CN111622895B - 一种方向可变的风力发电装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方向可变的风力发电装置及其工作方法，属于风力发电技术领域，一种方向可变的风力发电装置及其工作方法，包括安装底座，安装底座内部连接有控制器，安装底座上端固定连接有支撑柱，支撑柱上端开凿有固定槽，固定槽内底端固定连接有旋转电动机，旋转电动机与控制器电性连接，可以通过风速传感器的设置能够实时的监测到风叶片方向的风速值大小，并能够通过控制器及时的控制旋转电动机带动发动机座旋转，使风叶片所处的方向风能转化值较高，提高发电效率，且在冬季寒冷季节时，通过导热液和电热片的轮换配合使用，使风叶片表面不易结冰的同时，还能降低因电热片的使用而产生的能耗。

Description

一种方向可变的风力发电装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种方向可变的风力发电装置及其工作方法。

背景技术

风力发电是目前使用的新能源之一，风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的的可再生能源能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大。把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

由于风力发电装置在使用时均是固定呈一个方向，因风向的不同，风叶不能根据风向进行调节，当风吹向扇叶时风能转化为动能的效率较低，导致风力发电设备的发电效率降低，从而浪费大量的风能，且风力发电装置在自然环境中运行，在冬季雨雪天气中，叶片表面会出现结冰，叶片表面结冰后，气动外形会发生改变，导致发电效率降低，同时增加叶片及机组载荷，结冰量较大时，甚至需要停机来保证叶片及机组安全，减少机组发电量和收益。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种方向可变的风力发电装置及其工作方法，它可以通过风速传感器的设置能够实时的监测到风叶片方向的风速值大小，并能够通过控制器及时的控制旋转电动机带动发动机座旋转，使风叶片所处的方向风能转化值较高，提高发电效率，且在冬季寒冷季节时，通过导热液和电热片的轮换配合使用，使风叶片表面不易结冰的同时，还能降低因电热片的使用而产生的能耗。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种方向可变的风力发电装置，包括安装底座，所述安装底座内部连接有控制器，所述安装底座上端固定连接有支撑柱，所述支撑柱上端开凿有固定槽，所述固定槽内底端固定连接有旋转电动机，所述旋转电动机与控制器电性连接，所述旋转电动机的输出端固定连接有发电机座，所述发电机座上端安装有风速传感器，所述风速传感器与控制器电性连接，所述发电机座左端转动连接有多个风叶片，所述风叶片表面开凿有安装孔，所述安装孔内卡接有密封板，所述风叶片内部开凿有发热腔，所述发热腔与安装孔相连通，所述发热腔上下两内壁和密封板位于风叶片内的表面均固定连接有导热层，所述发热腔内部放置有多个透明包裹层，所述透明包裹层位于两个导热层之间，所述透明包裹层内填充有导热液，可以通过风速传感器的设置能够实时的监测到风叶片方向的风速值大小，并能够通过控制器及时的控制旋转电动机带动发动机座旋转，使风叶片所处的方向风能转化值较高，提高发电效率，且在冬季寒冷季节时，通过导热液和电热片的轮换配合使用，使风叶片表面不易结冰的同时，还能降低因电热片的使用而产生的能耗。

进一步的，上下两个所述导热层相互靠近的一端均固定连接有保温层，所述透明包裹层位于两个保温层之间且与保温层相接触，太阳天气时，太阳光照射的温度透过风叶片传递给导热层，从而使得导热液发热，保温层的设置使得导热液的热量维持时间更长久。

进一步的，所述发热腔左右两内壁均固定连接有隔温层，所述隔温层位于两个保温层之间且与保温层相接触，当下雪天气时，隔温层的设置使得风叶片上的冷气不易传递到发热腔内，进而不易使导热液的热量降低。

进一步的，所述透明包裹层左右两外端均系有限位绳，每相邻的两个所述限位绳相连接，位于最左侧和最右侧的所述限位绳与发热腔内壁相粘接，使透明包裹层在发热腔内位置固定，从而使风叶片在风力作用下转动过程中，透明包裹层不易因重力作用而全部堆积在一起，使得透明包裹层和导热液对风叶片加热不均匀。

