基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，包括上支架、可转动柱体、下支架、永磁同步发电机；所述的可转动柱体轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体的上端通过深沟球轴承与上支架连接，可转动柱体的下端通过推力调心滚子轴承与下支架连接，保证可转动柱体只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；可转动柱体通过齿轮箱与永磁同步发电机连接；永磁同步发电机依次通过连接整流器、直流环节、逆变器并入电网。本发明专利技术装置制造安装成本低，结构简单，重量轻，易于输运，运行稳定，可充分利用自然界中各向风进行发电，极大的提高了风能的利用效率。

【技术实现步骤摘要】
基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置
本专利技术涉及风力发电
，具体是一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置。
技术介绍
随着世界能源消耗速度的快速增长以及不可再生能源的储量不断减少，创新技术来提高可再生能源的利用效率变得愈发重要。现阶段随着风力发电厂的大量建立，风力发电在可再生能源发电中所占比重不断增长。然而目前普遍应用的叶片式风力发电机的单位产能已经达到瓶颈，如果希望进一步提高风电产能，则需要建立更多的风力发电装置。但是，现行风力发电设备普遍存在结构复杂，制造安装成本高，以及叶片质量大且形状不规则引起输运困难等一系列难以解决的问题。同时，传统风力发电装置只有将叶片组正对自然风，才能够最有效地利用风能进行发电，然而自然界中风的波动性、不确定性很强，其速度及方向均是时刻变化的，需要根据风向不断调节叶片组的朝向，但一方面，叶片组朝向的调节范围有限；另一方面，根据风向调节叶片组存在一定的滞后，因此不可避免地导致大部分风能难以得到有效利用。当空气来流作用在刚性物体上时，物体后方会出现交替脱落的涡，使得物体受到横向及流向的脉动压力，进而引起刚性物体发生运动，同时，物体运动又会反过来改变尾流结构。这种流固耦合现象常见于各类实际应用。
技术实现思路
针对传统风力发电设备结构复杂，制造安装成本高以及仅能利用一定方向范围内的风能进行发电的缺点，本专利技术提供一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，其优点在于装置制造安装成本低，结构简单，重量轻，易于输运，运行稳定，可充分利用自然界中各向风进行发电，极大的提高了风能的利用效率。本专利技术提供的一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置的技术方案如下所述：基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，包括上支架、可转动柱体、下支架、永磁同步发电机；所述的可转动柱体轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体的上端与上支架转动连接，可转动柱体的下端与下支架转动连接，保证可转动柱体只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；可转动柱体与永磁同步发电机连接；永磁同步发电机依次通过连接整流器、直流环节、逆变器并入电网。具体的，所述的可转动柱体的上端通过深沟球轴承与上支架连接，可转动柱体的下端通过推力调心滚子轴承与下支架连接，保证可转动柱体只具备绕其轴线转动的单一自由度。所述的深沟球轴承，连接可转动柱体及其上支架，为可转动柱体提供径向支撑，也可以根据具体需求选用其他支撑结构。所述的推力调心滚子轴承，连接可转动柱体及其下支架，为可转动柱体提供轴向支撑，也可以根据具体需求选用其他支撑结构。所述的可转动柱体，其本体可选为椭圆柱、方形柱、三角柱或者其他多边形截面的柱体结构。所述的可转动柱体可选为空心封闭壳体，壳体可选用钢等强度及刚度较大的材料。同时空心壳体的设计可适当降低可转动柱体的转动惯量，达到较好的发电效果，可转动柱体也可以根据实际需要设置为实心或半实心结构。所述的可转动柱体轴线垂直于地面安装，可以选择合理的安装高度避免空气来流受到其他物体阻碍，同时自身结构保证了全部方向的自然风均可作用于可转动柱体，实现全风向激励的发电。所述的可转动柱体转动轴线可位于可转动柱体中心，也可以设置为偏心轴形式。