CN111535991A - 一种垂直轴风力发电机与工作方法 - Google Patents

一种垂直轴风力发电机与工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111535991A
CN111535991A CN202010295473.4A CN202010295473A CN111535991A CN 111535991 A CN111535991 A CN 111535991A CN 202010295473 A CN202010295473 A CN 202010295473A CN 111535991 A CN111535991 A CN 111535991A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind wheel
central shaft
darrieus
wheel central
rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010295473.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111535991B (zh
Inventor
段鸾芳
朱旭平
张玲
陈静
吴磊
罗乔
张红新
李路
张文波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
He Guohua
Liu Xiangfeng
Original Assignee
Nanjing Institute of Industry Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Industry Technology filed Critical Nanjing Institute of Industry Technology
Priority to CN202010295473.4A priority Critical patent/CN111535991B/zh
Publication of CN111535991A publication Critical patent/CN111535991A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111535991B publication Critical patent/CN111535991B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/064—Fixing wind engaging parts to rest of rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/212—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Darrieus type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/101—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F05B2270/1012—Purpose of the control system to control rotational speed (n) to prevent underspeed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种垂直轴风力发电机，包括法兰盘底座，所述法兰盘底座上安装有输入轴竖向朝上的发电机；所述发电机的上方通过若干固定支撑件同轴心固定设置有风轮座；所述风轮座上同轴心转动安装有竖向的风轮中心轴，所述风轮中心轴的四周呈圆周阵列分布有若干达里厄型竖向叶片，环境风能带动所述达里厄型竖向叶片使所述风轮中心轴沿轴线旋转，从而带动所述发电机运行；本发明的结构简单，在恶劣天气下，四片达里厄型竖向叶片更加接近风轮中心轴，从而降低了四片达里厄型竖向叶片的转矩，从而实现降低风轮中心轴的转速的目的，进而降低发电机的运行负荷。

