CN212615157U - 垂直轴风力发电机的失速保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了垂直轴风力发电机的失速保护系统，垂直轴风力发电机的失速保护系统，包括竖向的风轮中心轴，风轮中心轴的四周呈圆周阵列分布有四片达里厄型竖向叶片；风轮中心轴的上端外侧围合有方形环状的支撑台，支撑台通过支撑臂与风轮中心轴的外壁固定支撑连接；在恶劣天气下，四根水平失速保护线绳会在四片达里厄型竖向叶片的旋转带动下连续卷挠在挠线轴上，使四片达里厄型竖向叶片更加接近风轮中心轴，从而降低了四片达里厄型竖向叶片的转矩，从而实现降低风轮中心轴的转速的目的，进而降低发电机的运行负荷。

Description

垂直轴风力发电机的失速保护系统

技术领域

本实用新型属于风力发电领域。

背景技术

遇到恶劣大风天气下的达里厄型风轮(垂直轴风轮)会在自然风的驱动下过速旋转，此时达里厄型风轮(垂直轴风轮)的旋转速度已经超出了发电机的运行负荷，若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种具备失速保护的垂直轴风力发电机的失速保护系统。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的垂直轴风力发电机的失速保护系统，包括竖向的风轮中心轴，所述风轮中心轴的四周呈圆周阵列分布有四片达里厄型竖向叶片；

所述风轮中心轴的上端外侧围合有方形环状的支撑台，所述支撑台通过支撑臂与所述风轮中心轴的外壁固定支撑连接；

所述支撑台四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件，四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片，每组所述叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆；每片达里厄型竖向叶片的左右部镂空设置有两横向的导孔，两横向的导孔与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆对应，两支撑导杆分别同轴心滑动穿过两所述导孔；所述达里厄型竖向叶片能沿所对应的支撑导杆的长度方向滑动；每根支撑导杆的末端均固定连接有直径大于导孔的球顶；每根支撑导杆的根部均固定连接在所述支撑台侧壁；风轮中心轴在旋转时达里厄型竖向叶片会在离心力作用下紧靠所述球顶。

进一步的，所述风轮中心轴的内部为上下贯通的空心通道；所述空心通道内同轴心设置有旋转杆体，所述旋转杆体的上端从所述空心通道上端开口穿出，所述风轮中心轴的上方同轴心设置有线盘，所述线盘的下端与所述旋转杆体的上端同轴心固定连接。

进一步的，所述线盘包括同轴心间距设置的上线盘和下线盘，所述上线盘和下线盘之间通过同轴心的挠线轴同轴心固定连接；所述上线盘与下线盘之间形成挠线环槽。

进一步的，所述空心通道的内壁固定安装有若干轴承座，若干轴承座通过第三滚珠轴承与所述旋转杆体转动配合；所述旋转杆体的下端通过连接轴同轴心固定连接所述旋转盘上端。

进一步的，还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳，四根所述水平失速保护线绳的一端均固定连接在所述挠线环槽上的挠线轴上，四根所述水平失速保护线绳的另一端均分别固定连接在四所述达里厄型竖向叶片靠近风轮中心轴的一侧。

进一步的，所述水平失速保护线绳为尼龙材质。

有益效果：本实用新型的结构简单，在恶劣天气下，四根水平失速保护线绳会在四片达里厄型竖向叶片的旋转带动下连续卷挠在挠线轴上，由于四根水平失速保护线绳卷挠在挠线轴上的过程中会变短，从而使四根水平失速保护线绳分别将四片达里厄型竖向叶片向靠近风轮中心轴的方向向内拉动，从而使四片达里厄型竖向叶片均逐渐做靠近风轮中心轴的运动，使四片达里厄型竖向叶片更加接近风轮中心轴，从而降低了四片达里厄型竖向叶片的转矩，从而实现降低风轮中心轴的转速的目的，进而降低发电机的运行负荷。