进一步的，所述限位绳外端涂设有耐高温涂层，使限位绳不易在导热液长期的温度影响作用下而产生熔断的可能性。

进一步的，位于下侧的所述保温层表面固定连接有温度传感器和两个对称的电热片，所述温度传感器位于两个电热片之间，所述电热片和温度传感器均与控制器电性连接，冬季未有太阳出现时，导热液失去了热量来源，当温度传感器检测到发热腔内温度较低时，将信号反馈至控制器，控制器控制电热片启动，使发热腔内温度升高，同时导热液的温度也随之升高，对风叶片上凝结的冰雪进行融化。

进一步的，所述风叶片的壁厚为风叶片高度的1/5-1/4，使风叶片内壁不易因较厚而影响外界的热量与导热液之间的传递，提高热量传递效率。

进一步的，所述透明包裹层由表面涂设有复合陶瓷高温防腐涂料的导热材料制成，当导热液温度升高时，使得透明包裹层不易受导热液的温度影响而有所损坏，提高透明包裹层的使用寿命，所述密封板由导热材料制成，进一步提高外界热量传递至导热液的效率。

进一步的，所述密封板表面开凿有定位孔，所述定位孔内嵌设有透明板，冬季导热液使用较长时间后，工作人员可通过透明板观察导热液的消耗情况，便于及时更换新的导热液。

一种方向可变的风力发电装置，其工作方法为：

S1、通过风速传感器检测出一个最大风速值和最小风速值，并取两者的差值做平均数，得到均风速值；

S2、使用过程中风速传感器将检测的风速值传递给控制器，控制器将风速值与均风速值进行比较；

S31、当风速值远远大于或远远小于均风速值时，并且持续时间超过5min，控制器控制旋转电动机启动，旋转电动机带动发电机座转动，从而发电机座带动风叶片和风速传感器转动；

S32、当风速值在均风速值的±0.5m/s范围内波动时，控制器控制旋转电动机停止转动。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以通过风速传感器的设置能够实时的监测到风叶片方向的风速值大小，并能够通过控制器及时的控制旋转电动机带动发动机座旋转，使风叶片所处的方向风能转化值较高，提高发电效率，且在冬季寒冷季节时，通过导热液和电热片的轮换配合使用，使风叶片表面不易结冰的同时，还能降低因电热片的使用而产生的能耗。

（2）上下两个导热层相互靠近的一端均固定连接有保温层，透明包裹层位于两个保温层之间且与保温层相接触，太阳天气时，太阳光照射的温度透过风叶片传递给导热层，从而使得导热液发热，保温层的设置使得导热液的热量维持时间更长久。

（3）发热腔左右两内壁均固定连接有隔温层，隔温层位于两个保温层之间且与保温层相接触，当下雪天气时，隔温层的设置使得风叶片上的冷气不易传递到发热腔内，进而不易使导热液的热量降低。

（4）透明包裹层左右两外端均系有限位绳，每相邻的两个限位绳相连接，位于最左侧和最右侧的限位绳与发热腔内壁相粘接，使透明包裹层在发热腔内位置固定，从而使风叶片在风力作用下转动过程中，透明包裹层不易因重力作用而全部堆积在一起，使得透明包裹层和导热液对风叶片加热不均匀。

（5）限位绳外端涂设有耐高温涂层，使限位绳不易在导热液长期的温度影响作用下而产生熔断的可能性。

（6）位于下侧的保温层表面固定连接有温度传感器和两个对称的电热片，温度传感器位于两个电热片之间，电热片和温度传感器均与控制器电性连接，冬季未有太阳出现时，导热液失去了热量来源，当温度传感器检测到发热腔内温度较低时，将信号反馈至控制器，控制器控制电热片启动，使发热腔内温度升高，同时导热液的温度也随之升高，对风叶片上凝结的冰雪进行融化。

（7）风叶片的壁厚为风叶片高度的1/5-1/4，使风叶片内壁不易因较厚而影响外界的热量与导热液之间的传递，提高热量传递效率。

（8）透明包裹层由表面涂设有复合陶瓷高温防腐涂料的导热材料制成，当导热液温度升高时，使得透明包裹层不易受导热液的温度影响而有所损坏，提高透明包裹层的使用寿命，密封板由导热材料制成，进一步提高外界热量传递至导热液的效率。

（9）密封板表面开凿有定位孔，定位孔内嵌设有透明板，冬季导热液使用较长时间后，工作人员可通过透明板观察导热液的消耗情况，便于及时更换新的导热液。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的正面结构示意图；