Description

一种垂直轴风力发电机与工作方法
技术领域
本发明属于风力发电领域。
背景技术
遇到恶劣大风天气下的达里厄型风轮(垂直轴风轮)会在自然风的驱动下过速旋转，此时达里厄型风轮(垂直轴风轮)的旋转速度已经超出了发电机的运行负荷，若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具备失速保护的一种垂直轴风力发电机与工作方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种垂直轴风力发电机，包括法兰盘底座，所述法兰盘底座上安装有输入轴竖向朝上的发电机；所述发电机的上方通过若干固定支撑件同轴心固定设置有风轮座；所述风轮座上同轴心转动安装有竖向的风轮中心轴，所述风轮中心轴的四周呈圆周阵列分布有若干达里厄型竖向叶片，环境风能带动所述达里厄型竖向叶片使所述风轮中心轴沿轴线旋转，从而带动所述发电机运行。
进一步的，所述发电机为异步发电机或同步发电机。
进一步的，所述风轮中心轴的下端一体化同轴心连接有盘体，所述盘体的下端同轴心一体化设置有环形的轴承套；所述风轮座为上部开口的筒体，所述轴承套的外壁与所述风轮座的内壁通过第一滚珠轴承转动连接。
进一步的，所述风轮座的底部为同轴心的底座盘，所述底座盘的轴心处设置有轴承孔，所述发电机的输入轴通过若干第二滚珠轴承与所述轴承孔转动配合；所述风轮座的筒体围合范围内同轴心设置有旋转盘，所述输入轴的上端同轴心一体化连接所述旋转盘的下端；所述旋转盘的上表面沿轮廓边缘呈圆周阵列一体化设置有若干尖端朝上的第一齿体，相邻两第一齿体之间形成尖端朝下的第一齿沟；
所述风轮中心轴的下端外壁上固定安装有竖向的第一直线电机，所述第一直线电机的第一直线伸缩推杆竖向朝下；所述盘体上镂空有穿过孔，所述第一直线伸缩推杆穿过所述穿过孔，所述第一直线伸缩推杆的下端固定连接有尖端朝下的同步块，所述第一直线电机能通过所述第一直线伸缩推杆带动所述同步块向下插入相邻两第一齿体之间形成的第一齿沟中；所述同步块向下插入相邻两第一齿体之间形成的第一齿沟中时所述风轮中心轴与所述旋转盘同步旋转。
进一步的，旋转盘的外缘呈圆周阵列一体化分布若干第二齿体，各所述第二齿体的尖端沿旋转盘径向方向朝外，相邻两第二齿体之间形成尖端朝内的第二齿沟；所述风轮座的下部设置有缺口，所述缺口处通过支架固定安装有水平的第二直线电机，所述第二直线电机的机壳上固定安装有导孔座，还包括水平的制动杆，所述制动杆滑动穿过导孔座上的导向孔，所述制动杆靠近旋转盘的一端固定连接有尖端指向所述旋转盘圆心的制动块，所述制动杆做靠近旋转盘的运动能带动所述制动块插入相邻两第二齿体之间形成的第二齿沟中，从而使旋转盘制动；
所述第二直线电机的第二直线伸缩杆末端通过连接件固定连接所述制动杆远离所述制动块的一端。
进一步的，所述风轮中心轴的内部为上下贯通的空心通道；所述空心通道内同轴心设置有旋转杆体，所述空心通道的内壁固定安装有若干轴承座，若干轴承座通过第三滚珠轴承与所述旋转杆体转动配合；所述旋转杆体的下端通过连接轴同轴心固定连接所述旋转盘上端；所述旋转杆体的上端从所述空心通道上端开口穿出，所述风轮中心轴的上方同轴心设置有线盘，所述线盘的下端与所述旋转杆体的上端同轴心固定连接；所述旋转杆体、线盘和旋转盘同步旋转；
所述线盘包括同轴心间距设置的上线盘和下线盘，所述上线盘和下线盘之间通过同轴心的挠线轴同轴心固定连接；所述上线盘与下线盘之间形成挠线环槽；
所述风轮中心轴的上端外侧围合有方形环状的支撑台，所述支撑台通过支撑臂与所述风轮中心轴的外壁固定支撑连接；
所述支撑台四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件，四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片，每组所述叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆；每片达里厄型竖向叶片的左右部镂空设置有两横向的导孔，两横向的导孔与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆对应，两支撑导杆分别同轴心滑动穿过两所述导孔；所述达里厄型竖向叶片能沿所对应的支撑导杆的长度方向滑动；每根支撑导杆的末端均固定连接有直径大于导孔的球顶；每根支撑导杆的根部均固定连接在所述支撑台侧壁；风轮中心轴在旋转时达里厄型竖向叶片会在离心力作用下紧靠所述球顶；
还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳，四根所述水平失速保护线绳的一端均固定连接在所述挠线环槽上的挠线轴上，四根所述水平失速保护线绳的另一端均分别固定连接在四所述达里厄型竖向叶片靠近风轮中心轴的一侧。
