CN115342023A - 一种叶轮结构及风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叶轮结构及风力发电装置，其中，叶轮结构适于与发电机组固定连接，叶轮结构包括安装架、至少两个主叶片以及至少两个辅助组件，安装架具有转动中心，任意一个主叶片均与安装架连接，且至少两个主叶片沿转动中心的周向分布；至少两个辅助组件沿安装架的周向分布，任一辅助组件包括驱动件以及副叶片，驱动件的安装端与安装架固定连接，驱动件的驱动端与副叶片固定连接；驱动件能够驱动副叶片转动以改变其与主叶片的夹角。当叶轮结构具有较大的转动惯量时，通过驱动件使得副叶片与主叶片的夹角为直角，从而使得副叶片与安装架形成阻力型叶轮结构，从而使得叶轮结构产生了较大的阻力，实现对叶轮结构的减速。

Description

一种叶轮结构及风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种叶轮结构及风力发电装置。
背景技术
随着资源的枯竭，风能受到了人们的广泛关注；为了更好的利用风能，人们设计了多种形式的风力发电机，风力发电机主要分为旋转轴在空间为水平方向的水平轴风力机和旋转轴在空间为垂直方向的垂直轴风力机，垂直轴风力机又分为阻力型风力机和升力型风力机，由于升力型风力机不需要复杂的调节装置即可捕获任意方向风能，且噪音低，结构简单，维修方便，因此目前发电用的风力机基本是垂直轴升力型风力机。
现有的一种多级垂直叶片风力发电机，包括风力机、塔筒、增速机和发电机，风力机是由六根在同一水平面上、不同方向布置的叶片架组成，每个叶片架上排列多个垂直叶片，且垂直叶片与水平面垂直；风力机通过法兰盘紧固在塔筒顶部的机头上，刹车联轴器设置在主轴上，用于对风力机进行刹车，机头通过主轴与塔筒里的增速机固定连接，增速机与塔筒里的发电机连接。
但是，上述的垂直轴风力机，存在多组叶片，叶片与水平面垂直，即该风力机可具有较大的转动惯量，当转动惯量过大时，不易刹车，且容易出现飞车的风险。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的风力机存在多组叶片，因此可具有较大的转动惯量，当转动惯量过大时，不易刹车，且容易出现飞车的风险。
为此，本发明提供一种叶轮结构，适于与发电机组固定连接，包括：
安装架，具有转动中心；
至少两个主叶片，任意一个所述主叶片均与所述安装架连接，且至少两个所述主叶片沿所述转动中心的周向分布；
多个辅助组件，所述多个辅助组件沿所述安装架的周向分布，任一所述辅助组件包括驱动件以及副叶片，所述驱动件的安装端与所述安装架固定连接，所述驱动件的驱动端与所述副叶片固定连接；
所述驱动件能够驱动所述副叶片转动以改变其与所述主叶片的夹角。
可选地，上述的叶轮结构，所述安装架具有与所述转动中心相连的多个安装部，多个所述安装部沿所述转动中心的周向均匀分布，任一所述主叶片与对应的所述安装部固定连接，任意一个所述驱动件的安装端均与其中一个所述主叶片所在的所述安装部固定连接。
可选地，上述的叶轮结构，多个所述主叶片能够沿第一圆周转动，多个所述副叶片能够沿第二圆周转动，所述第二圆周与所述第一圆周的圆心均为所述转动中心。
可选地，上述的叶轮结构，所述第二圆周的半径小于所述第一圆周的半径。
可选地，上述的叶轮结构，任一所述主叶片的横截面均为翼型，且任一所述副叶片的横截面均为翼型或平面几何图形。
可选地，上述的叶轮结构，任一所述主叶片的纵截面均与所述第一圆周形成的平面垂直，任一所述副叶片的纵截面均与其所在的所述安装部上的所述主叶片的纵截面平行。
可选地，上述的叶轮结构，任一所述主叶片的弦长均大于任意一个所述副叶片的横截面内的最长长度。
本发明提供一种风力发电装置，包括基座以及上述的叶轮结构，所述基座与所述转动中心转动连接。
