CN203189197U - 新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，包括S型风力机、超越离合器、发电机、D型风力机和若干立杆，所述的发电机的转轴与所述的S型风力机的轴传动联接，若干所述的立杆均布在所述发电机上；所述的S型风力机通过所述的超越离合器与所述的D型风力机联接，且所述的S型风力机布置在所述的D型风力机的上方；所述的D型风力机为呈H型的三叶片形风力机，所述D型风力机的叶片呈弧形；所述的S型风力机为叶片扭角为90°的双叶片螺旋形风力机。本实用新型当S型风力机带动D型风力机启动后，使S型风力机对D型风力机的作用中断，这样既启动了D型风力机，又使S型风力机不影响D型风力机的气动性能，从而会大大提高组合式垂直轴风力机的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，属于风力发电技术领域。
背景技术
垂直轴风力机中的Darrieus风力机效率较高,不需对风装置和传动机构,发电机安装在地面,易于保养和维护。但Darrieus风力机存在不易自启动的缺点,即在较大的风速下,静止的风轮叶片产生的切向推力仍较小,不足以克服叶片的切向阻力而转动。为使Darrieus风力机运行越过失速区域或自启动，国内外目前采用的方法有：(1)附加电动机起动,(2)增大风轮实度,(3)改变叶片的翘动迎风攻角,(4)串加Savonius风力机。其中串加S型风力机是一种最简单也是最有效的方法。S型风力机属阻力型风力机,起动力矩大,当D型风力机串加S型风力机后,S型风力机产生的较大力矩使D型风力机克服叶片的切向阻力，超越失速区而启动。鉴于两大类垂直轴风力发电机各自的优缺特性，设计出可以在低风速下自行启动的新型风力机模型，即Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机的型式，这样就能较好地解决D型风力机低风速不能启动的问题，实现了S型风力机和D型风力机的优势互补。
从风能利用角度来看，现在像新疆内蒙古等风资源较丰富的地方，一般采用的是水平轴风力发电机，而且已经接近饱和。但是在地形比较复杂的地方或者建筑群中，由于各种环境因素的影响，水平轴风力发电机难以胜任。而且一般的升力型垂直轴风力机达不到低风速启动的要求，具有不能自启动的缺点。所以组合式垂直轴风力机的优势就显露无疑。
综上所述，Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机对提高风能利用率，扩大风能利用规划区域，提高风力发电规模，具有重要的战略意义。
而现有的Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，也存在固有的潜在技术缺陷，主要表现在以下方面：现有的Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机虽然综合了D型和S型的优点，但是只考虑了S型的启动大力矩带动D型的旋转，而没有考虑到S型本身属于阻力型风机，在组合式风力机工作之后，S型的旋转会对升力型的D型的气动性能产生很大的负面影响，从而影响整机性能。所以Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机的性能是有待研究提升的。
发明内容
为了克服现有组合式垂直轴风力机没有考虑到组合后S型本身属于阻力型风机，在组合式风力机工作之后，S型的旋转会对升力型的D型的气动性能产生很大的负面影响，从而影响整机性能的缺点，本实用新型提供一种能够自动启动、实现S型对D型的气动性能影响最小且能提高整个组合式垂直轴风力机的风能利用率的新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机。
本实用新型采用的技术方案是：
新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，包括S型风力机、超越离合器、发电机、D型风力机和若干立杆，所述的发电机的转轴与所述的S型风力机的轴传动联接，若干所述的立杆均布在所述发电机上；所述的S型风力机通过所述的超越离合器与所述的D型风力机联接，且所述的S型风力机布置在所述的D型风力机的上方；其特征在于：所述的D型风力机为呈H型的三叶片形风力机，所述D型风力机的叶片呈弧形；所述的S型风力机为叶片扭角为90°的双叶片螺旋形风力机。
进一步，所述D型风力机的叶片的弧度为0.36～0.40，且其截面呈月牙形，整体呈弯H型。
进一步，所述的超越离合器为非接触型楔块超越离合器。
