CN111042988A - 一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备及降速方法 - Google Patents

一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备及降速方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，包括风叶、风叶连接支架和偏角调节装置，所述风叶平行于转动轴线竖向设置，所述风叶通过偏角调节装置连接于风叶连接支架上，所述风叶包括分别转动设置在风叶连接支架上的上半段风叶和下半段风叶，转动轴线为水平方向，所述偏角调节装置对应上半段风叶与下半段风叶的相接处，且所述偏角调节装置驱动上半段风叶和下半段风叶分别绕转动轴线在竖向面内偏转转动；转动后的风叶的迎风面的有效面积减小，能够有效且快速的对风轮进行降速，保证风力发电设备的稳定运行。

Description

一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备及降速方法
技术领域
本发明属于风力发电领域，特别涉及一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备及降速方法。
背景技术
风力发电机根据旋转轴的不同分为水平型和垂直型。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的主要优势在于不需要偏航系统，使得设计得到显著简化。风力发电机的电力输出与风速关系较为密切，为了避免过高的风速损坏发电机，通常当风速过高时便需要停机或者通过制动装置进行降速。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备及降速方法，能够有效且快速的对风轮进行降速，保证风力发电设备的稳定运行。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，包括风叶、风叶连接支架和偏角调节装置，所述风叶平行于转动轴线竖向设置，所述风叶通过偏角调节装置连接于风叶连接支架上，所述风叶包括分别转动设置在风叶连接支架上的上半段风叶和下半段风叶，转动轴线为水平方向，所述偏角调节装置对应上半段风叶与下半段风叶的相接处，且所述偏角调节装置驱动上半段风叶和下半段风叶分别绕转动轴线在竖向面内偏转转动；转动后的风叶的迎风面的有效面积减小。
进一步的，所述风叶连接支架包含间距设置的上连接杆和下连接杆，所述上连接杆、下连接杆远离于风轮中心的自由端分别设置有转轴，所述转轴分别间距于上半段风叶与下半段风叶的相对端设置，所述偏角调节装置通过风叶连接支架设置两转轴之间，且所述偏角调节装置包含驱动机构，所述驱动机构沿垂直于转轴的轴线方向驱动上半段风叶和下半段风叶转动。
进一步的，所述驱动机构包括限位挡块、固定支撑块、弹性复位件、导向杆和离心活动件，所述限位挡块和固定支撑块分别设置在导向杆的两端上，所述导向杆沿垂直于转轴的方向设置于两转轴之间，且所述离心活动件套设并滑动设置在导向杆上，所述离心活动件与固定支撑块之间设置有弹性复位件，所述离心活动件与限位挡块设置在风叶的背风面，且所述离心活动件分别抵接接触于上半段风叶和下半段风叶；
在风叶慢速转动状态下，所述离心活动件通过弹性复位件的回弹力以及导向杆的静摩擦力随动于导向杆转动，所述离心活动件与风叶保持间距；
在风叶高速转动状态下，所述离心活动件相对于风轮中心离心运动，且所述离心活动件在导向杆上沿风轮转动的相反方向滑动位移，所述离心活动件压缩弹性复位件向上半段风叶与下半段风叶移动，并直至抵接于上半段风叶与下半段风叶的背面侧壁，并驱动上半段风叶与下半段风叶同时绕转轴转动，所述风叶的迎风面有效面积减小。
