CN114412714B - 风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电装置，包括：包括主轴、上下间隔安装于所述主轴上的至少一个发电单元、与发电单元一一对应的聚风单元；传动组件，用于驱动所述聚风筒沿所述发电单元周向转动；风速传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风速信号；风向传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风向信号；控制器，用于接收风速信号，所述控制器判断当前风速是否小于预定最小风速，若否，接收风向信号并判断当前风速是否小于预定最大风速，若是，控制传动组件带动聚风筒位于向风处，若否，控制传动组件带动聚风筒位于背风处。本发明具有提高垂直轴风力发电装置运行效率低的有益效果。

Description

风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种风力发电装置。
背景技术
风力发电设备是将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置，按风轮轴的位置不同可分为水平轴风力发电装置和垂直轴风力发电装置，其中，水平轴风力发电装置包括配合机舱安装的风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置等、以及用于举起机舱的塔架，使用时，通过风向传感器测得风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动塔架上的机舱对着风向，以保持风轮旋转发电，存在为满足转向导致的结构复杂的问题，而垂直轴风力发电装置则不存在该问题，且垂直轴风力发电装置的齿轮箱设于底部，重心低，不仅稳定且维护方便。但是现有的垂直轴风力发电装置在使用过程中普遍存在低风速条件下，自启动性困难，导致运行效率低的问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种风力发电装置，能够提高风力发电装置的自启动效果，及发电单元的运行效率。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种风力发电装置，包括主轴、上下间隔安装于所述主轴上的至少一个发电单元、与发电单元一一对应的聚风单元，每个聚风单元包括：
聚风筒，其竖直设于所述发电单元外周，所述聚风筒的横截面呈两端开口的喇叭状，所述聚风筒的小端开口设置为可垂直朝向发电单元的叶片送风；
传动组件，其与所述聚风筒连接，用于驱动所述聚风筒沿所述发电单元周向转动；
风速传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风速信号；
风向传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风向信号；
控制器，其与所述风速传感器、风向传感器、传动组件连接，用于接收风速信号，所述控制器判断当前风速是否小于预定最小风速，若否，接收风向信号并判断当前风速是否小于预定最大风速，若是，控制传动组件带动聚风筒位于向风处，若否，控制传动组件带动聚风筒位于背风处。
优选的是，还包括支撑设于每个发电单元上方和下方的固定座，其中：
所述传动组件包括一对传动机构，一对传动机构分别设于一对固定座的相对端面，每个传动组件包括固设于所述固定座端面的圆环状的传动梁、与所述传动梁内侧壁同轴且可转动连接的圆环状的轴承，所述聚风筒的顶端、底端分别与一对轴承固接，至少一个传动梁的外周面具有连续轮齿，与该传动梁啮合设有齿轮，用于带动所述齿轮转动设有转动电机，所述转动电机固接于所述聚风筒的端面，所述控制器与所述转动电机连接，用于控制所述转动电机转动以驱动所述聚风筒沿所述发电单元周向转动。
优选的是，所述发电单元为2个，相邻发电单元间共用相邻的固定座。
优选的是，两个传动梁的外周面均具有连续齿轮。
优选的是，所述聚风筒的大端开口的横截面为弧形。
优选的是，所述聚风筒的大端开口内沿其弧形延伸方向间隔设置多个导风板，所述导风板沿所述大端开口径向设置。
优选的是，还包括：聚风架，其罩设于所述聚风筒外周，且不封闭所述聚风筒的大端开口和小端开口，所述聚风架位于小端开口两侧侧壁中的其中一个沿所述发电单元径向设置，另一个为以主轴为中心轴的弧形板。