进一步，所述的非接触型楔块超越离合器包括外环、内环、楔块装置、固定挡圈、挡环、端盖、轴承、挡圈和扭簧，所述的内环工作面与所述的外环之间的滚道装有若干楔块、挡销组成的楔块装置；所述的扭簧分别设在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块断面的小口中，另一端靠在挡销上，所述的固定挡圈将内环和所述的楔块装置连在一起，所述的外环通过螺钉与法兰连接，所述的内环安装在S型风力机的轴上，所述的外环套装在内环的两个轴承上，与D型风力机连接，并由螺钉与两个所述的端盖紧固在一起。
本实用新型在低风速下，S型风力机旋转，非接触型楔块超越离合器的楔块在扭簧作用下与内环保持接触，使S型带动D型旋转。当转速达到超越速度时，即D型的转速大于S型转速时，偏心楔块的离心力矩增大，以致克服扭簧和其他阻力矩，使楔块径向与内环工作面脱开，因为是非接触的，所以形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与磨损，离合器实现非接触工作，这样S型与D型断开，虽然S型还在旋转，但是它对D型的阻碍作用消失。组合式垂直轴风力机实现了自启动，而且风力机正常工作时，S型对D型的影响最小。
本实用新型采用超越离合器作为Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机中S型和D型的联接件。可在S型带动D型转动后使两者自动脱离，即解决了D型风机自身难启动的缺点，又可解决当S型启动D型后，S型对D型的阻碍影响，使组合型风力机的性能最优。所以，应用了超越离合器的组合式风力机，不必设置电动机等启动装置来启动。启动风速较低的优势使得应用了超越离合器的组合式风力机在地形较复杂或者建筑群中能正常工作。而且这种组合式垂直轴风力机便于隐藏，例如，隐藏在山区树丛中，或者作为水面漂浮物，以提供野外探索或军旅用电，应用于科考和军事领域。
本实用新型当S型启动后，驱动内环和楔块装置一起旋转产生离心力，对楔块支撑点形成一个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，有使楔块与外环脱离接触的趋势。当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔块的转矩，即S型的转速大于D型的情况，楔块与内环工作面相互接触，与外环产生相对滑动摩擦，即为超越离合器的结合状态。随着S型转速的提高，楔块离心力增加，当内环转速达到或超过离合器的最小非接触转速时，楔块离心力产生的转矩增加到大于扭簧施加给楔块的转矩，迫使楔块偏转而与外环脱离接触，实现离合器无摩擦的非接触旋转，这时不再带动从动件旋转，即S型和D型断开，即为超越离合器的超越状态。这样在D型顺利启动的情况下又使S型对D型影响最小，大大提高了组合式垂直轴风力机的性能。
本实用新型的有益效果体现在：由一个阻力型的S型风力机和一个升力型的D型的风力机组成，两者用非接触型楔块超越离合器联接；阻力型风力机的高力矩带动升力型风力机旋转，而且在升力型风力机正常工作时，超越离合器会使S型和D型断开，使阻力型风力机对升力型风力机的影响最小。
附图说明
图1是本实用新型自启动式组合式垂直轴风力机结构图。
图2是本实用新型非接触型楔块超越离合器结构剖视图。
图3是本实用新型非接触型楔块超越离合器主视图。
图4是本实用新型非接触型楔块超越离合器超越状态示意图。
图5是本实用新型非接触型楔块超越离合器结合状态示意图。
具体实施方式
参考图1至图5，新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，包括S型风力机1、超越离合器2、发电机3、D型风力机4和若干立杆5，所述的发电机3的转轴与所述的S型风力机1的轴传动联接，若干所述的立杆5均布在所述发电机3上；所述的S型风力机1通过所述的超越离合器2与所述的D型风力机4联接，且所述的S型风力机1布置在所述的D型风力机4的上方；所述的D型风力机4为呈H型的三叶片形风力机，所述D型风力机4的叶片呈弧形；所述的S型风力机1为叶片扭角为90°的双叶片螺旋形风力机。
进一步，所述D型风力机4的叶片的弧度为0.36～0.40，且其截面呈月牙形，整体呈弯H型。
进一步，所述的超越离合器2为非接触型楔块超越离合器。