进一步的，还包括临界保持组件，所述临界保持组件设置在离心活动件与限位挡块之间，且所述临界保持组件保持风轮在慢速转动状态下的离心活动件与限位挡块的相对固定；当所述离心活动件的离心力大于临界保持组件的保持作用力时，所述离心活动件与所述限位挡块分离。
进一步的，所述临界保持组件包括设置在限位挡块上的磁吸体和设置在离心活动件上的被磁吸体，且所述磁吸体与被磁吸体相对设置。
进一步的，所述上半段风叶、下半段风叶各对应一组导向组件，所述导向组件导向上半段风叶、下半段风叶的偏转转动；所述导向组件包括转动拨杆和导向板，所述导向板连接于风叶连接支架上，所述导向板上贯通开设有导向槽，所述导向槽的长度方向与导向杆的导向方向同向，所述上半段风叶、下半段风叶上分别与对应的转动拨杆的一端连接，且所述转动拨杆的另一端是穿设在对应的导向槽。
进一步的，对应于上半段风叶的导向组件为第一导向组件，所述第一导向组件包括第一导向板和第一转动拨杆，且所述第一转动拨杆的一端设置在上半段风叶上，且另一端向下方延伸设置，所述第一导向板对应下半段风叶设置在下接杆上；对应于下半段风叶的导向组件为第二导向组件，所述第二导向组件包括第二导向板和第二转动拨杆，且所述第二转动拨杆的一端设置在下半段风叶上，且另一端向上方延伸设置，所述第二导向板对应上半段风叶设置在上连接杆上；
所述第一转动拨杆与第二转动拨杆错位设置，且第一转动拨杆与第二转动拨杆的转动平面保持间距，所述导向杆穿设在第一转动拨杆与第二转动拨杆之间，且所述离心活动件同时抵接并推动第一转动拨杆和第二转动拨杆。
进一步的，所述离心活动件上设置有连接板，所述连接板呈U型板体结构，且所述连接板与离心活动件之间形成上下的贯穿通槽，所述第一转动拨杆与第二转动拨杆分别穿过所述贯通通槽，所述弹性复位件连接于连接板与固定支撑块之间。
一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备的降速方法，将风叶沿中间分割成上半段风叶和下半段风叶，并将上半段风叶和下半段风叶均通过转轴转动设置在叶片连接支架上，并在叶片的背风面上设置偏角调节装置，通过偏角调节装置调节上半段风叶或下半段风叶在竖向方向的俯仰角度，改变叶片的有效迎风面的面积，通过减小迎风面有效面积降低风轮的转速。
进一步的，在上半段风叶和下半段风叶之间沿水平方向设置导向杆，在导向杆上包含有通过弹性复位件弹性位移的离心活动件；
在风叶慢速转动状态下，所述离心活动件通过弹性复位件的回弹力以及导向杆的静摩擦力随动于导向杆转动，所述离心活动件与风叶保持间距；
在风叶高速转动状态下，所述离心活动件相对于风轮中心离心运动，且所述离心活动件在导向杆上沿风轮转动的相反方向滑动位移，所述离心活动件压缩弹性复位件向上半段风叶与下半段风叶移动，并直至抵接于上半段风叶与下半段风叶的背面侧壁，并驱动上半段风叶与下半段风叶同时绕转轴转动，所述风叶的迎风面有效面积减小，且上半段风叶和下半段风叶在迎风面受风的同时，迎风面的作用力以及弹性复位件均反向作用与风叶，抑制离心活动件的离心运动，直至动态平衡。
有益效果：本发明将风叶沿中间分割成上半段风叶和下半段风叶，并将上半段风叶和下半段风叶均通过转轴转动设置在叶片连接支架上，并在叶片的背风面上设置偏角调节装置，通过偏角调节装置调节上半段风叶或下半段风叶在竖向方向的俯仰角度，改变叶片的有效迎风面的面积，通过减小迎风面有效面积降低风轮的转速，从而保证风轮的正常运行。
附图说明
附图1为本发明的整体结构的立体结构示意图；
附图2为本发明的风叶连接支架和风叶的立体示意图；
附图3为本发明的偏角调节装置的局部放大立体示意图；
附图4为本发明的偏角调节装置的局部放大的侧视图；
附图5为本发明的驱动机构的立体结构示意图；
附图6为本发明的风叶在偏转调节后的状态示意图；
附图7为本发明的风叶在偏转调节后的状态的立体示意图；