优选的是，所述发电单元的叶片凹陷具有沿竖直方向设置的条状凹槽，当所述聚风筒的小端开口垂直朝向叶片的送风时，所述条状凹槽用于承接送风。
优选的是，还包括：与每个发电单元一一对应的调速组件，所述调速组件包括支撑设于固定座的伸缩电机、设于所述伸缩电机输出端的阻力块，所述阻力块靠近/远离所述发电单元的轮毂设置，所述控制器与所述伸缩电机连接，当判断当前风速大于报警风速时，控制伸缩电机带动阻力块摩擦抵设于对应轮毂。
优选的是，所述发电单元的叶片上扭簧设置有开/关孔，当阻力块摩擦抵设于对应轮毂，且摩擦阻力大于预定值时，所述开/关孔开启。
本发明至少包括以下有益效果：
通过聚风筒的设置，能够有效降低垂直轴风力发电装置的预定最小风速，提高风力发电装置的自启动效果，且在风机未满负荷发电前，能够提高发电单元的运行效率，进一步，当风速为高风速，控制传动组件工作使所述聚风筒位于背风处，不影响风力发电装置对风的利用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的其中一种技术方案所述风力发电装置的结构示意图；
图2为本发明的其中一种技术方案所述风力发电装置的结构示意图；
图3为本发明的其中一种技术方案所述聚风筒和聚风架的结构示意图；
图4为本发明的其中一种技术方案所述聚风筒的结构示意图；
图5为本发明的其中一种技术方案所述传动组件的结构示意图；
图6为本发明的其中一种技术方案所述发电单元和聚风筒的结构示意图；
图7为本发明的其中一种技术方案所述发电单元和聚风筒的结构示意图。
附图标记具体为：主轴1；发电单元2；叶片20；轮毂21；聚风筒3；大端开口30；小端开口31；导风板32；聚风架4；传动梁5；齿轮50；轴承6；转动电机7；固定座8；伸缩电机9；阻力块90。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示，本发明提供一种风力发电装置，包括主轴1、上下间隔安装于所述主轴1上的至少一个发电单元2、与发电单元2一一对应的聚风单元，每个聚风单元包括：
聚风筒3，其竖直设于所述发电单元2外周，并可延所述发电单元2外周周向转动，即所述聚风筒3的设置不影响所述发电单元2的使用，所述聚风筒3的水平横截面呈两端开口的喇叭状，所述聚风筒3的小端开口31设置为可垂直朝向发电单元2的叶片20送风，所述聚风筒3小端开口31沿竖直方向的长度设置为不短于所述发电单元2在竖直方向长度的2-5cm，优选的所述聚风筒3在高度方向的中心点与叶片20在高度方向的中心点共平面，当所述聚风筒3定位在任意位置不动时，叶片20转动至一个角度使该叶片20的侧面与送风方向垂直；
传动组件，其与所述聚风筒3连接，用于驱动所述聚风筒3沿所述发电单元2周向转动；
风速传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风速信号；
风向传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风向信号；
控制器，其与所述风速传感器、风向传感器、传动组件连接，用于接收风速信号，所述控制器判断当前风速是否小于预定最小风速，若否，接收风向信号并判断当前风速是否小于预定最大风速，若是，控制传动组件带动聚风筒3位于背风处，若否，控制传动组件带动聚风筒3位于向风处。
在上述技术方案中，所述风力发电装置为垂直轴风力发电装置，其在风向改变时无需对风，包括竖直设置的主轴1、与所述主轴1配套安装的至少一个发电单元2，当所述发电单元2为两个及以上时，两个及以上的发电单元2上下间隔安装，所述发电单元2为风叶机构，具体每个发电单元2包括风叶、用于将风叶可转动设于所述主轴1上的轮毂21，设于主轴1下部且通过所述风叶转动发电的发电机，与每一发电单元2对应设置有一聚风单元，对于对应的风力发电装置，所述预定最小风速为：小于所述预定最小风速时，即使配合使控制传动组件带动聚风筒3位于向风处，也不能够实现启动发电单元2工作，当大于或者等于最小预定风速时，配合飓风筒的设置，能够实现启动发电单元2工作；所述预定最大风速为：小于所述预定最大风速时，配合使控制传动组件带动聚风筒3位于向风处，能够实现增强发电单元2工作效率，当大于或者等于最大预定风速时，如何配合聚风筒3向风设置，使发电单元2转速超过额定上线，故而配合飓风筒背风设置，实现对高风速的适应性；使用过程中，以双馈垂直轴风力发电机为例，在其中一具体实施方式中，设定预定最小风速为2.1m/s、预定最大风速为8.2m/s，当控制器接收风速信号小于预定最小风速，控制器不启动传动组件工作；当所述控制器判断当前风速大于或者等于预定最小风速且小于预定最大风速时，控制传动组件工作使所述聚风筒3位于向风处，当所述控制器判断当前风速大于或者等于预定最大风速时，控制传动组件工作使所述聚风筒3位于背风处。