附图说明

附图1为本装置的整体结构示意图；

附图2为本装置的俯视图；

附图3为本装置的上部分结构示意图；

附图4为附图3的横剖结构示意图；

附图5为附图3的纵剖结构示意图；

附图6为风轮座的旋转盘处的横剖结构示意图；

附图7为风轮中心轴的下部分的同步块处的剖开示意图；

附图8为支撑台、支撑臂、风轮中心轴、支撑导杆；

附图9为四根失速保护线绳与四片达里厄型竖向叶片的连接示意图；

附图10为线盘与四根失速保护线绳连接示意图；

附图11为附图10的剖开结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

为了更好的阐述本方案，本实施例借助达里厄型风力发电机整体结构进行介绍。

如附图1至11所示的垂直轴风力发电机，包括法兰盘底座45，法兰盘底座45上安装有输入轴11竖向朝上的发电机12，本实施例的发电机12为异步发电机或同步发电机；发电机12的上方通过若干固定支撑件13同轴心固定设置有风轮座9；风轮座9上同轴心转动安装有竖向的风轮中心轴4，风轮中心轴4的四周呈圆周阵列分布有若干达里厄型竖向叶片28，环境风能带动达里厄型竖向叶片28使风轮中心轴4沿轴线旋转，从而带动发电机12运行。

风轮中心轴4的下端一体化同轴心连接有盘体6，盘体6的下端同轴心一体化设置有环形的轴承套8；风轮座9为上部开口的筒体，轴承套8的外壁与风轮座9的内壁通过第一滚珠轴承7转动连接。

风轮座9的底部为同轴心的底座盘10，底座盘10的轴心处设置有轴承孔110，发电机12的输入轴11通过若干第二滚珠轴承14与轴承孔110转动配合；风轮座9的筒体围合范围内同轴心设置有旋转盘15，输入轴11的上端同轴心一体化连接旋转盘15 的下端；旋转盘15的上表面沿轮廓边缘呈圆周阵列一体化设置有若干尖端朝上的第一齿体81，相邻两第一齿体81之间形成尖端朝下的第一齿沟；

风轮中心轴4的下端外壁上固定安装有竖向的第一直线电机19，第一直线电机19的第一直线伸缩推杆18竖向朝下；盘体6上镂空有穿过孔17，第一直线伸缩推杆18 穿过穿过孔17，第一直线伸缩推杆18的下端固定连接有尖端朝下的同步块16，第一直线电机19能通过第一直线伸缩推杆18带动同步块16向下插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中；同步块16向下插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中时风轮中心轴4与旋转盘15同步旋转。

旋转盘15的外缘呈圆周阵列一体化分布若干第二齿体32，各第二齿体32的尖端沿旋转盘15径向方向朝外，相邻两第二齿体32之间形成尖端朝内的第二齿沟；风轮座9 的下部设置有缺口47，缺口47处通过支架33固定安装有水平的第二直线电机34，第二直线电机34的机壳上固定安装有导孔座35，还包括水平的制动杆38，制动杆38滑动穿过导孔座35上的导向孔39，制动杆38靠近旋转盘15的一端固定连接有尖端指向旋转盘15圆心的制动块40，制动杆38做靠近旋转盘15的运动能带动制动块40插入相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟中，从而使旋转盘15制动；

第二直线电机34的第二直线伸缩杆36末端通过连接件37固定连接制动杆38远离制动块40的一端。

风轮中心轴4的内部为上下贯通的空心通道20；空心通道20内同轴心设置有旋转杆体2，空心通道20的内壁固定安装有若干轴承座21，若干轴承座21通过第三滚珠轴承3与旋转杆体2转动配合；旋转杆体2的下端通过连接轴5同轴心固定连接旋转盘15 上端；旋转杆体2的上端从空心通道20上端开口31穿出，风轮中心轴4的上方同轴心设置有线盘23，线盘23的下端与旋转杆体2的上端同轴心固定连接；旋转杆体2、线盘23和旋转盘15同步旋转；

线盘23包括同轴心间距设置的上线盘23.1和下线盘23.2，上线盘23.1和下线盘23.2 之间通过同轴心的挠线轴23.3同轴心固定连接；上线盘23.1与下线盘23.2之间形成挠线环槽22；