附图8为本发明的偏角调节装置的在调节扇叶后的局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1和附图2所示，一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，包含圆周阵列设置在发电机机组外围的若干组扇叶组件，形成风轮，扇叶组件包括风叶1、风叶连接支架2和偏角调节装置3，所述风叶1平行于发电机机组的转动轴线竖向设置，所述风叶1通过偏角调节装置3连接于风叶连接支架2上，所述风叶1包括分别转动设置在风叶连接支架2上的上半段风叶11和下半段风叶12，转动轴线为水平方向，所述偏角调节装置3对应上半段风叶11与下半段风叶12的相接处，且所述偏角调节装置3驱动上半段风叶11和下半段风叶12分别绕转动轴线在竖向面内偏转转动；通过将风叶1沿中间分割成上半段风叶11和下半段风叶12，并将上半段风叶11和下半段风叶12均通过转轴6转动设置在叶片连接支架2上，并在叶片1的背风面上设置偏角调节装置3，通过偏角调节装置3调节上半段风叶11或下半段风叶12在竖向方向的俯仰角度，改变叶片的有效迎风面的面积，通过减小迎风面有效面积降低风轮的转速，从而保证风轮的正常运行。
所述风叶连接支架2包含在竖向方向上间距设置的上连接杆4和下连接杆5，所述上连接杆4、下连接杆5远离于风轮中心的自由端分别水平设置有转轴6，所述转轴6分别间距于上半段风叶11与下半段风叶12的相对端设置，即所述上半段风叶11的转轴间距于上半段风叶11的底端设置，所述下半段风叶12的转轴间距于下半段风叶的顶端设置，所述偏角调节装置3通过风叶连接支架2设置两转轴6之间，且所述偏角调节装置3包含驱动机构，所述驱动机构沿垂直于转轴6的轴线方向驱动上半段风叶11和下半段风叶12转动，从而改变风叶的有效受风面面积。
如附图3至附图8所示，所述驱动机构包括限位挡块17、固定支撑块18、弹性复位件13、导向杆14和离心活动件16，所述限位挡块17和固定支撑块18分别设置在导向杆14的两端上，所述导向杆14沿垂直于转轴6的方向设置于两转轴6之间，且所述离心活动件16套设并滑动设置在导向杆14上，所述离心活动件16为配重块，所述离心活动件16与固定支撑块18之间设置有弹性复位件13，所述固定支撑块18连接设置在风叶连接支架2上，所述弹性复位件13为套设在导向杆14上的弹簧，所述离心活动件16与限位挡块17设置在风叶1的背风面，且所述离心活动件16分别抵接接触于上半段风叶11和下半段风叶12；其中上半段风叶11和下半段风叶12的相对端开设有避空豁口27，以供导向杆14以及弹性复位件穿过，能增加离心活动件16的位移行程。
在风叶1慢速转动状态下，所述离心活动件16通过弹性复位件13的回弹力以及导向杆14的静摩擦力随动于导向杆14转动，所述离心活动件16与风叶1保持间距；
在风叶1高速转动状态下，所述离心活动件16相对于风轮中心离心运动，且所述离心活动件16在导向杆14上沿风轮转动的相反方向滑动位移，所述离心活动件16压缩弹性复位件13向上半段风叶11与下半段风叶12移动，并直至抵接于上半段风叶11与下半段风叶12的背面侧壁，并驱动上半段风叶11与下半段风叶12同时绕转轴6转动，所述风叶1的迎风面有效面积减小。且
上半段风叶11和下半段风叶12在迎风面受风的同时，迎风面的作用力以及弹性复位件均反向作用与风叶，抑制离心活动件16的离心运动，直至动态平衡，而当风速下降时，风轮的转速下降，离心活动件16的离心力减小，则在弹性复位件13和叶片迎风面的风阻作用，使得上半段风叶11和下半段风叶12的俯仰角度减小而逐渐复位，迎风面的有效面积增加，其无论是在高风速还是低风速的状态下，风轮均能稳定而且持续的进行转动，能够避免现有技术中采用制动装置进行刹车降速而导致的工作中断现象。
