CN218542478U - 一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，包括H型风叶、风叶箍、风叶拉索、电动缸、横梁、横梁叶片、闭门器、横梁拉索、中心柱、轮毂、增速机构、支承平台、发电机、制动装置、辅助支承、辅助支承结构和塔架，所述塔架的顶部平台设有增速机构、增速机构的上端位置转动连接有轮毂、增速机构的下部位置连接有发电机、支承平台与横梁的之间位置设有辅助支承结构、横梁与支承平台之间设有轨道轴承辅助支承、横梁上设有横梁叶片。本实用新型为升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，通过结构的设置，实现高、低风速均可发电的目的。且达到安全可靠。

Description

一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组设备技术领域，具体为一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组。

背景技术

风力发电是风能利用的最主要方式，实现将风能转化为电能的装置是风力发电机，主要分为水平轴和垂直轴两种机型，水平轴机型发展比较成熟，与水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有受风多向性、结构简单、地面安装、检测控制方便、维修费用低、受力稳定、寿命更长、对自然环境影响小、投资成本低等诸多特点，而且垂直轴机型比水平轴机型有安装维护方便、噪音小、叶片受力稳定的优点，但由于启动、制动、失速等技术难题没有解决目前只有较小功率离网式风力发电多采用垂直轴风力机，而中大型垂直轴风力机还没有市场化,基于此，本实用新型经在多年研发、计算、试验的基础上可解决这些难题,促进中大型垂直风力机市场化。对垂直机型可以分为阻力型和升力型，阻力型主要是利用气流对叶片前后表面的压强差来驱动叶轮, 升力型引入升力型翼型作为叶片截面，高速旋转时保证顺风区内气流也吹向翼型前缘，风速作用在升力型风力机叶片上的气动力可分解为与入流风速平行(阻力)和垂直(升力)的两个分力，升力在叶片转动方向的投影大于阻力在转动方向上的投影，转轮由升力驱动。阻力型启动性能好，但只有在低速下才能获得较大的风能利用率，随着转速的增加阻力急剧减少，而对升力型反而会增大，所以在高转速时升力型效率比阻力型的高很多，但无论是阻力型还是升力型都普遍以下缺陷：启动扭矩小，结构复杂，而且在强风时容易失速而机组损毁，对比两种机型的特点发现这两种机型有些地方可以相互补充，可将两种机型组合在一起各发挥各自优势，本实用新型首先首创实用新型高效的横梁叶片阻力型垂直轴风力发电机，又首创发了明先进的电动缸调浆H型叶片垂直轴风力发电机，又将这两种机型巧妙结合在一起设计出一款即可以在低风速下利用阻力启动、发电，又能够在高风速下采用H叶片升力发电、限速，而且互不干扰的新型垂直轴风力发电机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，包括H型风叶、风叶箍、风叶拉索、电动缸、横梁、横梁叶片、闭门器、横梁拉索、中心柱、轮毂、增速机构、支承平台、发电机、制动装置、止推轴承、塔架、辅助支承结构和辅助支承结构，所述塔架的顶部支承平台上设有增速机构,所述增速机构的上端位置转动连接有轮毂，所述增速机构的下部位置连接有发电机，所述支承平台与横梁的之间位置设有辅助支承结构，所述横梁叶片上设有闭门器，所述中心柱与横梁之间设有拉索，所述支承平台设在塔架的顶部位置，且支承平台与塔架相固定连接，所述增速机构顶部位置转动连接有制动装置，所述横梁与支承平台之间设有轨道轴承辅助支承，相转动连接设置。所述风叶箍连接有H型风片，所述H型风叶之间设有拉索，所述横梁外端连接有风叶箍，所述电动缸电性连接有H型风叶，所述轮毂与横梁固定连接。

优选的，所述横梁叶片的后端位置设有合叶，横梁叶片与横梁通过闭门器相限位连接设置。

优选的，所述中心柱与横梁之间设有拉索。

优选的，所述辅助支承结构包括减震垫、减震支架和轨道轴承，所述减震支架的下端位置固定连接有减震垫，所述减震支架的下端位置设有轨道轴承。

优选的，所述H型风片包括电动缸和横梁，所述横梁的外端位置处安装有电动缸。

优选的，所述轨道轴承与支承平台相转动连接设置。

优选的，所述H型风片采用三片式结构设置，且与风向保持垂直。

优选的，所述H型风片采用H型结构设计。

优选的，所述H型风片之间设有风叶拉索。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、横梁叶片部分设计的特点：

