一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种垂直轴风力发电机，尤其是一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机，属于风力发电技术领域。本发明专利技术通过设计带配重球的阻力型支撑杆提升了垂直轴风力发电机的自启动性能和转速稳定性。本发明专利技术通过设计叶片变倾角装置，能够针对不同的叶尖速比实时改变叶片倾角，改善了风力发电机叶片在高度方向上载荷不均匀的情况，从而极大减小了风剪效应的影响。本发明专利技术通过设计并在叶片上加装开裂襟翼来进行局部流动控制，能够显著提高风能利用率。本发明专利技术选用三叶片的风力发电机结构，从而使主轴振动幅度的影响最小，最大程度地降低主轴偏振效应。

【技术实现步骤摘要】
一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机
本专利技术涉及一种垂直轴风力发电机，尤其是一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机，属于风力发电

技术介绍
随着我国经济的快速发展，能源问题越来越成为人们关注的话题，风能作为一种清洁能源被社会重视并不断开发，而且风能作为一种可再生能源，具有储量大、分布范围广、无污染等优点。风力发电机作为获取风能的重要装置，按转轴的相对位置可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。相比于水平轴风发电力机，垂直轴风力发电机具有理论最大风能利用率高、受风多向性，无需对风、受力恒定性，寿命长，易于大型化、发电装置在地面，便于维护等优点，因此具有很大的发展潜力。现有技术中大尺寸H型垂直轴风力发电机的常见结构如图1所示，包括底座100、与底座100连接的主轴200以及叶片500，主轴200自下而上安装有下支撑盘300、上支撑盘700，下支撑盘300、上支撑盘700分别通过下支撑杆400、上支撑杆600与叶片500连接，由于大尺寸H型垂直轴风力发电机的叶片尺寸较大，作为风力发电机的主要受力部件，当叶片长度过长时，风力发电机存在自启动性能比较差、转速不稳定、风剪效应显著、风能利用率低的缺点。因此，如何提供一种自启动性能好、转速稳定、风剪效应小、风能利用率高的大型高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供所解决的技术问题是：提供一种自启动性能好、转速稳定、风剪效应小、风能利用率高的大型高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机。其采用的技术方案如下：本专利技术提供一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机，包括固定于地面的底座，所述底座上端依次固定连接电刷滑环支架轴以及发电电机支架，在所述电刷滑环支架轴外部固定连接有电刷滑环，所述发电电机支架与发电电机的定子部分固定连接，所述发电电机的转子部分与下支撑盘固定连接，所述下支撑盘周向连接有三个呈120°分布的带配重球的阻力型支撑杆，所述带配重球的阻力型支撑杆的另一端通过转轴铰链与固定设置于叶片下部的转轴铰链套连接，所述下支撑盘上端依次固定连接有主轴管体、电机支架管体以及电机支架上法兰，所述电机支架管体内设置有步进电机，所述步进电机固定安装于电机支架上法兰下表面且其输出轴伸出所述电机支架上法兰，所述步进电机输出轴外部套装有轴承，所述轴承固定设置于电机支架上法兰顶部凹槽中，所述轴承上端设置有轴承支柱，所述轴承支柱内孔下端与所述步进电机输出轴固定连接，上端与上支撑盘固定连接，所述上支撑盘周向安装有三个呈120°分布的上支撑盘支柱，所述每个上支撑盘支柱上安装有上支撑杆，所述上支撑杆的另一端通过球铰链与固定设置于叶片上部的球铰接套连接，所述叶片上固定设置有与其高度相等的开裂襟翼。优选的，所述底座与所述电刷滑环支架轴之间、所述电刷滑环支架轴与所述发电电机支架之间分别通过法兰盘连接，所述电刷滑环通过螺栓固定安装在电刷滑环支架轴上，所述发电电机的转子部分与下支撑盘通过法兰盘连接，所述主轴管体与所述下支撑盘之间、所述电机支架管体与主轴管体之间分别通过法兰盘连接，所述轴承支柱顶部通过法兰盘与上支撑盘连接。优选的，所述带配重球的阻力型支撑杆包括支撑杆主体，所述支撑杆主体为倾斜角度为10°的斜杆且靠近叶片的一端高、远离叶片的一端低，所述支撑杆主体上端开设有配重球容置槽，所述配重球容置槽内放置有多个配重球，所述配重球容置槽上方固定安装有挡板，所述支撑杆主体一侧面固定设置有横截面为V形的阻力片，所述阻力片的凸部工作在逆风区正对来流方向，用于减小这一侧的阻力系数，使这一侧所受的风阻力小于另一侧。所述转轴铰链包括转轴铰链主体，所述转轴铰链主体开设有第一连接槽，所述转轴铰链套开设有多个第一连接孔，所述转轴铰链套悬臂端插入第一连接槽内并通过第一连接螺栓锁紧固定，所述支撑杆主体通过转动接头与所述转轴铰链主体连接在一起。优选的，所述上支撑杆靠近叶片的一端开设有卡槽，所述球铰链包括连接头、球头挡板、球座以及球铰链主体，所述球铰链主体左端开设有凹槽，所述凹槽内设置有球座，所述球座左端固定设置有球头挡板，所述连接头左端固定安装在所述卡槽内，右端穿过球头挡板中心孔后转动安装在所述球座内，所述连接头包括一体成型的直杆段、锥形段以及球头，所述直杆段固定安装在卡槽内，所述球头与球座之间构成球铰接触，所述球铰链主体右端开设有第二连接槽，所述球铰接套开设有多个第二连接孔，所述球铰接套悬臂端插入第二连接槽内并通过第二连接螺栓锁紧固定。