风轮中心轴4的上端外侧围合有方形环状的支撑台24，支撑台24通过支撑臂1与风轮中心轴4的外壁固定支撑连接；

支撑台24四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件，四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片28，每组叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆29；每片达里厄型竖向叶片28的左右部镂空设置有两横向的导孔41，两横向的导孔41与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆29对应，两支撑导杆29分别同轴心滑动穿过两导孔41；达里厄型竖向叶片28能沿所对应的支撑导杆29的长度方向滑动；每根支撑导杆29的末端均固定连接有直径大于导孔41的球顶30；每根支撑导杆29的根部均固定连接在支撑台 24侧壁；风轮中心轴4在旋转时达里厄型竖向叶片28会在离心力作用下紧靠球顶30；

还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳25，为了保证强度，本实施例的水平失速保护线绳25为直径大于0.8cm的尼龙纤维，抗拉力不小于1600千克，四根水平失速保护线绳25的一端均固定连接在挠线环槽22上的挠线轴23.3上，四根水平失速保护线绳25的另一端均分别固定连接在四达里厄型竖向叶片28靠近风轮中心轴4的一侧。

每两根并列水平的支撑导杆29之间还平行设置有弹簧导杆26，弹簧导杆26的根部固定连接在支撑台24侧壁；每片达里厄型竖向叶片28上两导孔41之间还设置有与弹簧导杆26对应的导杆穿过孔42，弹簧导杆26的末端同轴心活动穿过导杆穿过孔42；弹簧导杆26上套设有弹簧27，弹簧27的两端分别弹性顶压达里厄型竖向叶片28和支撑台24，弹簧27对达里厄型竖向叶片28始终有一个向远离风轮中心轴4方向的弹性顶压力。

垂直轴风力发电机的工作方法和主要工作原理如下：

在正常的环境风速下，第一直线电机19通过第一直线伸缩推杆18带动同步块16向下插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中，此时在同步块16的作用下，风轮中心轴4与旋转盘15为同步状态；与此同时第二直线电机34通过第二直线伸缩杆36 带动制动杆38和制动块40做远离同步块16的运动，使制动块40与相邻两第二齿体32 之间形成的第二齿沟处于分离状态；此时环境风会带动各达里厄型竖向叶片28，各达里厄型竖向叶片28的转矩通过支撑导杆29传递给风轮中心轴4，从而使风轮中心轴4沿轴线持续旋转，风轮中心轴4的旋转通过同步块16同步带动旋转盘15旋转，进而旋转盘15通过输入轴11带动发电机12内的机芯转子运行，从而持续发电；此时四片达里厄型竖向叶片28均沿风轮中心轴4轴线旋转而产生向外的离心力，从而使风轮中心轴4 在离心力作用下向外稳定紧靠支撑导杆29末端的球顶30，此状态下各达里厄型竖向叶片28均处于离风轮中心轴4最远的位置，各达里厄型竖向叶片28对风轮中心轴4的转矩最大，此状态下发电效率最高，在同等自然风强度下，此状态会带来风轮中心轴4最快的转速，与此同时，此状态下设备的负荷也是最大的；

在突然遇到恶劣大风天气时，风轮中心轴4会过速旋转，从而使旋转盘15的旋转速度已经超出了发电机12的运行负荷，若不进行失速保护则会造成设备损坏的风险，此时立即控制第一直线伸缩推杆18带动同步块16向上运动，使同步块16与相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟分离，此时已经解除了风轮中心轴4与旋转盘15的同步状态，但此时旋转盘15与旋转盘15在惯性作用下还在进行保持原来的同步旋转状态；然后控制第二直线电机34，使第二直线伸缩杆36带动制动杆38和制动块40迅速做靠近同步块16的运动，使制动块40插入相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟中，从而实现将旋转盘15快速制动，此时旋转盘15迅速停止转动，旋转盘15的停止转动会造成线盘23也瞬间停止转动；但是四个各达里厄型竖向叶片28仍然会在惯性和环境风的作用下继续与风轮中心轴4处于同步旋转状态，此时由于线盘23的停止转动，而各达里厄型竖向叶片28仍然在沿风轮中心轴4旋转，这时四根水平失速保护线绳25会在四片达里厄型竖向叶片28的旋转带动下连续卷挠在挠线轴23.3上，由于四根水平失速保护线绳25卷挠在挠线轴23.3上的过程中会变短，从而使四根水平失速保护线绳25 分别将四片达里厄型竖向叶片28向靠近风轮中心轴4的方向向内拉动，从而使四片达里厄型竖向叶片28均逐渐做靠近风轮中心轴4的运动，使四片达里厄型竖向叶片28更加接近风轮中心轴4，从而降低了四片达里厄型竖向叶片28的转矩，从而实现降低风轮中心轴4的转速的目的，进而降低发电机12的运行负荷，当四片达里厄型竖向叶片28 距离风轮中心轴4足够短时，四片达里厄型竖向叶片28的转矩已经降低到可接受的范围，这时重新控制第二直线伸缩杆36带动制动杆38和制动块40做远离同步块16的运动，使制动块40与相邻两第二齿体32之间形成的第二齿沟处于分离状态，解除旋转盘 15的制动状态；随后控制第一直线伸缩推杆18带动同步块16向下瞬间插入相邻两第一齿体81之间形成的第一齿沟中，此时在同步块16的作用下，风轮中心轴4与旋转盘15 重新恢复同步状态；这时由于四片达里厄型竖向叶片28距离风轮中心轴4足够短，传递到风轮中心轴4上的转矩处于可接受范围，发电机12的输入负荷正常，至此实现了恶劣大风天气的失速保护过程；