新型垂直轴风力发电机组总体设计，机组横梁采用等截面桁架结构。在桁架上下面装两组弧形横梁叶片，起到旋转时减少横梁阻力和形成阻力半圆筒的作用，桁架与横梁叶片采用合页铰接，上横梁叶片重心偏左端，下横梁叶片重心偏右端，故在机组静止时靠重心作用横梁叶片自动处于开启半圆筒状态，又由于横梁叶片支点偏心靠右，上下横梁叶片受风面积左侧大于右侧，故当开机开始转动时在风力的作用下叶片处于顺风运动时上下叶片自动成为开启状态，靠闭门器限制横梁叶片位置，并起到极限位置缓冲，两横梁叶片形成半圆筒产生阻力矩驱动机组叶轮旋转发电，而处于逆风运动的横梁叶片由于受风面积不同在风力作用下自动使横梁叶片处于关闭状态，传统的阻力发电机组效率低的原因就是当一个叶片迎风运动时，另一个叶片处于逆风运动，阻力大，此结构与传统的阻力风机比较叶片逆风运动时叶片阻力很小，大大提高了阻力发电的效率。随着机组转速的增加机组风场逐渐形成旋转风场风速逐渐增大，阻力逐渐减少，当H型叶片起作用时，机组叶轮旋转区域内风场使横梁叶片受风完全处于逆风状态时横梁叶片会全部关闭，横梁叶片起导风作用，减少横梁阻力，有助于提高升力部分机组的出力。

二、变桨H型风片部分设计的特点：

变桨H叶片结构，在叶片上设置的H型叶片箍与横梁为插头结构，通过销子铰接，横梁插头孔两端装有抗磨板，在H型叶片箍尾部设一个支点与安装在横梁上的电动缸铰接，H型叶片变桨由电动缸控制，由于电动缸寿命长、精度高、使用方便、可驱动叶片实现变桨旋转，可以机组转动过程中实现实时变桨，在机组启动时改变风叶的迎风攻角实现低风速自启动，在机组运行过程中，根据风速大小，实时自动调整风叶的攻角，使机组始终输出稳定转速，减少电力输出波动提高发电质量和效率，在台风季节或维修时，调整风叶的攻角，使风叶产生阻力，使机组在极小制动力下实现制动，避免大风天气对机组的损坏。

在中心柱与横梁之间设有拉索，改善了横梁的受力情况。减轻横梁重量。

在H型风片之间设有风叶拉索，大大改善了H型风片受力情况，减轻H 型风片重量，安全可靠。

支承平台与横梁之间设有轨道轴承辅助支撑，改善横梁受力情况，减少横梁摆动。提高了机组稳定性。

附图说明

图1为本实用新型主体结构示意图；

图2为本实用新型图1中E处放大图；

图3为本实用新型A-A处放大图；

图4为本实用新型图2中C-C处放大图；

图5为本实用新型的俯视图；

图6为本实用新型H型风片D处放大图；

图7为本实用新型部分结构示意图。

图中：1-合叶；2-横梁叶片；3-H型风片；4-风叶箍；5-闭门器；6-增速机构；7-支承平台；8-发电机；9-制动装置；10-止推轴承；11-塔架；12-辅助支承结构；13-减震垫；14-电动缸；15-横梁；16-减震支架；17-轨道轴承；18-轮毂；19-风叶拉索；20-横梁拉索；21-中心柱；22-辅助支承。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，包括H型风叶3、风叶箍4、风叶拉索19、电动缸14、横梁15、横梁叶片2、闭门器5、横梁拉索20、中心柱21、轮毂18、增速机构6、支承平台7、发电机8、制动装置9、止推轴承10、塔架11和辅助支承结构12，塔架11的顶部支承平台7上设有增速机构6,增速机构6的上端位置转动连接有轮毂16，增速机构6的下部位置连接有发电机8，支承平台7 与横梁15的之间位置设有辅助支承结构12，横梁叶片2上设有闭门器5，中心柱21与横梁15之间设有横梁拉索20，支承平台7设在塔架11的顶部位置，且支承平台7与塔架11相固定连接，横梁15与支承平台7之间设有轨道轴承辅助支承22相转动连接设置。增速机构6顶部位置转动连接有制动装置9，风叶箍4连接有H型风片3，横梁15外端连接有风叶箍4，电动缸14电性连接有H型风叶3，H型风片3之间设有风叶拉索19，轮毂18与横梁15固定连接。