可选地，上述的风力发电装置，还包括发电机组，其包括：
发电机，所述发电机固定在所述基座上；
增速机，所述增速机通过转轴与所述发电机连接；
所述叶轮结构通过主轴与所述增速机固定连接；
刹车联轴器，所述刹车联轴器设置在所述主轴上。
可选地，上述的风力发电装置，所述发电机组还包括检测件和控制器，所述检测件设置在所述基座上，所述检测件适于检测所述叶轮结构的转速，所述检测件与所述控制器通信连接，所述控制器能够：
在所述风力发电装置启动时，控制所述驱动件工作以使所述副叶片与所述主叶片垂直；
在所述叶轮结构的转速大于等于启动转速且小于额定转速时，控制所述驱动件工作以使所述副叶片与所述主叶片平行；
在所述叶轮结构的转速大于等于额定转速时，控制所述驱动件工作以使所述副叶片与所述主叶片垂直；
在所述叶轮结构停车时，控制所述驱动件工作以使所述副叶片与所述主叶片垂直，且控制所述刹车联轴器工作。
1.本发明提供的叶轮结构，适于与发电机组固定连接，包括安装架、至少两个主叶片以及至少两个辅助组件，所述安装架具有转动中心，任意一个所述主叶片均与所述安装架连接，且至少两个所述主叶片沿所述转动中心的周向分布；至少两个所述辅助组件沿所述安装架的周向分布，任一所述辅助组件包括驱动件以及副叶片，所述驱动件的安装端与所述安装架固定连接，所述驱动件的驱动端与所述副叶片固定连接；所述驱动件能够驱动所述副叶片转动以改变其与主叶片的夹角。
此结构的叶轮结构，当叶轮结构具有较大的转动惯量时，通过驱动件使得副叶片与主叶片的夹角为直角，从而使得副叶片与安装架形成阻力型叶轮结构，阻力型叶轮结构具有较大转动惯量时，即阻力型叶轮结构运行在较大尖速比时，副叶片与主叶片的夹角为直角，使得整体叶轮结构受力面积变大，从而使得叶轮结构产生了较大的阻力，进而实现对叶轮结构的减速，避免叶轮结构具有较大的转动惯量。
2.本发明提供的叶轮结构，具有良好的自启动性能，当叶轮结构从停止状态启动时，通过驱动件使得副叶片与主叶片垂直，即副叶片与安装架形成阻力型叶轮结构，而阻力型叶轮结构具有良好的启动特性，只需很小的叶尖速比即可启动，阻力型叶轮结构启动后带动主叶片低速旋转，直至主叶片的叶尖速比大于额定值后，由主叶片和安装架组成的升力型叶轮结构也可启动。
3.本发明提供的叶轮结构，可提升该叶轮结构的转速，从而实现提升发电机组的功率，当叶轮结构的转速大于启动转速并小于额定转速时，通过驱动件使得副叶片与主叶片平行，主叶片和副叶片之间形成的通道会加速气流，使得主叶片的边界层不易发生分离，从而提升转速。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的风力发电装置结构示意图；
图2为本发明提供的风力发电装置另一视角的示意图；
图3为本发明提供的风力发电装置副叶片另一状态的示意图。
附图标记说明：
1、安装架；11、安装部；
2、主叶片；
31、驱动件；32、副叶片；
4、基座。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种叶轮结构，用于与发电机组固定连接，如图1至图3所示，包括安装架1、两个主叶片2以及两个辅助组件，作为可替代的实施方式，本领域人员而根据需要对主叶片2的数量进行增加和对辅助组件的数量进行增加，安装架1具有转动中心，任意一个主叶片2均与安装架1连接，两个主叶片2沿转动中心的周向分布，两个辅助组件沿安装架1的周向分布，任一辅助组件均包括驱动件31以及副叶片32，驱动件31的安装端与安装架1固定连接，驱动件31的驱动端与副叶片32固定连接；驱动件31能够驱动副叶片32转动以改变其与主叶片2的夹角。