需要恢复到初始状态时，解除风轮中心轴4与旋转盘15的同步状态的基础上再解除旋转盘15的制动状态，此时达里厄型竖向叶片28会在弹簧27的弹性顶压下制动恢复到离风轮中心轴4最远的位置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.垂直轴风力发电机的失速保护系统，其特征在于：包括竖向的风轮中心轴(4)，风轮中心轴(4)的四周呈圆周阵列分布有四片达里厄型竖向叶片(28)；

风轮中心轴(4)的上端外侧围合有方形环状的支撑台(24)，支撑台(24)通过支撑臂(1)与风轮中心轴(4)的外壁固定支撑连接；

支撑台(24)四周呈圆周阵列分布有四组叶片支撑件，四组叶片支撑件分别支撑连接四达里厄型竖向叶片(28)，每组叶片支撑件均包括两根并列水平的支撑导杆(29)；每片达里厄型竖向叶片(28)的左右部镂空设置有两横向的导孔(41)，两横向的导孔(41)与所对应叶片支撑件的两根支撑导杆(29)对应，两支撑导杆(29)分别同轴心滑动穿过两导孔(41)；达里厄型竖向叶片(28)能沿所对应的支撑导杆(29)的长度方向滑动；每根支撑导杆(29)的末端均固定连接有直径大于导孔(41)的球顶(30)；每根支撑导杆(29)的根部均固定连接在支撑台(24)侧壁；风轮中心轴(4)在旋转时达里厄型竖向叶片(28)会在离心力作用下紧靠球顶(30)。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的失速保护系统，其特征在于：风轮中心轴(4)的内部为上下贯通的空心通道(20)；空心通道(20)内同轴心设置有旋转杆体(2)，旋转杆体(2)的上端从空心通道(20)上端开口(31)穿出，风轮中心轴(4)的上方同轴心设置有线盘(23)，线盘(23)的下端与旋转杆体(2)的上端同轴心固定连接。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机的失速保护系统，其特征在于：线盘(23)包括同轴心间距设置的上线盘(23.1)和下线盘(23.2)，上线盘(23.1)和下线盘(23.2)之间通过同轴心的挠线轴(23.3)同轴心固定连接；上线盘(23.1)与下线盘(23.2)之间形成挠线环槽(22)。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机的失速保护系统，其特征在于：空心通道(20)的内壁固定安装有若干轴承座(21)，若干轴承座(21)通过第三滚珠轴承(3)与旋转杆体(2)转动配合；旋转杆体(2)的下端通过连接轴(5)同轴心固定连接旋转盘(15)上端。

5.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机的失速保护系统，其特征在于：还包括四根呈圆周阵列分布且呈绷紧状态的水平失速保护线绳(25)，四根水平失速保护线绳(25)的一端均固定连接在挠线环槽(22)上的挠线轴(23.3)上，四根水平失速保护线绳(25)的另一端均分别固定连接在四达里厄型竖向叶片(28)靠近风轮中心轴(4)的一侧。

6.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机的失速保护系统，其特征在于：水平失速保护线绳为尼龙材质。

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