如附图5所示，还包括临界保持组件，所述临界保持组件设置在离心活动件16与限位挡块17之间，且所述临界保持组件保持风轮在慢速转动状态下的离心活动件16与限位挡块17的相对固定；当所述离心活动件16的离心力大于临界保持组件的保持作用力时，所述离心活动件16与所述限位挡块17分离。通过临界保持组件能够使得当风轮在转动过程时，且还在允许高速转动范围内的情况下，离心活动件16通过临界保持组件与限位挡块17保持相对固定，则风叶1的受风面面积仍为最大面积。所述临界保持组件包括设置在限位挡块17上的磁吸体19和设置在离心活动件16上的被磁吸体，且所述磁吸体19与被磁吸体相对设置，如磁吸体19为磁铁，所述被磁吸体为铁材质件或磁铁等。
如附图3所示，所述上半段风叶11、下半段风叶12各对应一组导向组件，所述导向组件导向上半段风叶11、下半段风叶12的偏转转动；所述导向组件包括转动拨杆8和导向板9，所述导向板9连接于风叶连接支架2上，所述导向板9上贯通开设有导向槽10，所述导向槽10的长度方向与导向杆14的导向方向同向，所述上半段风叶11、下半段风叶12上分别与对应的转动拨杆8的一端连接，且所述转动拨杆8的另一端是穿设在对应的导向槽10。通过导向组件能够有效地保证上半段风叶11、下半段风叶12转动的导向，且减小其在风力的作用下的晃动。
对应于上半段风叶11的导向组件为第一导向组件，所述第一导向组件包括第一导向板22和第一转动拨杆23，且所述第一转动拨杆23的一端设置在上半段风叶11上，且另一端向下方延伸设置，所述第一导向板22对应下半段风叶12设置在下接杆5上；对应于下半段风叶12的导向组件为第二导向组件，所述第二导向组件包括第二导向板24和第二转动拨杆25，且所述第二转动拨杆23的一端设置在下半段风叶12上，且另一端向上方延伸设置，所述第二导向板24对应上半段风叶11设置在上连接杆4上；
所述第一转动拨杆23与第二转动拨杆25错位设置，且第一转动拨杆23与第二转动拨杆25的转动平面保持间距，所述导向杆14穿设在第一转动拨杆23与第二转动拨杆25之间，且所述离心活动件16同时抵接并推动第一转动拨杆23和第二转动拨杆25。通过第一转动拨杆23与第二转动拨杆25能够有效的增加离心活动件16在离心运动作用下向风叶移动时对上半段风叶11和下半段风叶12的推开角度，增加风叶1受风面的可调范围。
所述离心活动件16上设置有连接板20，所述连接板20呈U型板体结构，且所述连接板20与离心活动件16之间形成上下的贯穿通槽26，所述第一转动拨杆23与第二转动拨杆25分别穿过所述贯通通槽26，所述弹性复位件13连接于连接板20与固定支撑块18之间。
一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备的降速方法，将风叶1沿中间分割成上半段风叶11和下半段风叶12，并将上半段风叶11和下半段风叶12均通过转轴6转动设置在叶片连接支架2上，并在叶片的背风面上设置偏角调节装置3，通过偏角调节装置3调节上半段风叶11或下半段风叶12在竖向方向的俯仰角度，改变叶片的有效迎风面的面积，通过减小迎风面有效面积降低风轮的转速。
进一步的，在上半段风叶11和下半段风叶12之间沿水平方向设置导向杆14，在导向杆上包含有通过弹性复位件13弹性位移的离心活动件16；
在风叶1慢速转动状态下，所述离心活动件16通过弹性复位件13的回弹力以及导向杆14的静摩擦力随动于导向杆14转动，所述离心活动件16与风叶1保持间距；
在风叶1高速转动状态下，所述离心活动件16相对于风轮中心离心运动，且所述离心活动件16在导向杆14上沿风轮转动的相反方向滑动位移，所述离心活动件16压缩弹性复位件13向上半段风叶11与下半段风叶12移动，并直至抵接于上半段风叶11与下半段风叶12的背面侧壁，并驱动上半段风叶11与下半段风叶12同时绕转轴6转动，所述风叶1的迎风面有效面积减小，且
