一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置制造方法及图纸

本申请提供了一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，设备包括可控水泵、储水器、液位传感器和核心控制设备。本申请提供的频率控制装置能对基于卡门涡街原理的风力发电机的主杆振动固有频率进行调节，使其与漩涡脱落频率接近，达到共振的目的，从而提高对风能的吸收率。

A frequency control device for wind turbines based on Carmen vortex street principle

The application provides a frequency control device for a wind generator based on the Karman vortex street principle. The equipment includes a controlled water pump, a water reservoir, a liquid level sensor and a core control device. The frequency control device provided in this application can adjust the natural frequency of the vibration of the main rod of a wind generator based on the principle of Karman vortex street so as to make it close to the frequency of vortex shedding and achieve the purpose of resonance, thereby improving the absorption rate of wind energy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置
本专利技术涉及风力发电领域，尤其是一种用于调节基于卡门涡街原理的风力发电机的振动主杆频率的控制装置。
技术介绍
卡门涡街是流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋。近些年来，随着技术的发展，出现了基于卡门涡街原理的风力发电机，利用风流经物体产生的卡门涡街使物体产生振动，利用振动产生的能量进行发电。但目前的基于卡门涡街原理的风力发电机技术仍存在一些限制，因为卡门涡街产生的频率与风速相关，风速变化时卡门涡街频率会发生相应的变化。如果风力机的振动主杆频率固定不变，将只能在某个固定风速附近形成共振吸收较大风能，其他风速区域振动主杆只能获得较小振幅，风能吸收率较低。如何在更广的风速范围内获得较高的风能吸收率，仍然是本
待解决的问题。本申请利用改变物体的质量和重心来改变物体的固有频率，从而使得振动系统中物体的固有振动频率与外界激励频率接近，进入共振状态。根据风速的不同，对振动主杆的固有频率进行调节，使得振动主杆在更多风速下都能形成共振，从而提高了风能吸收率。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，该装置能对基于卡门涡街原理的风力发电机的主杆振动固有频率进行调节，使其与漩涡脱落频率接近，达到共振的目的，从而提高对风能的吸收率。本专利技术提供的技术方案如下：一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，设备包括可控水泵、储水器、液位传感器和核心控制设备。所述储水器中的液体通过可控水泵的控制进出水来改变其体积，达到改变质量和重心的目的，从而实现固有频率的改变。其中，所述可控水泵被所述核心控制设备控制工作状态。优选地，所述储水容器以嵌套方式固定在风力接收装置的振动主杆上。优选地，所述储水容器内采用分层结构且每层的隔板之间开一个槽，使得层与层之间的液体流通，而分层结构又使得各层内的液体保持稳定不会随振动主杆的摆动而剧烈晃动。优选地，所述液位传感器通过每层隔板上的槽固定在储水容器内壁槽口。优选地，所述储水容器底部还设有水管接口连接所述可控水泵。优选地，所述可控水泵为可逆式单进单出水泵，实现改变储水器内水量的作用。本专利技术提供的基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，包括可控水泵、储水器、水位监测系统和核心控制设备。核心控制设备读取测风仪的风速数据按一段时间取平均值，同时水位监测系统将储水器内液位信号输出给核心控制设备，两者数据通过控制设备运算程序处理后，输出控信号控制水泵，来改变储水器内的水量，水量的改变使得储水容器总质量和重心发生改变，以此来改变风能接收装置的固有频率实现共振，从而在更多的风速下充分吸收风能，提高风能利用率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的储水器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的液位传感器的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，包括可控水泵（3）、储水器（1）、液位传感器（8）和核心控制设备（5）。