一種層疊結(jié)構(gòu)、自動(dòng)變槳的垂直軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于綠色新能源技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有風(fēng)向?qū)Я靼?，風(fēng)輪為上下層疊結(jié)構(gòu)，葉片可自動(dòng)變槳的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置。
【技術(shù)背景】
[0002]在水平軸風(fēng)力機(jī)為主流的風(fēng)電領(lǐng)域，近30年來(lái)水平軸風(fēng)力機(jī)發(fā)揮了巨大的作用。但由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，使其存在一些不易解決的缺陷。如機(jī)艙過(guò)重；幾十噸甚至幾百噸重的發(fā)電設(shè)備要吊裝到幾十米甚至上百米高空的機(jī)艙內(nèi)；塔架所承受的傾翻力矩非常大，對(duì)塔架基礎(chǔ)的要求非常高；從而整體造價(jià)很高。垂直軸(即立軸)風(fēng)力機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電機(jī)組，在某些區(qū)域或位置，有其結(jié)構(gòu)上的明顯優(yōu)勢(shì)。垂直軸風(fēng)電機(jī)組比水平軸風(fēng)電機(jī)組有更好的性價(jià)比，即垂直軸風(fēng)力機(jī)具有整體上設(shè)備制造成本低，安裝、運(yùn)輸、維護(hù)方便，噪音低等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明是在主要發(fā)明人申請(qǐng)的ZL20142012724.8號(hào)實(shí)用新型專利《立軸風(fēng)力發(fā)電裝置》基礎(chǔ)上的一個(gè)突破性的改進(jìn)，或者說(shuō)是一個(gè)升級(jí)版的新結(jié)構(gòu)。ZL20142012724.8號(hào)專利存在阻力型葉片效率低、單層結(jié)構(gòu)不易大型化等不足。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有升力型立軸風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)性能差、風(fēng)能利用率低、避險(xiǎn)能力差的缺陷和不足，提供一種新型層疊結(jié)構(gòu)、葉片自動(dòng)變槳、帶有風(fēng)向?qū)Я髡{(diào)節(jié)板的垂直軸(即立軸)風(fēng)力機(jī)。
[0004]本發(fā)明提供的層疊結(jié)構(gòu)、自動(dòng)變槳的垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括通過(guò)風(fēng)輪主立軸I安裝在支座上的風(fēng)輪及其主立軸，在風(fēng)輪外圍的基礎(chǔ)上通過(guò)導(dǎo)流板立軸8安裝有一組導(dǎo)流板6，導(dǎo)流板用于調(diào)控風(fēng)輪的風(fēng)能捕獲量和風(fēng)向；所述的風(fēng)力機(jī)為層疊式框架結(jié)構(gòu)，在風(fēng)輪主立軸上至少串聯(lián)安裝有兩組框架式風(fēng)輪及導(dǎo)流板，每組框架式風(fēng)輪至少安裝有三個(gè)框架15，每個(gè)框架15內(nèi)安裝有一根葉片轉(zhuǎn)軸2，每根葉片轉(zhuǎn)軸2上安裝有一個(gè)葉片3 ;所述導(dǎo)流板6為長(zhǎng)方形，以寬度方向靠近風(fēng)輪的位置固定在導(dǎo)流板立軸軸承座上；各導(dǎo)流板的水平投影與風(fēng)輪徑向平面夾角相等，各導(dǎo)流板能夠圍繞導(dǎo)流板立軸同步調(diào)整角度。
[0005]所述風(fēng)力機(jī)的葉片3采用自動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)，每個(gè)葉片在垂直方向均設(shè)有一根支撐軸2即葉片轉(zhuǎn)軸2，葉片轉(zhuǎn)軸2在水平方向上靠近葉片前緣，固定在葉片的1/4一 1/3處，葉片轉(zhuǎn)軸2通過(guò)軸承安裝在風(fēng)輪框架15上，在風(fēng)輪框架上靠近葉片位置各安裝有一個(gè)葉片變槳角度限位機(jī)構(gòu)7，以限制葉片最大變槳位置，在風(fēng)力和離心力的合力作用下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變槳。
[0006]所述風(fēng)輪為串聯(lián)層疊結(jié)構(gòu)，每一層風(fēng)輪的葉片3均錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度安裝，使所有葉片3在徑向均布于360度旋轉(zhuǎn)圓柱曲面上；每層風(fēng)輪至少由三個(gè)葉片組成。
[0007]所述風(fēng)輪主立軸軸承座安裝在由導(dǎo)流板立軸8組成的結(jié)構(gòu)支座上，導(dǎo)流板立軸8頂部采用環(huán)形剛性結(jié)構(gòu)連接為一體，且分別與風(fēng)輪主立軸I進(jìn)行徑向剛性連接。
[0008]本發(fā)明垂直軸風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵組件及特點(diǎn):
[0009]1.導(dǎo)流板6的結(jié)構(gòu)、安裝形式及調(diào)節(jié)傳動(dòng)
[0010]在該風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)圓柱面外側(cè)設(shè)有6個(gè)及以上長(zhǎng)方形的風(fēng)向?qū)Я靼?，通過(guò)軸承座安裝在導(dǎo)流板立軸8上。在導(dǎo)流板外側(cè)設(shè)有導(dǎo)流板角度同步調(diào)節(jié)環(huán)形結(jié)構(gòu)5，它和計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)4連接，根據(jù)增速機(jī)10高速軸上的轉(zhuǎn)速信號(hào)，按設(shè)定的參數(shù)適時(shí)調(diào)整導(dǎo)流板的角度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)減速機(jī)通過(guò)齒輪、齒條調(diào)整導(dǎo)流板的角度。