进一步的，每两根并列水平的支撑导杆之间还平行设置有弹簧导杆，所述弹簧导杆的根部固定连接在所述支撑台侧壁；每片达里厄型竖向叶片上两导孔之间还设置有与弹簧导杆对应的导杆穿过孔，所述弹簧导杆的末端同轴心活动穿过所述导杆穿过孔；所述弹簧导杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别弹性顶压所述达里厄型竖向叶片和支撑台，弹簧对所述达里厄型竖向叶片始终有一个向远离风轮中心轴方向的弹性顶压力。
所述水平失速保护线绳25为直径大于0.8cm的尼龙纤维，抗拉力不小于1600千克。
进一步的，一种垂直轴风力发电机的工作方法：
在正常的环境风速下，第一直线电机通过第一直线伸缩推杆带动同步块向下插入相邻两第一齿体之间形成的第一齿沟中，此时在同步块的作用下，风轮中心轴与旋转盘为同步状态；与此同时第二直线电机通过第二直线伸缩杆带动制动杆和制动块做远离同步块的运动，使制动块与相邻两第二齿体之间形成的第二齿沟处于分离状态；此时环境风会带动各达里厄型竖向叶片，各达里厄型竖向叶片的转矩通过支撑导杆传递给风轮中心轴，从而使风轮中心轴沿轴线持续旋转，风轮中心轴的旋转通过同步块同步带动旋转盘旋转，进而旋转盘通过输入轴带动发电机内的机芯转子运行，从而持续发电；此时四片达里厄型竖向叶片均沿风轮中心轴轴线旋转而产生向外的离心力，从而使风轮中心轴在离心力作用下向外稳定紧靠支撑导杆末端的球顶，此状态下各达里厄型竖向叶片均处于离风轮中心轴最远的位置，各达里厄型竖向叶片对风轮中心轴的转矩最大，此状态下发电效率最高，在同等自然风强度下，此状态会带来风轮中心轴最快的转速，与此同时，此状态下设备的负荷也是最大的；
在突然遇到恶劣大风天气时，风轮中心轴会过速旋转，从而使旋转盘的旋转速度已经超出了发电机的运行负荷，若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险，此时立即控制第一直线伸缩推杆带动同步块向上运动，使同步块与相邻两第一齿体之间形成的第一齿沟分离，此时已经解除了风轮中心轴与旋转盘的同步状态，但此时旋转盘与旋转盘在惯性作用下还在进行保持原来的同步旋转状态；然后控制第二直线电机，使第二直线伸缩杆带动制动杆和制动块迅速做靠近同步块的运动，使制动块插入相邻两第二齿体之间形成的第二齿沟中，从而实现将旋转盘快速制动，此时旋转盘迅速停止转动，旋转盘的停止转动会造成线盘也瞬间停止转动；但是四个各达里厄型竖向叶片仍然会在惯性和环境风的作用下继续与风轮中心轴处于同步旋转状态，此时由于线盘的停止转动，而各达里厄型竖向叶片仍然在沿风轮中心轴旋转，这时四根水平失速保护线绳会在四片达里厄型竖向叶片的旋转带动下连续卷挠在挠线轴上，由于四根水平失速保护线绳卷挠在挠线轴上的过程中会变短，从而使四根水平失速保护线绳分别将四片达里厄型竖向叶片向靠近风轮中心轴的方向向内拉动，从而使四片达里厄型竖向叶片均逐渐做靠近风轮中心轴的运动，使四片达里厄型竖向叶片更加接近风轮中心轴，从而降低了四片达里厄型竖向叶片的转矩，从而实现降低风轮中心轴的转速的目的，进而降低发电机的运行负荷，当四片达里厄型竖向叶片距离风轮中心轴足够短时，四片达里厄型竖向叶片的转矩已经降低到可接受的范围，这时重新控制第二直线伸缩杆带动制动杆和制动块做远离同步块的运动，使制动块与相邻两第二齿体之间形成的第二齿沟处于分离状态，解除旋转盘的制动状态；随后控制第一直线伸缩推杆带动同步块向下瞬间插入相邻两第一齿体之间形成的第一齿沟中，此时在同步块的作用下，风轮中心轴与旋转盘重新恢复同步状态；这时由于四片达里厄型竖向叶片距离风轮中心轴足够短，传递到风轮中心轴上的转矩处于可接受范围，发电机的输入负荷正常，至此实现了恶劣大风天气的失速保护过程；
需要恢复到初始状态时，解除风轮中心轴与旋转盘的同步状态的基础上再解除旋转盘的制动状态，此时达里厄型竖向叶片会在弹簧的弹性顶压下制动恢复到离风轮中心轴最远的位置。
有益效果：本发明的结构简单，在恶劣天气下，四根水平失速保护线绳会在四片达里厄型竖向叶片的旋转带动下连续卷挠在挠线轴上，由于四根水平失速保护线绳卷挠在挠线轴上的过程中会变短，从而使四根水平失速保护线绳分别将四片达里厄型竖向叶片向靠近风轮中心轴的方向向内拉动，从而使四片达里厄型竖向叶片均逐渐做靠近风轮中心轴的运动，使四片达里厄型竖向叶片更加接近风轮中心轴，从而降低了四片达里厄型竖向叶片的转矩，从而实现降低风轮中心轴的转速的目的，进而降低发电机的运行负荷。
附图说明
附图1为本装置的整体结构示意图；
附图2为本装置的俯视图；
附图3为本装置的上部分结构示意图；
附图4为附图3的横剖结构示意图；
附图5为附图3的纵剖结构示意图；
附图6为风轮座的旋转盘处的横剖结构示意图；
附图7为风轮中心轴的下部分的同步块处的剖开示意图；
附图8为支撑台、支撑臂、风轮中心轴、支撑导杆；
附图9为四根失速保护线绳与四片达里厄型竖向叶片的连接示意图；
附图10为线盘与四根失速保护线绳连接示意图；
附图11为附图10的剖开结构示意图。