所述储水器（1）包括分层结构（1-1）和水位流通槽（1-2）。所述储水器（1）嵌套在振动主杆（2）上。所述储水器（1）的上端设置有液位传感器（8），用于探测所述储水器（1）中的实际液位高度。所述储水器（1）下端设置有进出水的管口。所述储水器（1）的水管外侧接有可控水泵（3）和蓄水池（4），其水管有一定的伸缩性可适应振动主杆（2）的摆动。所述核心控制设备（5）为单片机，其中设定程序，进行算法的运算，控制所述可控水泵（3）进行工作。所述液位传感器（8）和集线装置（7）组成水位监测系统，集线装置（7）将液位传感器（8）测得的液位信号转换为标准的电信号输出给核心控制设备（5）。核心控制设备读取测风仪（6）的风速数据按一段时间取平均值，同时水位监测系统将储水器（1）内液位信号输出给核心控制设备（5），两者数据通过控制设备运算程序处理后，输出控信号控制水泵（3），来改变储水器内的水量，水量的改变使得储水容器总质量和重心发生改变，以此来改变风能接收装置的固有频率实现共振，从而在更多的风速下充分吸收风能，提高风能利用率。根据卡门涡街线涡脱落频率公式与振动主杆的固有频率计算公式，设V代表气流速度，St代表斯特劳哈尔数，d代表振动主杆的直径,k代表振动主杆的刚度系数，f代表线涡的脱落频率，ω代表脱落线涡对振动主杆产生激励的频率，m0代表水泵每次工作前装置的质量，ω0代表水泵每次工作前装置的固有频率。ω＝2πf其中当雷诺数为300-3×10^5时，St近似于常数值0.21。根据水泵质量流量的关系公式与振动主杆的固有频率计算公式。设Qm、Q分别代表水泵的质量流量、体积流量，ρ代表液体密度,t代表水泵每次的工作时长，m1代表每次水泵工作时储水器中变化的质量，且进水时m1为正，抽水时m1为负，ω1代表水泵每次工作后装置的固有频率。Qm＝Q*ρm1＝Qm*t其中当基于卡门涡街的风力机再次进入共振状态时ω1＝ω将上述中的ω、f代入得因此，通过本专利技术实施例控制水泵每一次的工作时长，则装置每次工作时所述储水器质量将会增加或者减少定值，以达到控制振动主杆固有频率的目的，进而使主杆振动频率与外界激励频率相近，进入共振模式。因此，主杆振幅将会大幅度提升，至振动主杆的限位位置，提高风能的利用率。如图2所示，本专利技术实施例提供的风力机频率控制装置的储水器包括对储水器进行分层的隔板（1-2）和槽（1-1）。具体的隔板（1-2）将储水器分隔成每层高度很小的小单元且每层的隔板之间开一个矩形的槽（1-1）。其中槽（1-1）为储水器的筒壁的一边与矩形的宽对应，其长度为水位探测器的直径，进一步的固定水位探测器，使得层与层之间的液体流通，而分层结构又使得各层内的液体保持稳定不会随振动主杆的摆动而剧烈晃动。由此减小储水器中液体随着振动主杆振动时的对振动系统造成的冲击。如图3所示，，所述水位探测器利用螺纹连接固定在振动主杆上，使之随着振动主杆一起左右振动，减小在液位测量过程中的误差。如图3所示，本专利技术实施例提供的风力机频率控制装置液位传感器与集线模块组成水位监测系统，且液位传感器将获得的液位数据通过集线模块输入到单片机。具体的液位传感器利用正负探极间充入液体介质形成的电容随着水位呈线性变化，将电容的变化量（即液位的变化量）转换成标准的电信号输出。利用该传感器来检测储水容器的水面高度，将其数据作为单片机的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，其特征在于，包括储水器（1）、可控水泵（3）、核心控制单元(5)和液位传感器（8），所述储水器（1）与基于卡门涡街原理的风力发电机的振动主杆相连，该频率控制装置通过对所述储水器（1）进出水量的控制使得振动部件的质量和重心发生改变，从而改变其固有频率，实现与卡门涡街频率共振，从而使得发电效率更高，其中，所述储水器（1）包括分层结构（1‑1）和水位流通槽（1‑2）。

【技术特征摘要】
1.一种基于卡门涡街原理的风力发电机的频率控制装置，其特征在于，包括储水器（1）、可控水泵（3）、核心控制单元(5)和液位传感器（8），所述储水器（1）与基于卡门涡街原理的风力发电机的振动主杆相连，该频率控制装置通过对所述储水器（1）进出水量的控制使得振动部件的质量和重心发生改变，从而改变其固有频率，实现与卡门涡街频率共振，从而使得发电效率更高，其中，所述储水器（1）包括分层结构（1-1）和水位流通槽（1-2）。2.如权利要求1所述的风力发电机的频率控制装置，其特征在于，所述储水器（1）嵌套在振动主杆（2）上。3.如权利要求1所述的风力发电机的频率控制装置，其特征在于，所述储水器（1）下端设置有进出水的管口。4.如权利要求1所述的风力发...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖力达，向伟贤，邹坤，聂晶，肖雄，陈婉祎，禹达，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43