[0011]2.風(fēng)輪的層疊結(jié)構(gòu)及其作用
[0012]本發(fā)明中的風(fēng)輪至少由兩層框架式風(fēng)輪組成，各層風(fēng)輪葉片上下錯(cuò)位安裝，形成層疊結(jié)構(gòu)，它增加了風(fēng)力機(jī)的整體剛性和制造、運(yùn)輸?shù)谋憷?。層疊結(jié)構(gòu)的另一個(gè)作用是使各層風(fēng)輪葉片沿360度均布安裝，以減少風(fēng)力機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的死角范圍。
[0013]3.葉片3自動(dòng)變槳距結(jié)構(gòu)及其作用
[0014]該風(fēng)力機(jī)葉片3通過(guò)其轉(zhuǎn)軸2及軸承安裝在其風(fēng)輪框架內(nèi)。該轉(zhuǎn)軸固定在葉片的水平投影方向上靠近其前緣的1/4?1/3處。在上述風(fēng)輪框架上設(shè)有對(duì)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位機(jī)構(gòu)7，限制葉片在正負(fù)20度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。借助于風(fēng)對(duì)葉片的推力和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力二者的疊加作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變槳距。葉片圍繞其轉(zhuǎn)軸在風(fēng)輪正對(duì)風(fēng)上風(fēng)向的前半部分圓柱曲面，呈現(xiàn)0-20度的正槳距角，從而獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和風(fēng)能利用系數(shù)；而在風(fēng)輪下風(fēng)向的后半部分圓柱曲面，呈現(xiàn)0-20度的負(fù)槳距角，同樣能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和風(fēng)能利用率。風(fēng)輪葉片通過(guò)其固定安裝的水平支撐機(jī)構(gòu)上設(shè)置的限位機(jī)構(gòu)起到槳距角正負(fù)值變化的最大值約束。
[0015]4.導(dǎo)流板粘貼光伏電池板結(jié)構(gòu)及工作方式
[0016]根據(jù)該型風(fēng)電機(jī)組的安裝位置和主風(fēng)向，選擇部分風(fēng)向?qū)Я靼宄蜿?yáng)光側(cè)粘貼柔性光伏電池板，該電池板主要為該風(fēng)電機(jī)組自備電源蓄電池進(jìn)行充電用。在風(fēng)電機(jī)組不發(fā)電期間，自備電源蓄電池可能因自放電失電而不能使風(fēng)電機(jī)組自行工作，因此安裝部分光伏電池能確保風(fēng)電機(jī)組正常工作。
[0017]5.導(dǎo)流板立軸8的作用
[0018]該導(dǎo)流板立軸8不僅作為支撐導(dǎo)流板在其上可轉(zhuǎn)動(dòng)的立軸，也作為該風(fēng)力機(jī)的塔架，既作為風(fēng)輪主立軸I軸承座的結(jié)構(gòu)支座，也作為風(fēng)輪主立軸穩(wěn)定性的框架結(jié)構(gòu)輔助支撐。
[0019]本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
[0020]1、流導(dǎo)板具有增大風(fēng)輪的風(fēng)能捕獲量，并實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)，提尚風(fēng)能利用率的功能。同步調(diào)整各導(dǎo)流板的角度，可控制風(fēng)量及調(diào)控風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。在遇強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，關(guān)閉導(dǎo)流板(即各導(dǎo)流板圍繞其立軸組成環(huán)形立體屏障)，保護(hù)風(fēng)力發(fā)電裝置不受損害。
[0021]2、風(fēng)輪葉片借助于離心力和風(fēng)推力的疊加作用，實(shí)現(xiàn)一定范圍的自動(dòng)變槳，即葉片自動(dòng)調(diào)整槳距角以獲得最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和提高風(fēng)能利用率，從而使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、耐用，也降低了風(fēng)力機(jī)的制造成本。
[0022]3、所述風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪為上下層疊結(jié)構(gòu)，每一層風(fēng)輪葉片相互錯(cuò)位、按360度均布安裝，使所有葉片均布于360度旋轉(zhuǎn)圓柱曲面上，減少了風(fēng)力機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的死角。提高了低風(fēng)速的風(fēng)輪啟動(dòng)性能?？筛鶕?jù)風(fēng)電機(jī)組的功率大小，確定風(fēng)力機(jī)的層數(shù)。
[0023]4、該導(dǎo)流板立軸不僅是導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)所用的支撐立軸，還兼具本發(fā)明風(fēng)力機(jī)的塔架作用，該組立軸與風(fēng)輪主立軸在端部分別進(jìn)行徑向剛性連接，增強(qiáng)了風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的剛性和穩(wěn)定性。風(fēng)輪主立軸軸