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至11所示的一种垂直轴风力发电机，包括法兰盘底座45，法兰盘底座45上安装有输入轴11竖向朝上的发电机12，本实施例的发电机12为异步发电机或同步发电机；发电机12的上方通过若干固定支撑件13同轴心固定设置有风轮座9；风轮座9上同轴心转动安装有竖向的风轮中心轴4，风轮中心轴4的四周呈圆周阵列分布有若干达里厄型竖向叶片28，环境风能带动达里厄型竖向叶片28使风轮中心轴4沿轴线旋转，从而带动发电机12运行。
风轮中心轴4的下端一体化同轴心连接有盘体6，盘体6的下端同轴心一体化设置有环形的轴承套8；风轮座9为上部开口的筒体，轴承套8的外壁与风轮座9的内壁通过第一滚珠轴承7转动连接。
风轮座9的底部为同轴心的底座盘10，底座盘10的轴心处设置有轴承孔110，发电机12的输入轴11通过若干第二滚珠轴承14与轴承孔110转动配合；风轮座9的筒体围合范围内同轴心设置有旋转盘15，输入轴11的上端同轴心一体化连接旋转盘15的下端；旋转盘15的上表面沿轮廓边缘呈圆周阵列一体化设置有若干尖端朝上的第一齿体81，相邻两第一齿体81之间形成尖端朝下的第一齿沟；
风轮中心轴4的下端外壁上固定安装有竖向的第一直线电机19，第一直线电机19的第一直线伸缩推杆18竖向朝下；盘体6上镂空有穿过孔17，第一直线伸缩推杆18穿过穿过孔17，第一直线伸缩推杆18的下端固定连接有尖端朝下的同步块16，第一直线电机19能通过第一直线伸缩推杆18带动同步块16向下插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中；同步块16向下插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中时风轮中心轴4与旋转盘15同步旋转。
旋转盘15的外缘呈圆周阵列一体化分布若干第二齿体32，各第二齿体32的尖端沿旋转盘15径向方向朝外，相邻两第二齿体32之间形成尖端朝内的第二齿沟；风轮座9的下部设置有缺口47，缺口47处通过支架33固定安装有水平的第二直线电机34，第二直线电机34的机壳上固定安装有导孔座35，还包括水平的制动杆38，制动杆38滑动穿过导孔座35上的导向孔39，制动杆38靠近旋转盘15的一端固定连接有尖端指向旋转盘15圆心的制动块40，制动杆38做靠近旋转盘15的运动能带动制动块40插入相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟中，从而使旋转盘15制动；
第二直线电机34的第二直线伸缩杆36末端通过连接件37固定连接制动杆38远离制动块40的一端。
风轮中心轴4的内部为上下贯通的空心通道20；空心通道20内同轴心设置有旋转杆体2，空心通道20的内壁固定安装有若干轴承座31，若干轴承座31通过第三滚珠轴承3与旋转杆体2转动配合；旋转杆体2的下端通过连接轴5同轴心固定连接旋转盘15上端；旋转杆体2的上端从空心通道20上端开口31穿出，风轮中心轴4的上方同轴心设置有线盘23，线盘23的下端与旋转杆体2的上端同轴心固定连接；旋转杆体2、线盘23和旋转盘15同步旋转；
线盘23包括同轴心间距设置的上线盘23.1和下线盘23.2，上线盘23.1和下线盘23.2之间通过同轴心的挠线轴23.3同轴心固定连接；上线盘23.1与下线盘23.2之间形成挠线环槽22；
风轮中心轴4的上端外侧围合有方形环状的支撑台24，支撑台24通过支撑臂1与风轮中心轴4的外壁固定支撑连接；
支撑台24四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件，四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片28，每组叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆29；每片达里厄型竖向叶片28的左右部镂空设置有两横向的导孔41，两横向的导孔41与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆29对应，两支撑导杆29分别同轴心滑动穿过两导孔41；达里厄型竖向叶片28能沿所对应的支撑导杆29的长度方向滑动；每根支撑导杆29的末端均固定连接有直径大于导孔41的球顶30；每根支撑导杆29的根部均固定连接在支撑台24侧壁；风轮中心轴4在旋转时达里厄型竖向叶片28会在离心力作用下紧靠球顶30；
还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳25，为了保证强度，本实施例的水平失速保护线绳25为直径大于0.8cm的尼龙纤维，抗拉力不小于1600千克，四根水平失速保护线绳25的一端均固定连接在挠线环槽22上的挠线轴23.3上，四根水平失速保护线绳25的另一端均分别固定连接在四达里厄型竖向叶片28靠近风轮中心轴4的一侧。