本实施例提供的叶轮结构，当叶轮结构具有较大的转动惯量时，通过驱动件31使得副叶片32与主叶片2的夹角为直角，从而使得副叶片32与安装架1形成阻力型叶轮结构，阻力型叶轮结构具有较大转动惯量时，阻力型叶轮结构在较大尖速比时，副叶片32与主叶片2的夹角为直角，使得叶轮结构整体的受力面积增加，从而使得风轮结构产生了较大的阻力，进而实现对风轮结构的减速，避免风轮结构具有较大的转动惯量。
如图1至图3所示，本实施例提供的叶轮结构，安装架1具有与转动中心相连的两个安装部11，两个安装部11沿转动中心的轴向均匀分布，安装架1为轮毂外周固定有两根支撑杆，任一安装部11的顶端均固定有主叶片2，主叶片2的中间部位与该安装部11焊接固定，作为可替代的实施方式，主叶片2与安装部11可采用螺栓、铆接等固定方式，任意一个驱动件31的安装端与其中一个主叶片2所在的安装部11固定连接，即主叶片2和辅助组件一一对应；驱动件31为伺服电机，作为可替代的实施方式，本领域人员可根据需要更换驱动件31的驱动方式，如电机通过连杆机构驱动副叶片32等方式；驱动件31的驱动端与副叶片32主动连接。
如图1至图3所示，本实施例提供的叶轮结构，两个主叶片2能沿第一圆周转动，两个副叶片32能够沿第二圆周转动，第一圆周和第二圆周的圆心均在转动中心，即第一圆周和第二圆周为同心圆周，转动中心即为轮毂的中心点，第二圆周的半径小于第一圆周的半径。任一主叶片2的横截面均为翼型，用于提供升力，任一副叶片32的横截面均为翼型，作为可替代的实施方式，副叶片32的横截面也可为平面几何图形，副叶片32的长度小于主叶片2的长度，副叶片32的截面翼型为主叶片2对应截面翼型弦长的15％，作为可替代的实施方式，副叶片32的截面翼型为主叶片2对应截面翼型弦长的10％-20％，即为主叶片2的弦长大于所述副叶片32的横截面内的最长长度。当主叶片2的翼型弦线与对应副叶片32截面翼型的弦线平行时，主叶片2与副叶片32之间的距离为主叶片2对应截面翼型弦长的15％，作为可替代的实施方式，主叶片2与副叶片32之间的距离为主叶片2对应截面翼型弦长的10％-20％，避免副叶片32转动时与主叶片2发生干涉。任一主叶片2的弦线均与第一圆周的平面垂直，即任一主叶片2与水平面垂直，两个主叶片2与安装架1组合形成升力型叶轮结构，任一副叶片32的纵截面与其所在的安装部11上的主叶片2的纵截面平行。
实施例2
本实施例提供一种风力发电装置，包括基座4、发电机组以及实施例1中的叶轮结构，发电机组包括发电机、增速机以及刹车联轴器，发电机固定在基座4上，增速机通过转轴与发电机连接，叶轮通过主轴与增速机固定连接，刹车联轴器设置在主轴上。
本实施例提供的风力发电装置，发电机组还包括检测件和控制器，检测件设置在基座4上，作为可替代的实施方式，检测件可设置在叶轮上，检测件为测速仪，检测件适于检测叶轮结构的转速，检测件与控制器通信连接。
本实施例提供的风力发电装置，其工作原理如下所述：
当风力发电装置启动时，驱动件31驱动副叶片32转动，使得副叶片32与对应的主叶片2的夹角为直角，即副叶片32与安装架1形成阻力型叶轮结构，由于阻力型叶轮结构具有良好的启动特性，只需很小的叶尖速比即可启动，阻力型叶轮结构启动后带动主叶片2低速旋转，直至主叶片2的叶尖速比大于额定值后，由主叶片2和安装架1组成的升力型叶轮结构也可启动。
当叶轮结构的转速大于启动转速且小于额定转速时，驱动件31驱动副叶片32转动，使得副叶片32与对应的主叶片2平行，主叶片2和副叶片32之间形成的通道会加速气流，使得主叶片2的边界层不易发生分离，从而提升转速。且副叶片32为翼型，其与主叶片2平行时，可作为另一组升力型叶轮结构，进一步提升该叶轮的装置。
当叶轮结构的转速大于等于额定转速时，驱动件31驱动副叶片32转动，使得副叶片32与对应的主叶片2的夹角为直角，即副叶片32与安装架1形成阻力型叶轮结构，阻力型叶轮结构具有较大转动惯量时，即阻力型叶轮结构运行在较大尖速比时，副叶片32与主叶片2的夹角为直角，使得这个叶轮结构的受力面积增加，从而使得风轮结构产生了较大的阻力，进而实现对风轮结构的减速，避免风轮结构具有较大的转动惯量。