采用这种技术方案，通过聚风筒3的设置，能够有效降低垂直轴风力发电装置的预定最小风速，提高风力发电装置的自启动效果，且在风机未满负荷发电前，能够提高发电单元2的运行效率，进一步，当风速为高风速，控制传动组件工作使所述聚风筒3位于背风处，不影响风力发电装置对风的利用。
在另一种技术方案中，如图1所示，还包括分别支撑设于每个发电单元2上方和下方的固定座8，其中：
所述传动组件包括一对传动机构，一对传动机构分别设于一对固定座8的相对端面(位于发电单元2上方固定座8的底面，位于发电单元2下方固定座8的顶面)，每个传动组件包括固设于所述固定座8端面的圆环状的传动梁5、与所述传动梁5内侧壁同轴且可转动连接的圆环状的轴承6，所述聚风筒3的顶端、底端分别与一对轴承6固接，至少一个传动梁5的外周面具有连续轮齿，与该传动梁5啮合设有齿轮50，用于带动所述齿轮50转动设有转动电机7，所述转动电机7固接于所述聚风筒3的端面(所述聚风筒3与该转动电机7相对的端面)，所述控制器与所述转动电机7连接，用于控制所述转动电机7转动以驱动所述聚风筒3沿所述发电单元2周向转动。在上述技术方案中，所述固定座8可为板体、框架中的人一种，框架优选为米字型框架，所述传动梁5、所述轴承6均与所述主轴1同轴设置，所述轴承6与所述传动梁5可转动连接，且所述轴承6与所述传动梁5不可以上下相对移动，当所述控制器判断当前风速大于或者等于预定最小风速且小于预定最大风速时，控制电机工作，以带动齿轮50转动，所述齿轮50转动的同时沿所述传动梁5周向转动，同步带动聚风筒3转动，以使所述聚风筒3位于向风处，当所述控制器判断当前风速大于或者等于预定最大风速时，控制电机工作，以带动齿轮50转动，所述齿轮50转动的同时沿所述传动梁5周向转动，同步带动聚风筒3转动，以使所述聚风筒3位于背风处，采用这种方案，第一、通过传动梁5配合轴承6的设置，实现聚风筒3在所述发电单元2周向的可转动设置，且提高聚风筒3安装的稳固性；第二，通过传动梁5配合齿轮50、转动电机7的设置，实现聚风筒3在所述发电单元2周向的可控转动，且通过齿轮50和传动梁5的设置弱化转动电机7的转动效果，提高转动角度调控的准确性。
在另一种技术方案中，如图2所示，所述发电单元2为2个，相邻发电单元2间共用相邻的固定座8。采用这种方案，两个发电单元2间隔安装于所述主轴1上，共设置3个固定座8，分别位于两个发电单元2的上下方和中间，实现安装的同时，简化结构。
在另一种技术方案中，如图1-2、图5所示，两个传动梁5的外周面均具有连续齿轮50，与每个传动梁5啮合设有齿轮50，与每个齿轮50配合设有转动电机7，所述转动电机7用于对应的齿轮50转动，所述转动电机7固接于对应所述聚风筒3的端面(所述聚风筒3与该转动电机7相对的端面)，所述控制器与所述转动电机7连接，用于控制所述转动电机7转动以驱动所述聚风筒3沿所述发电单元2周向转动。采用这种方案，提高装置转动操作的稳定性。
在另一种技术方案中，如图6-7所示，所述聚风筒3的大端开口30的横截面为弧形，优选为弧形圆心角为180°的弧形。采用这种方案，提高聚风效果。
在另一种技术方案中，如图7所示，所述聚风筒3的大端开口30内沿其弧形延伸方向间隔设置多个导风板32，所述导风板32沿所述大端开口30径向设置。采用这种方案，对风起到导向作用，进一步提高对风能的利用效果。
在另一种技术方案中，如图3、6所示，还包括：聚风架44，其罩设于所述聚风筒3外周，且不封闭所述聚风筒3的大端开口30和小端开口31，所述聚风架44位于小端开口31两侧侧壁中的其中一个沿所述发电单元2径向设置，另一个为以主轴1为中心轴的弧形板。采用这种方案，提高装置安装的问固定。
在另一种技术方案中，所述发电单元2的叶片20凹陷具有沿竖直方向设置的条状凹槽，当所述聚风筒3的小端开口31垂直朝向叶片20的送风时，所述条状凹槽用于承接送风。采用这种方案，提高风力发电机的自启动效果。