每两根并列水平的支撑导杆29之间还平行设置有弹簧导杆26，弹簧导杆26的根部固定连接在支撑台24侧壁；每片达里厄型竖向叶片28上两导孔41之间还设置有与弹簧导杆26对应的导杆穿过孔42，弹簧导杆26的末端同轴心活动穿过导杆穿过孔42；弹簧导杆26上套设有弹簧27，弹簧27的两端分别弹性顶压达里厄型竖向叶片28和支撑台24，弹簧27对达里厄型竖向叶片28始终有一个向远离风轮中心轴4方向的弹性顶压力。
垂直轴风力发电机的工作方法和主要工作原理如下：
在正常的环境风速下，第一直线电机19通过第一直线伸缩推杆18带动同步块16向下插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中，此时在同步块16的作用下，风轮中心轴4与旋转盘15为同步状态；与此同时第二直线电机34通过第二直线伸缩杆36带动制动杆38和制动块40做远离同步块16的运动，使制动块40与相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟处于分离状态；此时环境风会带动各达里厄型竖向叶片28，各达里厄型竖向叶片28的转矩通过支撑导杆29传递给风轮中心轴4，从而使风轮中心轴4沿轴线持续旋转，风轮中心轴4的旋转通过同步块16同步带动旋转盘15旋转，进而旋转盘15通过输入轴11带动发电机12内的机芯转子运行，从而持续发电；此时四片达里厄型竖向叶片28均沿风轮中心轴4轴线旋转而产生向外的离心力，从而使风轮中心轴4在离心力作用下向外稳定紧靠支撑导杆29末端的球顶30，此状态下各达里厄型竖向叶片28均处于离风轮中心轴4最远的位置，各达里厄型竖向叶片28对风轮中心轴4的转矩最大，此状态下发电效率最高，在同等自然风强度下，此状态会带来风轮中心轴4最快的转速，与此同时，此状态下设备的负荷也是最大的；
在突然遇到恶劣大风天气时，风轮中心轴4会过速旋转，从而使旋转盘15的旋转速度已经超出了发电机12的运行负荷，若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险，此时立即控制第一直线伸缩推杆18带动同步块16向上运动，使同步块16与相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟分离，此时已经解除了风轮中心轴4与旋转盘15的同步状态，但此时旋转盘15与旋转盘15在惯性作用下还在进行保持原来的同步旋转状态；然后控制第二直线电机34，使第二直线伸缩杆36带动制动杆38和制动块40迅速做靠近同步块16的运动，使制动块40插入相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟中，从而实现将旋转盘15快速制动，此时旋转盘15迅速停止转动，旋转盘15的停止转动会造成线盘23也瞬间停止转动；但是四个各达里厄型竖向叶片28仍然会在惯性和环境风的作用下继续与风轮中心轴4处于同步旋转状态，此时由于线盘23的停止转动，而各达里厄型竖向叶片28仍然在沿风轮中心轴4旋转，这时四根水平失速保护线绳25会在四片达里厄型竖向叶片28的旋转带动下连续卷挠在挠线轴23.3上，由于四根水平失速保护线绳25卷挠在挠线轴23.3上的过程中会变短，从而使四根水平失速保护线绳25分别将四片达里厄型竖向叶片28向靠近风轮中心轴4的方向向内拉动，从而使四片达里厄型竖向叶片28均逐渐做靠近风轮中心轴4的运动，使四片达里厄型竖向叶片28更加接近风轮中心轴4，从而降低了四片达里厄型竖向叶片28的转矩，从而实现降低风轮中心轴4的转速的目的，进而降低发电机12的运行负荷，当四片达里厄型竖向叶片28距离风轮中心轴4足够短时，四片达里厄型竖向叶片28的转矩已经降低到可接受的范围，这时重新控制第二直线伸缩杆36带动制动杆38和制动块40做远离同步块16的运动，使制动块40与相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟处于分离状态，解除旋转盘15的制动状态；随后控制第一直线伸缩推杆18带动同步块16向下瞬间插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中，此时在同步块16的作用下，风轮中心轴4与旋转盘15重新恢复同步状态；这时由于四片达里厄型竖向叶片28距离风轮中心轴4足够短，传递到风轮中心轴4上的转矩处于可接受范围，发电机12的输入负荷正常，至此实现了恶劣大风天气的失速保护过程；
需要恢复到初始状态时，解除风轮中心轴4与旋转盘15的同步状态的基础上再解除旋转盘15的制动状态，此时达里厄型竖向叶片28会在弹簧27的弹性顶压下制动恢复到离风轮中心轴4最远的位置。
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 (9)