上半段风叶11和下半段风叶12在迎风面受风的同时，迎风面的作用力以及弹性复位件均反向作用与风叶，抑制离心活动件16的离心运动，直至动态平衡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：包括风叶(1)、风叶连接支架(2)和偏角调节装置(3)，所述风叶(1)平行于转动轴线竖向设置，所述风叶(1)通过偏角调节装置(3)连接于风叶连接支架(2)上，所述风叶(1)包括分别转动设置在风叶连接支架(2)上的上半段风叶(11)和下半段风叶(12)，转动轴线为水平方向，所述偏角调节装置(3)对应上半段风叶(11)与下半段风叶(12)的相接处，且所述偏角调节装置(3)驱动上半段风叶(11)和下半段风叶(12)分别绕转动轴线在竖向面内偏转转动；转动后的风叶(1)的迎风面的有效面积减小。
2.根据权利要求1所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：所述风叶连接支架(2)包含间距设置的上连接杆(4)和下连接杆(5)，所述上连接杆(4)、下连接杆(5)远离于风轮中心的自由端分别设置有转轴(6)，所述转轴(6)分别间距于上半段风叶(11)与下半段风叶(12)的相对端设置，所述偏角调节装置(3)通过风叶连接支架(2)设置两转轴(6)之间，且所述偏角调节装置(3)包含驱动机构，所述驱动机构沿垂直于转轴(6)的轴线方向驱动上半段风叶(11)和下半段风叶(12)转动。
3.根据权利要求2所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：所述驱动机构包括限位挡块(17)、固定支撑块(18)、弹性复位件(13)、导向杆(14)和离心活动件(16)，所述限位挡块(17)和固定支撑块(18)分别设置在导向杆(14)的两端上，所述导向杆(14)沿垂直于转轴(6)的方向设置于两转轴(6)之间，且所述离心活动件(16)套设并滑动设置在导向杆(14)上，所述离心活动件(16)与固定支撑块(18)之间设置有弹性复位件(13)，所述离心活动件(16)与限位挡块(17)设置在风叶(1)的背风面，且所述离心活动件(16)分别抵接接触于上半段风叶(11)和下半段风叶(12)；
在风叶(1)慢速转动状态下，所述离心活动件(16)通过弹性复位件(13)的回弹力以及导向杆(14)的静摩擦力随动于导向杆(14)转动，所述离心活动件(16)与风叶(1)保持间距；
在风叶(1)高速转动状态下，所述离心活动件(16)相对于风轮中心离心运动，且所述离心活动件(16)在导向杆(14)上沿风轮转动的相反方向滑动位移，所述离心活动件(16)压缩弹性复位件(13)向上半段风叶(11)与下半段风叶(12)移动，并直至抵接于上半段风叶(11)与下半段风叶(12)的背面侧壁，并驱动上半段风叶(11)与下半段风叶(12)同时绕转轴(6)转动，所述风叶(1)的迎风面有效面积减小。
4.根据权利要求3所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：还包括临界保持组件，所述临界保持组件设置在离心活动件(16)与限位挡块(17)之间，且所述临界保持组件保持风轮在慢速转动状态下的离心活动件(16)与限位挡块(17)的相对固定；当所述离心活动件(16)的离心力大于临界保持组件的保持作用力时，所述离心活动件(16)与所述限位挡块(17)分离。
5.根据权利要求4所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：所述临界保持组件包括设置在限位挡块(17)上的磁吸体(19)和设置在离心活动件(16)上的被磁吸体，且所述磁吸体(19)与被磁吸体相对设置。
