CN113958451A - 一种变桨调整型垂直轴风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垂直轴风力发电机技术领域,特指一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,包括塔架、机头组件以及至少两组以上的升力型风轮组件,机头组件包括发电机、支杆安装法兰、变桨安装板以及扭力弹簧,发电机通过发电机安装座固定安装于塔架上,支杆安装法兰可转动地安装于发电机上,且支杆安装法兰与升力型风轮组件的支杆固定连接,变桨安装板可转动地安装于支杆安装法兰上,且变桨安装板与升力型风轮组件的变桨连接杆活动连接,扭力弹簧的第一端定位于变桨安装板上,扭力弹簧的第二端定位于支杆安装法兰上。本发明能有效降低升力型风轮组件的风能利用率,从根本上避免机组产生高速运转及飞车事故,其结构简单,成本低廉,稳定性可靠,安全性较高。
Description
技术领域
本发明涉及垂直轴风力发电机技术领域,特指一种变桨调整型垂直轴风力发电机组。
背景技术
目前传统能源日趋枯竭,发展新能源势在必行,风力发电已有一百五十多年的历史,科学家在分析了大气环流模型之后发现,大气低层的对流气团所包含的风能是非常巨大的,是人类可利用且取之不尽、用之不竭的再生能源之一。因此,在人类面临逐渐加剧的能源危机的情况下,对于风力发电的研究开发也越来越具有重大和深远的现实意义了。在一些发达国家,如美国、荷兰、丹麦、法国、德国、意大利等国,风力发电在其国内的电力结构中已经起到了举足轻重的作用。而在我国,只有少数地区,如新疆、内蒙、甘肃、广东的南澳及汕尾红海湾、福建的漳州东山岛等地设有风力发电站,其总装机容量还不到62000MW,占我国电力比率不及3%。风能发电技术在此背景下也迎来新的发展机遇,世界各国都在大力推广,我国也相继推出了一系列的扶持政策。
现有技术中,垂直轴风力发电机按照风能转化原理归类,主要分为阻力型垂直轴风力发电机和升力型垂直轴风力发电机。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力,而升力型垂直轴风力发电机则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力,阻力型垂直轴风力发电机是利用顺风逆风时的风阻差做功,转速较低,转换效率低下,叶片耗费材料较多,且通常需要另配以增速机构,导致成本过高。而升力型垂直轴风力发电机适于高转速发电机,一般微小型机组可用以直驱发电机,故其叶片成本及发电机的成本均低于阻力型垂直轴风力发电机,基于成本等因素考虑,升力型垂直轴风力发电机成为行业内的发展趋势。但是,目前的风力发电机在高风速时高转速会导致发电机超功率运转烧坏发电机、超速运转导致风轮飞车,叶片损坏等故障发生,难以在较宽的风速范围内工作。
因此,针对现有技术中的存在问题,亟需提供一种抗强风能力好、抗振动性能好、低噪音、运行风速范围较宽的垂直轴风力发电机技术显得尤为重要。
发明内容
针对以上问题,本发明提供了一种结构简单、抗振动性能好、低噪音、稳定性高的变桨调速型垂直轴风力发电机组。
为了实现上述目的,本发明应用的技术方案如下:
一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,包括塔架、机头组件以及至少两组以上的升力型风轮组件,机头组件包括发电机、支杆安装法兰、变桨安装板以及扭力弹簧,发电机通过发电机安装座固定安装于塔架上,支杆安装法兰可转动地安装于发电机上,且支杆安装法兰与升力型风轮组件的支杆固定连接,变桨安装板可转动地安装于支杆安装法兰上,且变桨安装板与升力型风轮组件的变桨连接杆活动连接,扭力弹簧的第一端定位于变桨安装板上,扭力弹簧的第二端定位于支杆安装法兰上。
根据上述方案,所述支杆安装法兰上设有轴套,变桨安装板上设有套筒,变桨安装板上的套筒可转动地套设于支杆安装法兰上的轴套上,轴套的端部穿出套筒,且轴套的端部上设有定位槽,变桨安装板上设有定位柱,扭力弹簧套设于套筒上,且扭力弹簧的第一端定位于定位柱上,扭力弹簧的第二端定位于定位槽内。
根据上述方案,所述支杆安装法兰与升力型风轮组件的支杆的第一端通过固定轴固定连接。
根据上述方案,所述变桨安装板上设有变桨连接板,变桨连接板与升力型风轮组件的变桨连接杆的第一端通过第二活动轴活动连接。
根据上述方案,所述升力型风轮组件包括升力型风叶、风叶箍、支杆以及变桨连接杆,风叶箍固定于升力型风叶上,风叶箍上设有风叶连接耳,支杆的第二端通过第一活动轴活动连接风叶连接耳,变桨连接杆的第二端通过第三活动轴活动连接风叶连接耳。
根据上述方案,所述支杆与变桨连接杆水平间隔设置。
根据上述方案,所述支杆安装法兰与变桨安装板可相对绕其轴线旋转。
根据上述方案,所述支杆安装法兰连接于发电机的枢轴。
根据上述方案,所述发电机为外转子永磁发电机。
根据上述方案,所述升力型风轮组件为两组、三组或五组。
本发明有益效果:
本发明采用这样的结构设置,其中支杆安装法兰与变桨连接杆可转动连接,其运转时离心力产生的转矩与扭力弹簧的扭力方向相反,随着升力型风轮组件转速提高,当反向转矩大于某一阀值时,变桨连接杆与支杆在平面内产生相对位移,驱动升力型风叶绕第一活动轴转动角度,从而改变升力型风叶的迎风角,能有效降低升力型风轮组件的风能利用率,从根本上避免机组产生高速运转及飞车事故,其结构简单,成本低廉,稳定性可靠,安全性较高。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图;
图2是本发明机头组件与升力型风轮组件装配示意图;
图3是本发明机头组件示意图;
图4是本发明发电机安装座、发电机、支杆安装法兰与变桨安装板装配示意图;
图5是本发明支杆安装法兰与变桨安装板装配示意图;
图6是本发明升力型风轮组件示意图;
图7是本发明升力型风轮组件的反向力矩小于扭力弹簧的扭力状态图;
图8是本发明升力型风轮组件的反向力矩大于扭力弹簧的扭力状态图。
1.塔架;2.机头组件;20.套筒;21.发电机安装座;22.发电机;23.支杆安装法兰;24.变桨安装板;25.变桨连接板;26.扭力弹簧;27.定位柱;28.定位槽;29.轴套;3.升力型风轮组件;31.升力型风叶;32.风叶箍;33.风叶连接耳;34.支杆;35.变桨连接杆;40.固定轴;41.第一活动轴;42.第二活动轴;43.第三活动轴;
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1至图8所示,本发明所述一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,包括塔架1、机头组件2以及至少两组以上的升力型风轮组件3,机头组件2包括发电机22、支杆安装法兰23、变桨安装板24以及扭力弹簧26,发电机22通过发电机安装座21固定安装于塔架1上,支杆安装法兰23可转动地安装于发电机22上,且支杆安装法兰23与升力型风轮组件3的支杆34固定连接,变桨安装板24可转动地安装于支杆安装法兰23上,且变桨安装板24与升力型风轮组件3的变桨连接杆35活动连接,扭力弹簧26的第一端定位于变桨安装板24上,扭力弹簧26的第二端定位于支杆安装法兰23上。以上构成本发明基本结构。
本发明采用这样的结构设置,支杆安装法兰23与变桨安装板24可转动连接,其中,支杆安装法兰23与升力型风轮组件3的支杆34固定连接,变桨安装板24与升力型风轮组件3的变桨连接杆35活动连接,升力型风轮组件3运转时,离心力产生的转矩与扭力弹簧26的扭力方向相反,随着升力型风轮组件3转速提高,当反向转矩大于某一阀值时,变桨连接杆35与支杆34在平面内产生相对位移,驱动升力型风叶31绕第一活动轴41转动角度,从而改变升力型风叶31的迎风角,能有效降低升力型风轮组件3的风能利用率,从根本上避免机组产生高速运转及飞车事故,其结构简单,成本低廉,稳定性可靠,安全性较高。
在本实施例中,所述支杆安装法兰23上设有轴套29,变桨安装板24上设有套筒20,变桨安装板24上的套筒20可转动地套设于支杆安装法兰23上的轴套29上,轴套29的端部穿出套筒20,且轴套29的端部上设有定位槽28,变桨安装板24上设有定位柱27,扭力弹簧26套设于套筒20上,且扭力弹簧26的第一端定位于定位柱27上,扭力弹簧26的第二端定位于定位槽28内。采用这样的结构设置,通过轴套29与套筒20配合使得支杆安装法兰23与变桨安装板24可转动连接,通过轴套29上的定位槽28以及变桨安装板24上的定位柱27起到对扭力弹簧26的定位。
在本实施例中,所述支杆安装法兰23与升力型风轮组件3的支杆34的第一端通过固定轴40固定连接。采用这样的结构设置,通过固定轴40实现支杆安装法兰23与支杆34的第一端之间的固定连接,其安装方便。
在本实施例中,所述变桨安装板24上设有变桨连接板25,变桨连接板25与升力型风轮组件3的变桨连接杆35的第一端通过第二活动轴42活动连接。采用这样的结构设置,通过第二活动轴42实现变桨安装板24上的变桨连接板25与变桨连接杆35的第一端之间的活动连接,其安装方便。
在本实施例中,所述升力型风轮组件3包括升力型风叶31、风叶箍32、支杆34以及变桨连接杆35,风叶箍32固定于升力型风叶31上,风叶箍32上设有风叶连接耳33,支杆34的第二端通过第一活动轴41活动连接风叶连接耳33,变桨连接杆35的第二端通过第三活动轴43活动连接风叶连接耳33。采用这样的结构设置,通过风叶箍32将升力型风叶31进行固定,再通过风叶连接耳33与支杆34的第二端以及变桨连接杆35的第二端活动连接,其安装方便。
在本实施例中,所述支杆34与变桨连接杆35水平间隔设置。采用这样的结构设置,使得当反向转矩大于某一阀值时,变桨连接杆35与支杆34在平面内产生相对位移。
在本实施例中,所述支杆安装法兰23与变桨安装板24可相对绕其轴线旋转。
在本实施例中,所述支杆安装法兰23连接于发电机22的枢轴。
在本实施例中,所述发电机22为外转子永磁发电机。
在本实施例中,所述升力型风轮组件3为两组、三组或五组。
本发明的工作原理:
风对升力型风叶31流过时,会产生一定的升力,驱动升力型风轮组件3旋转,带动发电机22转动,输出电能;在运转时,变桨连接杆35产生向径向离心力,变桨安装板24产生与扭力弹簧26的扭力相反的力矩,随着转速的提高,离心力增大(如图7所示,Mo>Mf);当转速到达某一阀值,离心力作用下的反向力矩大于扭力弹簧26的扭矩时(如图8所示,Mo<Mf),变桨连接杆35与支杆34在平面内产生相对位移,驱动升力型风叶31绕第一活动轴41转动角度,从而改变升力型风叶31的迎风角;在离心力的作用下,转速越高离心力越大,升力型风叶31的迎风角越大,升力下降,升力型风轮组件3的风能利用系数逐渐变小,从而在超过额定风速时,随着风速的增加,升力型风轮组件3的转速不会随着线性增加,发电机22在大于额定内速时有较稳定的功率输出,实现发电机22在较宽的风速范围内可以正常运转。
实际应用中,本发明具有如下优点:
1)有效地提高了风轮组的运行风速范围,运行更加可靠;
2)抗强风能力好,无噪音且制造工艺简单;
3)振动小,节约塔架的制作成本;
4)无尾舵回转***,易于加工,制造的综合成本低;。
5)重量轻,便于安装,且降低运输成本;
另外,本发明的发电机组可以满足以下标准:
1)适用的最高风速为45m/s,在高寒地区,适用的最高风速为40m/s;
2)正常运行的温度范围为-20℃~+50℃,高寒地区,正常运行的温度范围为-25℃~+45℃;
3)运行的最高海拔为4000m;
4)运行的最高相对湿度为95﹪。
以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述,但本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:包括塔架(1)、机头组件(2)以及至少两组以上的升力型风轮组件(3),所述机头组件(2)包括发电机(22)、支杆安装法兰(23)、变桨安装板(24)以及扭力弹簧(26),所述发电机(22)通过发电机安装座(21)固定安装于塔架(1)上,所述支杆安装法兰(23)可转动地安装于发电机(22)上,且支杆安装法兰(23)与升力型风轮组件(3)的支杆(34)固定连接,所述变桨安装板(24)可转动地安装于支杆安装法兰(23)上,且变桨安装板(24)与升力型风轮组件(3)的变桨连接杆(35)活动连接,所述扭力弹簧(26)的第一端定位于变桨安装板(24)上,所述扭力弹簧(26)的第二端定位于支杆安装法兰(23)上。
2.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述支杆安装法兰(23)上设有轴套(29),所述变桨安装板(24)上设有套筒(20),所述变桨安装板(24)上的套筒(20)可转动地套设于支杆安装法兰(23)上的轴套(29)上,所述轴套(29)的端部穿出套筒(20),且轴套(29)的端部上设有定位槽(28),所述变桨安装板(24)上设有定位柱(27),所述扭力弹簧(26)套设于套筒(20)上,且扭力弹簧(26)的第一端定位于定位柱(27)上,所述扭力弹簧(26)的第二端定位于定位槽(28)内。
3.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述支杆安装法兰(23)与升力型风轮组件(3)的支杆(34)的第一端通过固定轴(40)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述变桨安装板(24)上设有变桨连接板(25),所述变桨连接板(25)与升力型风轮组件(3)的变桨连接杆(35)的第一端通过第二活动轴(42)活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述升力型风轮组件(3)包括升力型风叶(31)、风叶箍(32)、支杆(34)以及变桨连接杆(35),所述风叶箍(32)固定于升力型风叶(31)上,所述风叶箍(32)上设有风叶连接耳(33),所述支杆(34)的第二端通过第一活动轴(41)活动连接风叶连接耳(33),所述变桨连接杆(35)的第二端通过第三活动轴(43)活动连接风叶连接耳(33)。
6.根据权利要求5所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述支杆(34)与变桨连接杆(35)水平间隔设置。
7.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述支杆安装法兰(23)与变桨安装板(24)可相对绕其轴线旋转。
8.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述支杆安装法兰(23)连接于发电机(22)的枢轴。
9.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述发电机(22)为外转子永磁发电机。
10.根据权利要求1所述的一种变桨调整型垂直轴风力发电机组,其特征在于:所述升力型风轮组件(3)为两组、三组或五组。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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