图3为本发明的风叶片部分的剖面结构示意图；

图4为本发明的保温层、隔温层、限位绳、温度传感器和电热片部分的结构示意图；

图5为本发明的风叶片部分的侧面结构示意图；

图6为本发明的电原理流程图。

图中标号说明：

1安装底座、2支撑柱、21固定槽、22旋转电动机、31风叶片、32发热腔、33导热层、34透明包裹层、35导热液、36保温层、37隔温层、38限位绳、4发电机座、51密封板、52透明板、6温度传感器、7电热片、8风速传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1、图2和图6，一种方向可变的风力发电装置，包括安装底座1，安装底座1内部连接有控制器，安装底座1上端固定连接有支撑柱2，支撑柱2上端开凿有固定槽21，固定槽21内底端固定连接有旋转电动机22，旋转电动机22与控制器电性连接，旋转电动机22的输出端固定连接有发电机座4，发电机座4上端安装有风速传感器8，风速传感器8与控制器电性连接，发电机座4左端转动连接有多个风叶片31，风叶片31的壁厚为风叶片31高度的1/4，使风叶片31内壁不易因较厚而影响外界的热量与导热液35之间的传递，提高热量传递效率。

请参阅图3和图5，风叶片31表面开凿有安装孔，安装孔内卡接有密封板51，密封板51由导热材料制成，进一步提高外界热量传递至导热液35的效率，密封板51表面开凿有定位孔，定位孔内嵌设有透明板52，冬季导热液35使用较长时间后，工作人员可通过透明板52观察导热液35的消耗情况，便于及时更换新的导热液35。

夏季或春秋季节外界温度较高时，工作人员可通过打开密封板51来将透明包裹层34从发热腔32内取出，使导热液35不易对风叶片31的使用造成影响。

风叶片31内部开凿有发热腔32，发热腔32与安装孔相连通，发热腔32上下两内壁和密封板51位于风叶片31内的表面均固定连接有导热层33，发热腔32内部放置有多个透明包裹层34，透明包裹层34由表面涂设有复合陶瓷高温防腐涂料的导热材料制成，当导热液35温度升高时，使得透明包裹层34不易受导热液35的温度影响而有所损坏，提高透明包裹层34的使用寿命，透明包裹层34位于两个导热层33之间，透明包裹层34内填充有导热液35。

请参阅图4，上下两个导热层33相互靠近的一端均固定连接有保温层36，透明包裹层34位于两个保温层36之间且与保温层36相接触，太阳天气时，太阳光照射的温度透过风叶片31传递给导热层33，从而使得导热液35发热，保温层36的设置使得导热液35的热量维持时间更长久，发热腔32左右两内壁均固定连接有隔温层37，隔温层37位于两个保温层36之间且与保温层36相接触，当下雪天气时，隔温层37的设置使得风叶片31上的冷气不易传递到发热腔32内，进而不易使导热液35的热量降低，透明包裹层34左右两外端均系有限位绳38，每相邻的两个限位绳38相连接，位于最左侧和最右侧的限位绳38与发热腔32内壁相粘接，使透明包裹层34在发热腔32内位置固定，从而使风叶片31在风力作用下转动过程中，透明包裹层34不易因重力作用而全部堆积在一起，使得透明包裹层34和导热液35对风叶片31加热不均匀，限位绳38外端涂设有耐高温涂层，使限位绳38不易在导热液35长期的温度影响作用下而产生熔断的可能性。

请参阅图4，位于下侧的保温层36表面固定连接有温度传感器6和两个对称的电热片7，温度传感器6位于两个电热片7之间，电热片7和温度传感器6均与控制器电性连接，冬季未有太阳出现时，导热液35失去了热量来源，当温度传感器6检测到发热腔32内温度较低时，将信号反馈至控制器，控制器控制电热片7启动，使发热腔32内温度升高，同时导热液35的温度也随之升高，对风叶片31上凝结的冰雪进行融化。

一种方向可变的风力发电装置，其工作方法为：

S1、通过风速传感器8检测出一个最大风速值和最小风速值，并取两者的差值做平均数，得到均风速值；

S2、使用过程中风速传感器8将检测的风速值传递给控制器，控制器将风速值与均风速值进行比较；

S31、当风速值远远大于或远远小于均风速值时，并且持续时间超过5min，控制器控制旋转电动机22启动，旋转电动机22带动发电机座4转动，从而发电机座4带动风叶片31和风速传感器8转动；