优选的，所述叶片靠近尾缘的一侧面固定设置有开裂襟翼，所述开裂襟翼与叶片等高，且开裂襟翼长度为22％c、布置位置92％c、偏转角为10°，其中，c为叶片的弦长。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术通过设计带配重球的阻力型支撑杆提升了垂直轴风力发电机的自启动性能和转速稳定性。2、本专利技术通过设计叶片变倾角装置，能够针对不同的叶尖速比实时改变叶片倾角，改善了风力发电机叶片在高度方向上载荷不均匀的情况，从而极大减小了风剪效应的影响。3、本专利技术通过设计并在叶片上加装开裂襟翼来进行局部流动控制，能够显著提高风能利用率。4、本专利技术选用三叶片的风力发电机结构，从而使主轴振动幅度的影响最小，最大程度地降低主轴偏振效应。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1：现有技术中大尺寸H型垂直轴风力发电机的结构示意图；图2：本专利技术的整体结构示意图；图3：本专利技术图2的主视图；图4：本专利技术图2的剖视图；图5：本专利技术另一视角的结构示意图；图6：本专利技术的局部放大图；图7：本专利技术图6的剖视图；图8：本专利技术叶片的端面图；图9：本专利技术图8的局部放大图；图10：本专利技术开裂襟翼安装前后Cp-TSR曲线图；图11：本专利技术叶片数量对主轴合成力大小影响的曲线图。符号说明：1、底座，2、电刷滑环支架轴，3、电刷滑环，4、发电电机支架，5、发电电机，6、下支撑盘，7、带配重球的阻力型支撑杆，8、转轴铰链套，9、转轴铰链，10、主轴管体，11、电机支架管体，12、步进电机，13、电机支架上法兰，14、轴承，15、轴承支柱，16、上支撑盘，17、球铰接套，18、球铰链，19、上支撑盘支柱，20、上支撑杆，21、叶片，22、开裂襟翼，23、配重球，24、阻力片，25、挡板，26、支撑杆主体，27、转动接头，28、转轴铰链主体，29、第一连接槽，30、第一连接螺栓，31、第一连接孔，32、卡槽，33、连接头，34、球头挡板，35、球座，36、球铰链主体，37、第二连接槽，38、第二连接螺栓，39、第二连接孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机，包括固定于地面的底座，其特征在于：所述底座上端依次固定连接电刷滑环支架轴以及发电电机支架，在所述电刷滑环支架轴外部固定连接有电刷滑环，所述发电电机支架与发电电机的定子部分固定连接，所述发电电机的转子部分与下支撑盘固定连接，所述下支撑盘周向连接有三个呈120°分布的带配重球的阻力型支撑杆，所述带配重球的阻力型支撑杆的另一端通过转轴铰链与固定设置于叶片下部的转轴铰链套连接。所述下支撑盘上端依次固定连接有主轴管体、电机支架管体以及电机支架上法兰，所述电机支架管体内设置有步进电机，所述步进电机固定安装于电机支架上法兰下表面且其输出轴伸出所述电机支架上法兰，所述步进电机输出轴外部套装有轴承，所述轴承固定设置于电机支架上法兰顶部凹槽中，所述轴承上端设置有轴承支柱，所述轴承支柱内孔下端与所述步进电机输出轴固定连接，上端与上支撑盘固定连接，所述上支撑盘周向安装有三个呈120°分布的上支撑盘支柱，所述每个上支撑盘支柱上安装有上支撑杆，所述上支撑杆的另一端通过球铰链与固定设置于叶片上部的球铰接套连接，所述叶片上固定设置有与其高度相等的开裂襟翼。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效稳定的变倾角H型垂直轴风力发电机，包括固定于地面的底座，其特征在于：所述底座上端依次固定连接电刷滑环支架轴以及发电电机支架，在所述电刷滑环支架轴外部固定连接有电刷滑环，所述发电电机支架与发电电机的定子部分固定连接，所述发电电机的转子部分与下支撑盘固定连接，所述下支撑盘周向连接有三个呈120°分布的带配重球的阻力型支撑杆，所述带配重球的阻力型支撑杆的另一端通过转轴铰链与固定设置于叶片下部的转轴铰链套连接。所述下支撑盘上端依次固定连接有主轴管体、电机支架管体以及电机支架上法兰，所述电机支架管体内设置有步进电机，所述步进电机固定安装于电机支架上法兰下表面且其输出轴伸出所述电机支架上法兰，所述步进电机输出轴外部套装有轴承，所述轴承固定设置于电机支架上法兰顶部凹槽中，所述轴承上端设置有轴承支柱，所述轴承支柱内孔下端与所述步进电机输出轴固定连接，上端与上支撑盘固定连接，所述上支撑盘周向安装有三个呈120°分布的上支撑盘支柱，所述每个上支撑盘支柱上安装有上支撑杆，所述上支撑杆的另一端通过球铰链与固定设置于叶片上部的球铰接套连接，所述叶片上固定设置有与其高度相等的开裂襟翼。


2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述底座与所述电刷滑环支架轴之间、所述电刷滑环支架轴与所述发电电机支架之间分别通过法兰盘连接，所述电刷滑环通过螺栓固定安装在电刷滑环支架轴上，所述发电电机的转子部分与下支撑盘通过法兰盘连接，所述主轴管体与所述下支撑盘之间、所述电机支架管体与主轴管体之间分别通过法兰盘连接，所述轴承支柱顶部通过法兰盘与上支撑盘连接。


3.根据权利要求1和2所述的垂直轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立军，焦刘阳，孙学法，张亚广，缪俊杰，胡阔亮，李想，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37