CN210371018U - 一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置 - Google Patents

Abstract

一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置，其属于风力发电领域。这种横撑装置包括固定横撑、可动横撑、连接轴和驱动机构，固定横撑通过连接轴连接可动横撑。该横撑装置具有连接叶片、提高自起性能以及降低转速的功能。在横撑结构上设置可动横撑，通过改变横撑的迎风面积来改变空气阻力，进而提高垂直轴风机在低风速静止状态下的起动力矩，同时降低在高风速条件下的转速，进而来实现提高自起性能、调节风力机转速的功能。该横撑装置能够解决垂直轴风机固有的气动性能差以及转速控制问题，同时能够在最大程度上减少附加设备对垂直轴风机整体结构以及气动性能的影响。

Description

一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置，其属于风力发电领域。

背景技术

风能作为一种无污染、分布广，且不受时间限制的可再生能源，受到各国普遍重视。风能资源的开发利用主要通过风力机将风能转换为电能，目前主要使用的风力机包括水平轴风机和垂直轴风机两种，其中水平轴风机发展历史悠久，技术成熟。与传统的水平轴风机相比，垂直轴风机能够捕获来自各个方向的风能，而且无需偏航对风装置。同时垂直轴风机的发电系统可以布置在地面，方便维护保养。另外垂直轴风机运行的叶尖速比较小，能够有效降低风机运行过程中的气动噪声，因此垂直轴风机也被认为更加适合在城市环境中使用。

对风力机设计而言，一般需要考虑风机在低风速下的起动性能，即自起性能以及在高风速条件下的性能。升力型垂直轴风机的自起性能通常较差，需要用外界电机辅助来实现自起，或者使用阻力型风机来辅助起动。这两种方法往往造成了垂直轴风机结构上的复杂，同时也会提高成本。当风速超出额定风速时，风力机需要通过各种手段来控制转速，避免风轮飞车对叶片结构以及发电系统的破坏。针对垂直轴风机在低风速下自起性能差以及高风速条件下的转速控制问题，本实用新型提出了一种横撑设计形式，用于提高垂直风机的自起性能，同时可以控制垂直轴风机的转速。

发明内容

针对垂直轴风机在低风速下自起性能差以及高风速下的转速控制问题，本实用新型提供一种用于大型垂直轴风机的横撑装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置，风力机叶片通过流线型的固定横撑与转轴连接，所述固定横撑上设有流线型的可动横撑、连接轴以及驱动机构，固定横撑通过连接轴连接可动横撑；传动连杆的一端通过第一铰链连接可动横撑，另一端通过第二铰链连接驱动机构，驱动机构通过传动连杆让可动横撑绕连接轴展开或闭合。

所述驱动机构包含伺服电机、丝杠和与丝杠配合的丝母，所述传动连杆的一端通过第一铰链连接可动横撑，另一端通过第二铰链连接丝母，所述伺服电机驱动丝杠旋转，在丝杠上移动的丝母通过传动连杆让可动横撑绕连接轴展开或闭合。

所述驱动机构采用液压机构或气动机构，所述传动连杆的一端通过第一铰链连接可动横撑，另一端通过第二铰链连接液压机构或气动机构的驱动件，液压机构或气动机构的驱动件通过传动连杆让可动横撑绕连接轴展开或闭合。

所述固定横撑上在偏后的一侧设有至少一个可动横撑。

所述固定横撑上在偏后的两侧设有至少一对可动横撑,每对可动横撑通过各自的传动连杆与驱动机构铰链连接。

所述固定横撑上的尾端设有至少一个可动横撑。

本实用新型的有益效果是：这种用于大型垂直轴风力机的横撑装置包括固定横撑、可动横撑、连接轴和用于驱动可动横撑转动的驱动机构，固定横撑通过连接轴连接可动横撑。该横撑装置具有连接叶片、提高自起性能以及降低转速的功能，在横撑结构上设置可动横撑，通过改变横撑的迎风面积来改变空气阻力，进而提高垂直轴风机在静止状态下的起动力矩，同时降低在高风速条件下的转速，进而来实现提高自起性能、调节风力机转速的功能，能够最大程度的减少附加设备对垂直轴风机整体结构以及气动性能的影响。该横撑装置通过设置固定横撑用于连接风力机叶片和风机旋转轴，通过改变可动横撑的迎风面积，从而改变横撑在有风情况下的迎风阻力，进而提高垂直轴风机的起动性能，同时也可以用来控制风机在极端风速条件下的转速。