当叶轮结构停车时，驱动件31驱动副叶片32转动，使得副业片与主叶片2的夹角为直角，使得叶轮结构减速，直至叶轮结构的转速小于额定转速，控制器控制刹车连轴器工作，使得叶轮结构停车。避免较大的转速使用刹车结构而造成的安全隐患。
本实施例提供的风力发电装置，结构简单，安装方便。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种叶轮结构，适于与发电机组固定连接，其特征在于，包括：
安装架(1)，具有转动中心；
至少两个主叶片(2)，任意一个所述主叶片(2)均与所述安装架(1)连接，且至少两个所述主叶片(2)沿所述转动中心的周向分布；
至少两个辅助组件，至少两个所述辅助组件沿所述安装架(1)的周向分布，任一所述辅助组件包括驱动件(31)以及副叶片(32)，所述驱动件(31)的安装端与所述安装架(1)固定连接，所述驱动件(31)的驱动端与所述副叶片(32)固定连接；
所述驱动件(31)能够驱动所述副叶片(32)转动以改变其与所述主叶片(2)的夹角。
2.根据权利要求1所述的叶轮结构，其特征在于，所述安装架(1)具有与所述转动中心相连的多个安装部(11)，多个所述安装部(11)沿所述转动中心的周向均匀分布，任一所述主叶片(2)与对应的所述安装部(11)固定连接，任意一个所述驱动件(31)的安装端均与其中一个所述主叶片(2)所在的所述安装部(11)固定连接。
3.根据权利要求2所述的叶轮结构，其特征在于，多个所述主叶片(2)能够沿第一圆周转动，多个所述副叶片(32)能够沿第二圆周转动，所述第二圆周与所述第一圆周的圆心均为所述转动中心。
4.根据权利要求3所述的叶轮结构，其特征在于，所述第二圆周的半径小于所述第一圆周的半径。
5.根据权利要求4所述的叶轮结构，其特征在于，任一所述主叶片(2)的横截面均为翼型，且任一所述副叶片(32)的横截面均为翼型或平面几何图形。
6.根据权利要求5所述的叶轮结构，其特征在于，任一所述主叶片(2)的纵截面均与所述第一圆周形成的平面垂直，任一所述副叶片(32)的纵截面均与其所在的所述安装部(11)上的所述主叶片(2)的纵截面平行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的叶轮结构，其特征在于，任一所述主叶片(2)的弦长均大于任意一个所述副叶片(32)的横截面内的最大长度。
8.一种风力发电装置，其特征在于，包括基座(4)以及权利要求1-7中任一项所述的叶轮结构，所述基座(4)与所述转动中心转动连接。
9.根据权利要求8所述的风力发电装置，其特征在于，还包括发电机组，其包括：
发电机，所述发电机固定在所述基座(4)上；
增速机，所述增速机通过转轴与所述发电机连接；
所述叶轮结构通过主轴与所述增速机固定连接；
刹车联轴器，所述刹车联轴器设置在所述主轴上。
10.根据权利要求9所述的风力发电装置，其特征在于，所述发电机组还包括检测件和控制器，所述检测件设置在所述基座(4)上，所述检测件适于检测所述叶轮结构的转速，所述检测件与所述控制器通信连接，所述控制器能够：
在所述风力发电装置启动时，控制所述驱动件(31)工作以使所述副叶片(32)与所述主叶片(2)垂直；
在所述叶轮结构的转速大于等于启动转速且小于额定转速时，控制所述驱动件(31)工作以使所述副叶片(32)与所述主叶片(2)平行；
在所述叶轮结构的转速大于等于额定转速时，控制所述驱动件(31)工作以使所述副叶片(32)与所述主叶片(2)垂直；
在所述叶轮结构停车时，控制所述驱动件(31)工作以使所述副叶片(32)与所述主叶片(2)垂直，且控制所述刹车联轴器工作。
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