺杆，横滑块3-5在螺杆的转动下向右移动，在滑块杆3-3的作用下，竖滑块3-2向下移动，从而使滑块杆3-3与连杆9的铰链位置与齿轮盘3-1的回转中心距离减少，即使曲柄长度缩短，因此，使得叶片1的摆动角度减少；反之，将使曲柄长度变长，从而使叶片1摆动角度增加。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (2)

1.一种被动式可调偏角竖直风能转换装置，其特征在于，包括竖直设置的立柱，立柱端部活动连接有转盘，转盘中心设置有圆盘孔，用于与立柱连接，立柱穿过圆盘孔，通过轴肩定位的方式与转盘连接，保证转盘能绕立柱转动，转盘上绕中心均匀分布有分别用于安装中间齿轮和调节盘的短圆柱销和长圆柱销；转盘中心套接在立柱上并可绕立柱转动，绕所述转盘均匀分布有不少于三个叶片，所述叶片侧面靠近边缘位置铰接有支撑架，所述支撑架另一端固定连接于转盘，叶片可绕支撑架沿竖直轴线旋转，所述转盘上对应叶片设置有调节盘，立柱上固定连接有有定齿轮，调节盘与定齿轮通过中间齿轮传动连接，所述叶片上与支撑架相对应另一端通过铰链连接有连杆，连杆端部活动连接于调节盘，连杆端部偏心连接与调节盘，所述转盘通过传动装置连接发电装置转子；
所述调节盘包括齿轮盘，所述齿轮盘上设置有与中间齿轮啮合的齿轮部分，齿轮盘上方设置有两个互相垂直的滑槽，所述滑槽均沿径向设置，两个滑槽内分别滑动连接有滑块，所述滑块端部设置有突起的连接柱，连接柱活动连接于一根滑块杆，所述滑块杆端部活动连接连杆端部；
所述滑槽其中之一两端设置有突起的螺杆支撑架，所述螺杆支撑架上活动连接有可转动的螺杆，该滑槽中滑块上部设置有与螺杆旋合的螺纹孔，所述螺杆端部设置有把手；
所述滑槽为T形槽，开口处宽度收缩，所述滑块包括宽度与滑槽开口宽度相同的滑块体，滑块体底部设置有贯通槽，贯通槽内设置有两个活块，两个活块之间设置有弹性体，活块在弹性体作用下相互远离，并嵌入滑槽底部宽度扩大部分内。
2.根据权利要求1所述的一种被动式可调偏角竖直风能转换装置，其特征在于，所述叶片设置有三个。
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