附图说明

图1是一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置的安装图。

图2是具有一个可动横撑的用于大型垂直轴风力机的横撑装置的结构图。

图3是具有两个可动横撑的用于大型垂直轴风力机的横撑装置的结构图。

图4是可动横撑安装在尾部的用于大型垂直轴风力机的横撑装置的结构图。

图5是一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置的立体结构图。

图中：1、固定横撑，2、可动横撑，3、连接轴，4、伺服电机，5、丝杠，6、丝母，7、传动连杆，7a、第一铰链，7b、第二铰链，8、风力机叶片，9、转轴。

具体实施方式

图1、5示出了一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置的结构图。这种用于大型垂直轴风力机的横撑装置，风力机叶片8通过流线型的固定横撑1与转轴9连接。固定横撑1上设有流线型的可动横撑2、连接轴3以及驱动机构，固定横撑1通过连接轴3连接可动横撑2。驱动机构包含伺服电机4、丝杠5和与丝杠5配合的丝母6，传动连杆7的一端通过第一铰链7a连接可动横撑2，另一端通过第二铰链7b连接丝母6，伺服电机4驱动丝杠5旋转，在丝杠5上移动的丝母6通过传动连杆7让可动横撑2绕连接轴3展开或闭合。

驱动机构还可采用液压机构或气动机构，传动连杆7的一端通过第一铰链7a连接可动横撑2，另一端通过第二铰链7b连接液压机构或气动机构的驱动件，液压机构或气动机构的驱动件通过传动连杆7让可动横撑2绕连接轴3展开或闭合。

图2示出了具有一个可动横撑的横撑装置结构图。固定横撑1上在偏后的一侧设有一个可动横撑2。固定横撑1通过连接轴3连接可动横撑2。传动连杆7的一端通过第一铰链7a连接可动横撑2，另一端通过第二铰链7b连接丝母6，伺服电机4驱动丝杠5旋转，在丝杠5上移动的丝母6通过传动连杆7让可动横撑2绕连接轴3展开或闭合。

图3示出了具有两个可动横撑的横撑装置结构图。固定横撑1上在偏后的两侧设有一对可动横撑2。固定横撑1通过两个连接轴3分别连接一个可动横撑2。两个传动连杆7的一端通过两个第一铰链7a连接可动横撑2，另一端通过两个第二铰链7b连接同一个丝母6，伺服电机4驱动丝杠5旋转，在丝杠5上移动的丝母6通过两个传动连杆7让两个可动横撑2绕各自的连接轴3展开或闭合。

图4示出了可动横撑安装在横撑装置尾部的结构图。固定横撑1上的尾端设有一个可动横撑2。固定横撑1通过连接轴3连接可动横撑2。驱动机构与图2中所示的类同。

该横撑装置的固定横撑1用于连接风力机叶片和风机旋转轴，主要承受叶片自身重力以及旋转过程中产生的离心力，属于强力构件。可动横撑2部分通过连接轴3与固定横撑1部分相连，并且可动横撑2在驱动机构的作用下可在一定范围内转动。一个固定横撑1上可动横撑2的数量不唯一，可以是一个，两个或其他数目。可动横撑2可以与固定横撑1长度相同，也可以比固定横撑1部分长度小。在同一个固定横撑装置上，不同可动横撑2的长度可以不同。