在另一种技术方案中，如图1-2所示，还包括：与每个发电单元2一一对应的调速组件，所述调速组件包括支撑设于固定座8的伸缩电机9、设于所述伸缩电机9输出端的阻力块90，所述阻力块90靠近/远离所述发电单元2的轮毂21设置，所述控制器与所述伸缩电机9连接，当判断当前风速大于报警风速时，控制伸缩电机9带动阻力块90摩擦抵设于对应轮毂21。其中，所述报警风速大于预定最大风速，当大于报警风速时，即使没有聚风筒3的正向作用，所述风力发电装置也处于满负荷运行的条件，进一步，可依据超出预警风速大小，调控阻力块90与对应轮毂21之间的阻力大小，采用这种方案，便于控制风力发电装置的工作转速，避免超负荷运行。
在另一种技术方案中，所述发电单元2的叶片20上扭簧设置有开/关孔，当阻力块90摩擦抵设于对应轮毂21，且摩擦阻力大于预定值时，所述开/关孔开启，开启的大小依据当前风速调控。采用这种方案，便于控制风力发电装置的工作转速，避免超负荷运行。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明风力发电装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.风力发电装置，其特征在于，包括主轴、上下间隔安装于所述主轴上的至少一个发电单元、与发电单元一一对应的聚风单元，每个聚风单元包括：
聚风筒，其竖直设于所述发电单元外周，所述聚风筒的横截面呈两端开口的喇叭状，所述聚风筒的小端开口设置为可垂直朝向发电单元的叶片送风；
传动组件，其与所述聚风筒连接，用于驱动所述聚风筒沿所述发电单元周向转动；
风速传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风速信号；
风向传感器，用于获取风力发电装置所在位置处的风向信号；
控制器，其与所述风速传感器、风向传感器、传动组件连接，用于接收风速信号，所述控制器判断当前风速是否小于预定最小风速，若否，接收风向信号并判断当前风速是否小于预定最大风速，若是，控制传动组件带动聚风筒位于向风处，若否，控制传动组件带动聚风筒位于背风处；
还包括支撑设于每个发电单元上方和下方的固定座，其中：
所述传动组件包括一对传动机构，一对传动机构分别设于一对固定座的相对端面，每个传动组件包括固设于所述固定座端面的圆环状的传动梁、与所述传动梁内侧壁同轴且可转动连接的圆环状的轴承，所述聚风筒的顶端、底端分别与一对轴承固接，至少一个传动梁的外周面具有连续轮齿，与该传动梁啮合设有齿轮，用于带动所述齿轮转动设有转动电机，所述转动电机固接于所述聚风筒的端面，所述控制器与所述转动电机连接，用于控制所述转动电机转动以驱动所述聚风筒沿所述发电单元周向转动；
所述发电单元的叶片凹陷具有沿竖直方向设置的条状凹槽，当所述聚风筒的小端开口垂直朝向叶片的送风时，所述条状凹槽用于承接送风；
与每个发电单元一一对应的调速组件，所述调速组件包括支撑设于固定座的伸缩电机、设于所述伸缩电机输出端的阻力块，所述阻力块靠近/远离所述发电单元的轮毂设置，所述控制器与所述伸缩电机连接，当判断当前风速大于报警风速时，控制伸缩电机带动阻力块摩擦抵设于对应轮毂；
所述发电单元的叶片上扭簧设置有开/关孔，当阻力块摩擦抵设于对应轮毂，且摩擦阻力大于预定值时，所述开/关孔开启。
2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述发电单元为2个，相邻发电单元间共用相邻的固定座。
3.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，两个传动梁的外周面均具有连续齿轮。
4.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述聚风筒的大端开口的横截面为弧形。
5.如权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于，所述聚风筒的大端开口内沿其弧形延伸方向间隔设置多个导风板，所述导风板沿所述大端开口径向设置。
6.如权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于，还包括：聚风架，其罩设于所述聚风筒外周，且不封闭所述聚风筒的大端开口和小端开口，所述聚风架位于小端开口两侧侧壁中的其中一个沿所述发电单元径向设置，另一个为以主轴为中心轴的弧形板。
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