S32、当风速值在均风速值的±0.5m/s范围内波动时，控制器控制旋转电动机22停止转动。

冬季太阳天气时，在太阳照射下风叶片31和密封板51均具有一定的温度，风叶片31和密封板51将温度传递至发热腔32内的导热层33上，导热层33再将热量传递至透明包裹层34，导热液35在外界温度的作用下开始发热，该热量在保温层36的作用下能够保持较长时间，当夜晚温差较大而使风叶片31表面开始结冰时，导热液35的热量开始传递至风叶片31表面，使得风叶片31表面不易结冰，从而减少风叶片31转动过程中的重力阻碍。

当阴天天气时，导热液35失去热量来源，无法进行风叶片31表面的除冰工作，工作人员可预先设定发热腔32内所需要的合适温度，并存储在控制器内，当温度传感器6检测到发热腔32内温度低于合适温度时，将信号传递至控制器，控制器启动电热片7，通过电热片7来使发热腔32内温度升高，发热腔32内温度升高的同时，导热液35的温度也在升高，双重温度作用下使得风叶片31表面更不易结冰。

可以通过风速传感器8的设置能够实时的监测到风叶片31方向的风速值大小，并能够通过控制器及时的控制旋转电动机22带动发动机座旋转，使风叶片31所处的方向风能转化值较高，提高发电效率，且在冬季寒冷季节时，通过导热液35和电热片7的轮换配合使用，使风叶片31表面不易结冰的同时，还能降低因电热片7的使用而产生的能耗。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种方向可变的风力发电装置，包括安装底座（1），其特征在于：所述安装底座（1）内部连接有控制器，所述安装底座（1）上端固定连接有支撑柱（2），所述支撑柱（2）上端开凿有固定槽（21），所述固定槽（21）内底端固定连接有旋转电动机（22），所述旋转电动机（22）与控制器电性连接，所述旋转电动机（22）的输出端固定连接有发电机座（4），所述发电机座（4）上端安装有风速传感器（8），所述风速传感器（8）与控制器电性连接，所述发电机座（4）左端转动连接有多个风叶片（31），所述风叶片（31）表面开凿有安装孔，所述安装孔内卡接有密封板（51），所述风叶片（31）内部开凿有发热腔（32），所述发热腔（32）与安装孔相连通，所述发热腔（32）上下两内壁和密封板（51）位于风叶片（31）内的表面均固定连接有导热层（33），所述发热腔（32）内部放置有多个透明包裹层（34），所述透明包裹层（34）位于两个导热层（33）之间，所述透明包裹层（34）内填充有导热液（35）；

所述透明包裹层（34）左右两外端均系有限位绳（38），每相邻的两个所述限位绳（38）相连接，位于最左侧和最右侧的所述限位绳（38）与发热腔（32）内壁相粘接；

其工作方法为：

S1、通过风速传感器（8）检测出一个最大风速值和最小风速值，并取两者的差值做平均数，得到均风速值；

S2、使用过程中风速传感器（8）将检测的风速值传递给控制器，控制器将风速值与均风速值进行比较；

S31、当风速值远远大于或远远小于均风速值时，并且持续时间超过5min，控制器控制旋转电动机（22）启动，旋转电动机（22）带动发电机座（4）转动，从而发电机座（4）带动风叶片（31）和风速传感器（8）转动；

S32、当风速值在均风速值的±0.5m/s范围内波动时，控制器控制旋转电动机（22）停止转动。

2.根据权利要求1所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：上下两个所述导热层（33）相互靠近的一端均固定连接有保温层（36），所述透明包裹层（34）位于两个保温层（36）之间且与保温层（36）相接触。

3.根据权利要求2所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：所述发热腔（32）左右两内壁均固定连接有隔温层（37），所述隔温层（37）位于两个保温层（36）之间且与保温层（36）相接触。

4.根据权利要求1所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：所述限位绳（38）外端涂设有耐高温涂层。

5.根据权利要求3所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：位于下侧的所述保温层（36）表面固定连接有温度传感器（6）和两个对称的电热片（7），所述温度传感器（6）位于两个电热片（7）之间，所述电热片（7）和温度传感器（6）均与控制器电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：所述风叶片（31）的壁厚为风叶片（31）高度的1/5-1/4。

7.根据权利要求1所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：所述透明包裹层（34）由表面涂设有复合陶瓷高温防腐涂料的导热材料制成，所述密封板（51）由导热材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种方向可变的风力发电装置，其特征在于：所述密封板（51）表面开凿有定位孔，所述定位孔内嵌设有透明板（52）。

Images