6.根据权利要求3所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：所述上半段风叶(11)、下半段风叶(12)各对应一组导向组件，所述导向组件导向上半段风叶(11)、下半段风叶(12)的偏转转动；所述导向组件包括转动拨杆(8)和导向板(9)，所述导向板(9)连接于风叶连接支架(2)上，所述导向板(9)上贯通开设有导向槽(10)，所述导向槽(10)的长度方向与导向杆(14)的导向方向同向，所述上半段风叶(11)、下半段风叶(12)上分别与对应的转动拨杆(8)的一端连接，且所述转动拨杆(8)的另一端是穿设在对应的导向槽(10)。
7.根据权利要求6所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：对应于上半段风叶(11)的导向组件为第一导向组件，所述第一导向组件包括第一导向板(22)和第一转动拨杆(23)，且所述第一转动拨杆(23)的一端设置在上半段风叶(11)上，且另一端向下方延伸设置，所述第一导向板(22)对应下半段风叶(12)设置在下接杆(5)上；对应于下半段风叶(12)的导向组件为第二导向组件，所述第二导向组件包括第二导向板(24)和第二转动拨杆(25)，且所述第二转动拨杆(23)的一端设置在下半段风叶(12)上，且另一端向上方延伸设置，所述第二导向板(24)对应上半段风叶(11)设置在上连接杆(4)上；
所述第一转动拨杆(23)与第二转动拨杆(25)错位设置，且第一转动拨杆(23)与第二转动拨杆(25)的转动平面保持间距，所述导向杆(14)穿设在第一转动拨杆(23)与第二转动拨杆(25)之间，且所述离心活动件(16)同时抵接并推动第一转动拨杆(23)和第二转动拨杆(25)。
8.根据权利要求7所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备，其特征在于：所述离心活动件(16)上设置有连接板(20)，所述连接板(20)呈U型板体结构，且所述连接板(20)与离心活动件(16)之间形成上下的贯穿通槽(26)，所述第一转动拨杆(23)与第二转动拨杆(25)分别穿过所述贯通通槽(26)，所述弹性复位件(13)连接于连接板(20)与固定支撑块(18)之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备的降速方法，其特征在于：将风叶(1)沿中间分割成上半段风叶(11)和下半段风叶(12)，并将上半段风叶(11)和下半段风叶(12)均通过转轴(6)转动设置在叶片连接支架(2)上，并在叶片的背风面上设置偏角调节装置(3)，通过偏角调节装置(3)调节上半段风叶(11)或下半段风叶(12)在竖向方向的俯仰角度，改变叶片的有效迎风面的面积，通过减小迎风面有效面积降低风轮的转速。
10.根据权利要求9所述的一种自动降速偏角调节的垂直式风力发电设备的降速方法，其特征在于：在上半段风叶(11)和下半段风叶(12)之间沿水平方向设置导向杆(14)，在导向杆上包含有通过弹性复位件(13)弹性位移的离心活动件(16)；
在风叶(1)慢速转动状态下，所述离心活动件(16)通过弹性复位件(13)的回弹力以及导向杆(14)的静摩擦力随动于导向杆(14)转动，所述离心活动件(16)与风叶(1)保持间距；
在风叶(1)高速转动状态下，所述离心活动件(16)相对于风轮中心离心运动，且所述离心活动件(16)在导向杆(14)上沿风轮转动的相反方向滑动位移，所述离心活动件(16)压缩弹性复位件(13)向上半段风叶(11)与下半段风叶(12)移动，并直至抵接于上半段风叶(11)与下半段风叶(12)的背面侧壁，并驱动上半段风叶(11)与下半段风叶(12)同时绕转轴(6)转动，所述风叶(1)的迎风面有效面积减小，且上半段风叶(11)和下半段风叶(12)在迎风面受风的同时，迎风面的作用力以及弹性复位件均反向作用与风叶，抑制离心活动件(16)的离心运动，直至动态平衡。
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