1.一种垂直轴风力发电机，其特征在于：包括法兰盘底座(45)，所述法兰盘底座(45)上安装有输入轴(11)竖向朝上的发电机(12)；所述发电机(12)的上方通过若干固定支撑件(13)同轴心固定设置有风轮座(9)；所述风轮座(9)上同轴心转动安装有竖向的风轮中心轴(4)，所述风轮中心轴(4)的四周呈圆周阵列分布有若干达里厄型竖向叶片(28)，环境风能带动所述达里厄型竖向叶片(28)使所述风轮中心轴(4)沿轴线旋转，从而带动所述发电机(12)运行。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述发电机(12)为异步发电机或同步发电机。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风轮中心轴(4)的下端一体化同轴心连接有盘体(6)，所述盘体(6)的下端同轴心一体化设置有环形的轴承套(8)；所述风轮座(9)为上部开口的筒体，所述轴承套(8)的外壁与所述风轮座(9)的内壁通过第一滚珠轴承(7)转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风轮座(9)的底部为同轴心的底座盘(10)，所述底座盘(10)的轴心处设置有轴承孔(110)，所述发电机(12)的输入轴(11)通过若干第二滚珠轴承(14)与所述轴承孔(110)转动配合；所述风轮座(9)的筒体围合范围内同轴心设置有旋转盘(15)，所述输入轴(11)的上端同轴心一体化连接所述旋转盘(15)的下端；所述旋转盘(15)的上表面沿轮廓边缘呈圆周阵列一体化设置有若干尖端朝上的第一齿体(81)，相邻两第一齿体(81)之间形成尖端朝下的第一齿沟；
所述风轮中心轴(4)的下端外壁上固定安装有竖向的第一直线电机(19)，所述第一直线电机(19)的第一直线伸缩推杆(18)竖向朝下；所述盘体(6)上镂空有穿过孔(17)，所述第一直线伸缩推杆(18)穿过所述穿过孔(17)，所述第一直线伸缩推杆(18)的下端固定连接有尖端朝下的同步块(16)，所述第一直线电机(19)能通过所述第一直线伸缩推杆(18)带动所述同步块(16)向下插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中；所述同步块(16)向下插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中时所述风轮中心轴(4)与所述旋转盘(15)同步旋转。
5.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：旋转盘(15)的外缘呈圆周阵列一体化分布若干第二齿体(32)，各所述第二齿体(32)的尖端沿旋转盘(15)径向方向朝外，相邻两第二齿体(32)之间形成尖端朝内的第二齿沟；所述风轮座(9)的下部设置有缺口(47)，所述缺口(47)处通过支架(33)固定安装有水平的第二直线电机(34)，所述第二直线电机(34)的机壳上固定安装有导孔座(35)，还包括水平的制动杆(38)，所述制动杆(38)滑动穿过导孔座(35)上的导向孔(39)，所述制动杆(38)靠近旋转盘(15)的一端固定连接有尖端指向所述旋转盘(15)圆心的制动块(40)，所述制动杆(38)做靠近旋转盘(15)的运动能带动所述制动块(40)插入相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟中，从而使旋转盘(15)制动；
所述第二直线电机(34)的第二直线伸缩杆(36)末端通过连接件(37)固定连接所述制动杆(38)远离所述制动块(40)的一端。
6.根据权利要求5所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风轮中心轴(4)的内部为上下贯通的空心通道(20)；所述空心通道(20)内同轴心设置有旋转杆体(2)，所述空心通道(20)的内壁固定安装有若干轴承座(31)，若干轴承座(31)通过第三滚珠轴承(3)与所述旋转杆体(2)转动配合；所述旋转杆体(2)的下端通过连接轴(5)同轴心固定连接所述旋转盘(15)上端；所述旋转杆体(2)的上端从所述空心通道(20)上端开口(31)穿出，所述风轮中心轴(4)的上方同轴心设置有线盘(23)，所述线盘(23)的下端与所述旋转杆体(2)的上端同轴心固定连接；所述旋转杆体(2)、线盘(23)和旋转盘(15)同步旋转；
所述线盘(23)包括同轴心间距设置的上线盘(23.1)和下线盘(23.2)，所述上线盘(23.1)和下线盘(23.2)之间通过同轴心的挠线轴(23.3)同轴心固定连接；所述上线盘(23.1)与下线盘(23.2)之间形成挠线环槽(22)；
所述风轮中心轴(4)的上端外侧围合有方形环状的支撑台(24)，所述支撑台(24)通过支撑臂(1)与所述风轮中心轴(4)的外壁固定支撑连接；
所述支撑台(24)四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件，四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片(28)，每组所述叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆(29)；每片达里厄型竖向叶片(28)的左右部镂空设置有两横向的导孔(41)，两横向的导孔(41)与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆(29)对应，两支撑导杆(29)分别同轴心滑动穿过两所述导孔(41)；所述达里厄型竖向叶片(28)能沿所对应的支撑导杆(29)的长度方向滑动；每根支撑导杆(29)的末端均固定连接有直径大于导孔(41)的球顶(30)；每根支撑导杆(29)的根部均固定连接在所述支撑台(24)侧壁；风轮中心轴(4)在旋转时达里厄型竖向叶片(28)会在离心力作用下紧靠所述球顶(30)；