横梁叶片2的后端位置设有合叶1，横梁叶片2与横梁15通过闭门器5 相限位连接设置，辅助支承结构12包括减震垫13、减震支架16和轨道轴承 17，减震支架16的下端位置固定连接有减震垫13，减震支架16的下端位置设有轨道轴承17，H型风片3包括电动缸14和横梁15，横梁15的外端位置处安装有电动缸14，轨道轴承17与支承平台7相转动连接设置，H型风片3 采用三片式结构设置，且与风向保持垂直，H型风片3采用H型结构设计。

新型垂直轴风力发电机组总体设计，机组横梁采用等截面桁架结构，在桁架上下面装两组弧形横梁叶片，起到旋转时减少横梁阻力和形成阻力半圆筒的作用，桁架与横梁叶片采用合页铰接，上横梁叶片重心偏左端，下横梁叶片重心偏右端，故在机组静止时靠重力作用横梁叶片自动处于开启半圆筒状态，又由于横梁叶片支点偏心靠右，上下横梁叶片受风面积左侧大于右侧，故当开机开始转动时在风力的作用下横梁叶片处于顺风运动时上下横梁叶片自动成为开启状态，靠闭门器限制横梁叶片位置，并起到极限位置缓冲，两横梁叶片形成半圆筒产生阻力矩驱动叶轮旋转发电，而处于逆风运动的横梁叶片由于受风面积不同在风力作用下自动使横梁叶片处于关闭状态，传统的阻力发电机组效率低的原因就是当一个叶片迎风运动时，另一个叶片处于逆风运动，阻力大，此结构与传统的阻力风机比较叶片逆风运动时横梁叶片阻力很小，大大提高了阻力发电的效率，随着机组转速的增加机组风场逐渐形成旋转风场风速逐渐增大，阻力逐渐减少，当H型叶片起作用时机组叶轮旋转区域内风场使横梁叶片受风完全处于逆风状态时横梁叶片会全部关闭，叶片起导风作用，减少横梁阻力，有助于提高升力部分机组的出力。

闭门器5的后端位置设有合叶1和横梁叶片2，合叶1与横梁叶片2相限位连接设置，辅助支承结构12包括减震垫13、减震支架16和轨道轴承17，减震支架16的下端位置固定连接有减震垫13，减震支架16的侧端位置设有轨道轴承17，H型风片3包括电动缸14和横梁15，横梁15的顶部位置处安装有电动缸14，轨道轴承17与支承平台7相转动连接设置，H型风片3采用三片式结构设置，且与风向保持垂直，H型风片3采用H型结构设计，变桨H 叶片结构，H型风片3之间设有风叶拉索19，在H型叶片上设置的叶片箍与横梁为插头结构，通过销子铰接，横梁插头孔两端装有抗磨板，在叶片箍尾部设一个支点与安装在横梁上的电动缸铰接，H型叶片变桨由电动缸控制，由于电动缸寿命长、精度高、使用方便、可靠故使用在机组上驱动叶片实现变桨旋转，可以机组转动过程中实现实时变桨，在机组启动时改变风叶的迎风攻角实现低风速自启动，在机组运行过程中，根据风速大小，实时自动调整风叶的攻角，使机组始终输出稳定转速，减少电力输出波动提高发电质量和效率，在台风季节或维修时，调整风叶的攻角，使风叶产生阻力，使机组在极小外制动力下实现制动，避免大风天气对机组的损坏，通过相互的组合连接，共同构成发电体系，更好的进行发电生产工作，有助于整体的配合生产目的，方便进行组合式的安装连接，方便进行架设任务。