固定横撑1通过焊接或螺栓连接方式将风力机叶片与旋转轴相连。为降低横撑部分的空气阻力提高风机的气动性能，固定横撑1的截面形状可以为翼型流线型，圆形、普通矩形或其他形状。连接轴3用于将可动横撑2与固定横撑1相连，同时连接轴3作为可动横撑2转动时的旋转轴。

伺服电机4，丝杠5和丝母6布置于固定横撑1的内部。伺服电机4与丝杠5相连，可以带动丝杠5转动，丝母6通过螺纹与丝杠5相连，传动连杆7同时与丝母6以及可动横撑2铰接。伺服电机4通过带动丝杠5转动，将伺服电机4的旋转运动转换为丝母6的直线运动。通过丝母6的直线运动带动传动连杆7活动，进而带动可动横撑2绕连接轴3转动。为伺服电机4供电的电源可以布置于固定横撑1内部，可以布置于风机旋转轴内或地面。

当实际风速低于风机切入风速时，风机处于静止状态，此时可动横撑2在驱动机构的作用下绕连接轴3转动一定角度，从而增大横撑迎风面积。横撑迎风面积的增大造成空气阻力的增加，增加的空气阻力可以作为风机起动时的起动力矩，从而提高垂直轴风机在低风速下的起动性能。风机起动后，可动横撑2重新恢复至水平状态以减小空气阻力。

在高风速时，风机转速高于额定转速，此时驱动机构带动可动横撑2绕连接轴3旋转。根据实际风速以及风机实际转速情况，可动横撑2可以保持不同的角度，从而产生不同的空气阻力来降低风机在高风速条件下的转速。当风机转速减小至额定转速或额定转速以下时，可动横撑2再次恢复为水平状态以减少风机正常运行时的空气阻力。

在实际垂直轴风机中，所有的横撑都可以采用本设计方案，也可以只在部分横撑上采用本设计方案。

Claims (6)

1.一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置，风力机叶片（8）通过流线型的固定横撑（1）与转轴（9）连接，其特征在于，所述固定横撑（1）上设有流线型的可动横撑（2）、连接轴（3）以及驱动机构，固定横撑（1）通过连接轴（3）连接可动横撑（2）；传动连杆（7）的一端通过第一铰链（7a）连接可动横撑（2），另一端通过第二铰链（7b）连接驱动机构，驱动机构通过传动连杆（7）让可动横撑（2）绕连接轴（3）展开或闭合。

2.根据权利要求1所述的用于大型垂直轴风力机横撑装置，其特征在于，所述驱动机构包含伺服电机（4）、丝杠（5）和与丝杠（5）配合的丝母（6），所述传动连杆（7）的一端通过第一铰链（7a）连接可动横撑（2），另一端通过第二铰链（7b）连接丝母（6），所述伺服电机（4）驱动丝杠（5）旋转，在丝杠（5）上移动的丝母（6）通过传动连杆（7）让可动横撑（2）绕连接轴（3）展开或闭合。

3.根据权利要求1所述的用于大型垂直轴风力机横撑装置，其特征在于，所述驱动机构采用液压机构或气动机构，所述传动连杆（7）的一端通过第一铰链（7a）连接可动横撑（2），另一端通过第二铰链（7b）连接液压机构或气动机构的驱动件，液压机构或气动机构的驱动件通过传动连杆（7）让可动横撑（2）绕连接轴（3）展开或闭合。

4.根据权利要求1所述的用于大型垂直轴风力机横撑装置，其特征在于，所述固定横撑（1）上在偏后的一侧设有至少一个可动横撑（2）。

5.根据权利要求1所述的用于大型垂直轴风力机横撑装置，其特征在于，所述固定横撑（1）上在偏后的两侧设有至少一对可动横撑（2），每对可动横撑（2）通过各自的传动连杆（7）与驱动机构铰链连接。

6.根据权利要求1所述的用于大型垂直轴风力机横撑装置，其特征在于，所述固定横撑（1）上的尾端设有至少一个可动横撑（2）。

Images