还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳(25)，四根所述水平失速保护线绳(25)的一端均固定连接在所述挠线环槽(22)上的挠线轴(23.3)上，四根所述水平失速保护线绳(25)的另一端均分别固定连接在四所述达里厄型竖向叶片(28)靠近风轮中心轴(4)的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：每两根并列水平的支撑导杆(29)之间还平行设置有弹簧导杆(26)，所述弹簧导杆(26)的根部固定连接在所述支撑台(24)侧壁；每片达里厄型竖向叶片(28)上两导孔(41)之间还设置有与弹簧导杆(26)对应的导杆穿过孔(42)，所述弹簧导杆(26)的末端同轴心活动穿过所述导杆穿过孔(42)；所述弹簧导杆(26)上套设有弹簧(27)，所述弹簧(27)的两端分别弹性顶压所述达里厄型竖向叶片(28)和支撑台(24)，弹簧(27)对所述达里厄型竖向叶片(28)始终有一个向远离风轮中心轴(4)方向的弹性顶压力。
8.根据权利要6所述的一种垂直轴风力发电机，其特征在于：所述水平失速保护线绳(25)为直径大于0.8cm的尼龙纤维，抗拉力不小于1600千克。
9.根据权利要求7所述的一种垂直轴风力发电机的工作方法，其特征在于：
在正常的环境风速下，第一直线电机(19)通过第一直线伸缩推杆(18)带动同步块(16)向下插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中，此时在同步块(16)的作用下，风轮中心轴(4)与旋转盘(15)为同步状态；与此同时第二直线电机(34)通过第二直线伸缩杆(36)带动制动杆(38)和制动块(40)做远离同步块(16)的运动，使制动块(40)与相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟处于分离状态；此时环境风会带动各达里厄型竖向叶片(28)，各达里厄型竖向叶片(28)的转矩通过支撑导杆(29)传递给风轮中心轴(4)，从而使风轮中心轴(4)沿轴线持续旋转，风轮中心轴(4)的旋转通过同步块(16)同步带动旋转盘(15)旋转，进而旋转盘(15)通过输入轴(11)带动发电机(12)内的机芯转子运行，从而持续发电；此时四片达里厄型竖向叶片(28)均沿风轮中心轴(4)轴线旋转而产生向外的离心力，从而使风轮中心轴(4)在离心力作用下向外稳定紧靠支撑导杆(29)末端的球顶(30)，此状态下各达里厄型竖向叶片(28)均处于离风轮中心轴(4)最远的位置，各达里厄型竖向叶片(28)对风轮中心轴(4)的转矩最大，此状态下发电效率最高，在同等自然风强度下，此状态会带来风轮中心轴(4)最快的转速，与此同时，此状态下设备的负荷也是最大的；
在突然遇到恶劣大风天气时，风轮中心轴(4)会过速旋转，从而使旋转盘(15)的旋转速度已经超出了发电机(12)的运行负荷，若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险，此时立即控制第一直线伸缩推杆(18)带动同步块(16)向上运动，使同步块(16)与相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟分离，此时已经解除了风轮中心轴(4)与旋转盘(15)的同步状态，但此时旋转盘(15)与旋转盘(15)在惯性作用下还在进行保持原来的同步旋转状态；然后控制第二直线电机(34)，使第二直线伸缩杆(36)带动制动杆(38)和制动块(40)迅速做靠近同步块(16)的运动，使制动块(40)插入相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟中，从而实现将旋转盘(15)快速制动，此时旋转盘(15)迅速停止转动，旋转盘(15)的停止转动会造成线盘(23)也瞬间停止转动；但是四个各达里厄型竖向叶片(28)仍然会在惯性和环境风的作用下继续与风轮中心轴(4)处于同步旋转状态，此时由于线盘(23)的停止转动，而各达里厄型竖向叶片(28)仍然在沿风轮中心轴(4)旋转，这时四根水平失速保护线绳(25)会在四片达里厄型竖向叶片(28)的旋转带动下连续卷挠在挠线轴(23.3)上，由于四根水平失速保护线绳(25)卷挠在挠线轴(23.3)上的过程中会变短，从而使四根水平失速保护线绳(25)分别将四片达里厄型竖向叶片(28)向靠近风轮中心轴(4)的方向向内拉动，从而使四片达里厄型竖向叶片(28)均逐渐做靠近风轮中心轴(4)的运动，使四片达里厄型竖向叶片(28)更加接近风轮中心轴(4)，从而降低了四片达里厄型竖向叶片(28)的转矩，从而实现降低风轮中心轴(4)的转速的目的，进而降低发电机(12)的运行负荷，当四片达里厄型竖向叶片(28)距离风轮中心轴(4)足够短时，四片达里厄型竖向叶片(28)的转矩已经降低到可接受的范围，这时重新控制第二直线伸缩杆(36)带动制动杆(38)和制动块(40)做远离同步块(16)的运动，使制动块(40)与相邻两第二齿体(32)之间形成的第二齿沟处于分离状态，解除旋转盘(15)的制动状态；随后控制第一直线伸缩推杆(18)带动同步块(16)向下瞬间插入相邻两第一齿体(81)之间形成的第一齿沟中，此时在同步块(16)的作用下，风轮中心轴(4)与旋转盘(15)重新恢复同步状态；这时由于四片达里厄型竖向叶片(28)距离风轮中心轴(4)足够短，传递到风轮中心轴(4)上的转矩处于可接受范围，发电机(12)的输入负荷正常，至此实现了恶劣大风天气的失速保护过程；
需要恢复到初始状态时，解除风轮中心轴(4)与旋转盘(15)的同步状态的基础上再解除旋转盘(15)的制动状态，此时达里厄型竖向叶片(28)会在弹簧(27)的弹性顶压下制动恢复到离风轮中心轴(4)最远的位置。
CN202010295473.4A 2020-04-15 2020-04-15 一种垂直轴风力发电机与工作方法 Active CN111535991B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010295473.4A CN111535991B (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种垂直轴风力发电机与工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010295473.4A CN111535991B (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种垂直轴风力发电机与工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111535991A true CN111535991A (zh) 2020-08-14
CN111535991B CN111535991B (zh) 2022-04-05