工作原理：该机组属于一种创新组合方式，低风速时可通过横梁叶片开启与H叶片攻角的改变进入机组的阻力启动与阻力发电；高风速时横梁叶片自动关闭，H型叶片进入升力发电模式；强风速时通过改变H叶片攻角形成负力矩，可抑制转速增加；提高了机组的有效运行范围和效率。机组通过测速仪测量风速大小，每个H型风叶可根据风速的大小变更风叶攻角，而横梁叶片可根据风力情况自动开关，自动进入阻力启动、阻力发电、升力发电模式，提高了机组使用范围和效率。1、启动，根据风速测速仪测得风速大小改变H 型风叶攻角与横梁叶片同时起阻力作用，驱动机组启动，可显著提高启动力矩，保证了启动可靠性。2、低风速发电，在低风速达不到升力模式的时候，根据风速测速仪测得风速大小改变H型风叶攻角与横梁叶片同时起阻力作用发电。3、额定风速发电，在额定风速达到升力模式的时候，根据风速测速仪测得风速大小改变H型风叶攻角进入升力发电模式，横梁叶片自动关闭。4、强风速发电，在强风速工况时采用升力模式的，根据风速测速仪测得风速大小改变H型风叶攻角使H型风叶成为负力矩，有效抑制机组转速提高，横梁叶片自动关闭，使机组在强风时仍能保持正常的功率输出，抗强风能力好，使用者将合叶1、横梁叶片2、H型风片3、风叶拉索19、风叶箍4、闭门器5、横梁拉索20、中心柱21、增速机构6、支承平台7、发电机8、制动装置9、止推轴承10、塔架11、辅助支承结构12、减震垫13、电动缸14、横梁15、减震支架16、轨道轴承17进行组合连接，实现相互的安装组合工作，方便进行整体的生产，实现发电的功能。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，包括H型风片(3)、风叶箍(4)、风叶拉索(19)、电动缸(14)、横梁(15)、横梁叶片(2)、闭门器(5)、横梁拉索(20)、中心柱(21)、轮毂(18)、增速机构(6)、支承平台(7)、发电机(8)、制动装置(9)、止推轴承(10)、塔架(11)和辅助支承结构(12)，辅助支承(22)，其特征在于：所述塔架(11)的顶部支承平台(7)上设有增速机构(6),所述增速机构(6)的上端位置转动连接有轮毂(18)，所述增速机构(6)的下部位置连接有发电机(8)，所述支承平台(7)与横梁(15)的之间位置设有辅助支承结构(12)，所述横梁(15)与支承平台(7)之间设有轨道轴承辅助支承(22)，所述横梁叶片(2)上设有闭门器(5)，所述中心柱(21)与横梁(15)之间设有横梁拉索(20)，所述支承平台(7)设在塔架(11)的顶部位置，且支承平台(7)与塔架(11)相固定连接，所述增速机构(6)顶部位置转动连接有制动装置(9)，所述风叶箍(4)连接有H型风片(3)，所述横梁(15)外端连接有风叶箍(4)，所述电动缸(14)电性连接有H型风片(3)，H型风片(3)之间设有风叶拉索(19)，所述轮毂(18)与横梁(15)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，其特征在于：所述横梁叶片(2)的后端位置设有合叶(1)，横梁叶片(2)与横梁(15)通过闭门器(5)相限位连接设置。

3.根据权利要求2所述的一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，其特征在于：所述辅助支承结构(12)包括减震垫(13)、减震支架(16)和轨道轴承(17)，所述减震支架(16)的下端位置固定连接有减震垫(13)，所述减震支架(16)的下端位置设有轨道轴承(17)。

4.根据权利要求3所述的一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，其特征在于：所述H型风片(3)包括电动缸(14)和横梁(15)，所述横梁(15)的外端位置处安装有电动缸(14)。

5.根据权利要求4所述的一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，其特征在于：所述H型风片(3)采用三片式结构设置，且与风向保持垂直。

6.根据权利要求5所述的一种升阻结合全风速发电的垂直风力发电机组，其特征在于：所述H型风片(3)采用H型结构设计。

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