进一步，所述的非接触型楔块超越离合器2包括外环21、内环22、楔块装置、固定挡圈24、挡环25、端盖26、轴承27、挡圈28和扭簧30，所述的内环22工作面与所述的外环21之间的滚道装有若干楔块23、挡销29组成的楔块装置；所述的扭簧30分别设在楔块23两端圆柱上，扭簧30的一端插入楔块23断面的小口中，另一端靠在挡销29上，所述的固定挡圈24将内环22和所述的楔块装置连在一起，所述的外环21通过螺钉与法兰连接，所述的内环22安装在S型风力机1的轴上，所述的外环21套装在内环22的两个轴承上，与D型风力机4连接，并由螺钉与两个所述的端盖26紧固在一起。
本实用新型在低风速下，S型风力机1旋转，非接触型楔块超越离合器2的楔块23在扭簧30作用下与内环22保持接触，使S型带动D型旋转。当转速达到超越速度时，即D型的转速大于S型转速时，偏心楔块的离心力矩增大，以致克服扭簧和其他阻力矩，使楔块径向与内环工作面脱开，因为是非接触的，所以形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与磨损，离合器实现非接触工作，这样S型与D型断开，虽然S型还在旋转，但是它对D型的阻碍作用消失。组合式垂直轴风力机实现了自启动，而且风力机正常工作时，S型对D型的影响最小。
本实用新型采用超越离合器2作为Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机中S型和D型的联接件。可在S型带动D型转动后使两者自动脱离，即解决了D型风机4自身难启动的缺点，又可解决当S型启动D型后，S型对D型的阻碍影响，使组合型风力机的性能最优。所以，应用了超越离合器的组合式风力机，不必设置电动机等启动装置来启动。启动风速较低的优势使得应用了超越离合器的组合式风力机在地形较复杂或者建筑群中能正常工作。而且这种组合式垂直轴风力机便于隐藏，例如，隐藏在山区树丛中，或者作为水面漂浮物，以提供野外探索或军旅用电，应用于科考和军事领域。
本实用新型当S型启动后，驱动内环22和楔块装置一起旋转产生离心力，对楔块23支撑点形成一个转矩，其方向与扭簧30施加给楔块的转矩相反，有使楔块23与外环21脱离接触的趋势。当楔块23离心力产生的转矩不足以克服扭簧30施加给楔块23的转矩，即S型的转速大于D型的情况，楔块与内环工作面相互接触，与外环21产生相对滑动摩擦，即为超越离合器2的结合状态。随着S型转速的提高，楔块离心力增加，当内环22转速达到或超过离合器的最小非接触转速时，楔块23离心力产生的转矩增加到大于扭簧30施加给楔块的转矩，迫使楔块偏转而与外环脱离接触，实现离合器无摩擦的非接触旋转，这时不再带动从动件旋转，即S型和D型断开，即为超越离合器的超越状态。这样在D型顺利启动的情况下又使S型对D型影响最小，大大提高了组合式垂直轴风力机的性能。
Claims (4)
1.新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，包括S型风力机、超越离合器、发电机、D型风力机和若干立杆，所述的发电机的转轴与所述的S型风力机的轴传动联接，若干所述的立杆均布在所述发电机上；所述的S型风力机通过所述的超越离合器与所述的D型风力机联接，且所述的S型风力机布置在所述的D型风力机的上方；其特征在于：所述的D型风力机为呈H型的三叶片形风力机，所述D型风力机的叶片呈弧形；所述的S型风力机为叶片扭角为90°的双叶片螺旋形风力机。
2.如权利要求1所述的新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，其特征在于：所述D型风力机的叶片的弧度为0.36～0.40，且其截面呈月牙形，整体呈弯H型。
3.如权利要求2所述的新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，其特征在于：所述的超越离合器为非接触型楔块超越离合器。
4.如权利要求3所述的新型自启动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，其特征在于：所述的非接触型楔块超越离合器包括外环、内环、楔块装置、固定挡圈、挡环、端盖、轴承、挡圈和扭簧，所述的内环工作面与所述的外环之间的滚道装有若干楔块、挡销组成的楔块装置；所述的扭簧分别设在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块断面的小口中，另一端靠在挡销上，所述的固定挡圈将内环和所述的楔块装置连在一起，所述的外环通过螺钉与法兰连接，所述的内环安装在S型风力机的轴上，所述的外环套装在内环的两个轴承上，与D型风力机连接，并由螺钉与两个所述的端盖紧固在一起。
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