Family

ID=71976815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010295473.4A Active CN111535991B (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种垂直轴风力发电机与工作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111535991B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115110446A (zh) * 2022-07-19 2022-09-27 西南石油大学 一种高陡边坡危岩落石防护网系统
CN117351750A (zh) * 2023-10-08 2024-01-05 中山市鹰眼电子科技有限公司 一种交通信号控制装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011101615A1 (en) * 2010-02-16 2011-08-25 Philip Wesby Wind turbine
CN103277246A (zh) * 2013-06-14 2013-09-04 河海大学常州校区 一种共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机
CN103867397A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 盐城工业职业技术学院 一种可增速的垂直轴风力发电机
CN209510460U (zh) * 2019-01-25 2019-10-18 陈雄文 一种节能柴油发电机组
CN210106072U (zh) * 2019-06-27 2020-02-21 江苏乃尔风电技术开发有限公司 一种高效垂直轴风力发电机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011101615A1 (en) * 2010-02-16 2011-08-25 Philip Wesby Wind turbine
CN103277246A (zh) * 2013-06-14 2013-09-04 河海大学常州校区 一种共轴异向旋转的双风轮垂直轴风力发电机
CN103867397A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 盐城工业职业技术学院 一种可增速的垂直轴风力发电机
CN209510460U (zh) * 2019-01-25 2019-10-18 陈雄文 一种节能柴油发电机组
CN210106072U (zh) * 2019-06-27 2020-02-21 江苏乃尔风电技术开发有限公司 一种高效垂直轴风力发电机

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115110446A (zh) * 2022-07-19 2022-09-27 西南石油大学 一种高陡边坡危岩落石防护网系统
CN115110446B (zh) * 2022-07-19 2023-07-18 西南石油大学 一种高陡边坡危岩落石防护网系统
CN117351750A (zh) * 2023-10-08 2024-01-05 中山市鹰眼电子科技有限公司 一种交通信号控制装置
CN117351750B (zh) * 2023-10-08 2024-04-02 中山市鹰眼电子科技有限公司 一种交通信号控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111535991B (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111535991B (zh) 一种垂直轴风力发电机与工作方法
CN104763587B (zh) 一种新型风力机联动变桨系统
US4110631A (en) Wind-driven generator
CN104912742A (zh) 一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机
CN111765044B (zh) 一种用于风力发电机的过速保护装置
JP4982733B2 (ja) 空力的調速機構を備える縦軸型直線翼風車
CN204677370U (zh) 一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机
KR101190713B1 (ko) 풍력발전장치
US20180291869A1 (en) Vertical Axis Wind Turbine
CN212615157U (zh) 垂直轴风力发电机的失速保护系统
CN105736237A (zh) 一种迎风调节的风力发电装置及其使用方法
CN104912734A (zh) 一种可防失速的垂直轴风力机
CN101852184A (zh) 中小型变桨距风力发电机
CN115750207B (zh) 一种风电机组防超速偏航提升装置
CN211202200U (zh) 一种风力发电机用制动装置
RU2205292C1 (ru) Ветроэнергетическая установка
KR102038023B1 (ko) 멀티형 풍력 발전기
CN110778458A (zh) 具有防超速功能的风力驱动空压机
CN212615158U (zh) 达里厄型风力发电机的过速保护机构
CN111535992B (zh) 一种达里厄型风力发电机与工作方法
CN201461248U (zh) 悬索多叶风轮式风力发电装置
CN201568234U (zh) 风电机组主轴结构及风电机组
CN221856899U (zh) 垂直轴风力发电机的传动装置
CN216111106U (zh) 一种用于风力发电的温度过载保护装置
CN113969863B (zh) 一种风力发电机的偏航缓震安全系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 210000 No.1, Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee after: Nanjing Vocational University of Industry Technology

Address before: 210000 No.1, Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee before: NANJING INSTITUTE OF INDUSTRY TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231219

Address after: 230000 floor 1, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: Dragon totem Technology (Hefei) Co.,Ltd.

Address before: 210000 No.1, Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee before: Nanjing Vocational University of Industry Technology

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240914

Address after: 602, No.17 Huoxing Street, Qilihe District, Lanzhou City, Gansu Province, China 730000

Patentee after: Liu Xiangfeng

Country or region after: China

Patentee after: He Guohua

Address before: 230000 floor 1, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province

Patentee before: Dragon totem Technology (Hefei) Co.,Ltd.

Country or region before: China