所述的上支架、下支架可选用钢等强度较大的材料，在保障可靠性的前提下，可以选用较小的支架体积以减轻对空气来流的影响。所述的可转动柱体通过齿轮箱与永磁同步发电机连接。所述的齿轮箱内部包括齿轮传动装置，其作用是：将可转动柱体传递进来的较低转速提升至永磁同步发电机所需要的较高转速，并传递给永磁同步发电机，同时可以根据实际需要调整转动方向，将转动方向由绕柱体轴线的转动调整为绕永磁同步发电机主轴的转动。所述的齿轮箱可根据实际情况选用，也可以将可转动柱体的转动动能直接传递给永磁同步发电机。所述的永磁同步发电机内通过金属线圈切割磁感线，将转动动能转换为电能，同时向外界输出频率与可转动柱体转动速度相关的三相交流电。所述的整流器，将任意频率的三相电流整流为直流电。所述的直流环节，采用电容器和电感器实现稳压与滤波。所述的逆变器，将直流电转换为三相60Hz的交流电，同时将其并入电网。所述的推力调心滚子轴承、齿轮箱、永磁同步发电机、整流器、逆变器均安装在风力发电装置低部的封闭容器内部。所述的风力发电装置可以单独安装使用，也可以将数个发电装置呈阵列排布，协同发电。本专利技术提供的基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，，首先将风能转换为柱体的转动动能，随后利用转动动能进行发电。可转动柱体在不同的风速以及不同的自身转动惯量下，能够呈现出多种不同的定向或非定向转动状态。因此，在不同的地区，可以通过合理设置可转动柱体的尺寸以及材料，使得本专利技术所述风力发电装置的发电效率达到最高。与现有风力发电设备相比，本专利技术具有以下突出优势：装置制造安装成本低，结构简单，重量轻，易于输运，运行稳定，可充分利用自然界中各向风进行发电，极大的提高了风能的利用效率。附图说明图1为全风向发电装置三维示意图；图中：1上支架，2深沟球轴承，3可转动柱体，4推力调心滚子轴承，5下支架，6齿轮箱，7永磁同步发电机，8整流器，9直流环节，10逆变器。图2为可转动柱体截面结构示意图；具体实施方式为了能够更加清楚地介绍本专利技术的技术方案，突出本专利技术的优势，下面会结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。如图1所示，基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，包括上支架1、可转动柱体3、下支架5、永磁同步发电机7；本实施例中，所述的可转动柱体3轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体3的上端通过深沟球轴承2与上支架1连接，可转动柱体3的下端通过推力调心滚子轴承4与下支架5连接，保证可转动柱体3只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；可转动柱体3通过齿轮箱6与永磁同步发电机7连接；永磁同步发电机7依次通过连接整流器8、直流环节9、逆变器10并入电网。如图2所示，所述的可转动柱体3，其本体可选为椭圆柱、方形柱、三角柱或者其他多边形截面的柱体结构。可转动柱体3可设置为空心封闭壳体，壳体可选用钢等强度及刚度比较大的材料。同时空心壳体的设计可适当降低可转动柱体的转动惯量，达到较好的发电效果，可转动柱体也可以根据实际需要设置为实心或半实心结构。所述的可转动柱体3轴线垂直于地面安装，可以选择合理的安装高度避免空气来流受到其他物体阻碍，同时自身结构保证了全部方向的自然风均可作用于可转动柱体3，实现全风向激励的发电。所述的可转动柱体3在不同的风速以及不同的自身转动惯量下，能够呈现出多种不同的定向或非定向转动状态。因此，在不同的地区，可以通过合理设置可转动柱体的尺寸以及材料，使得本专利技术所述风力发电装置的发电效率达到最高。所述的可转动柱体3的上下两端分别通过侧深沟球轴承2及推力调心滚子轴承4与上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，其特征在于，包括上支架(1)、可转动柱体(3)、下支架(5)、发电装置(7)；/n所述的可转动柱体(3)轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体(3)与支架(1)(5)转动连接，保证可转动柱体(3)只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；/n可转动柱体(3)与发电装置(7)连接；/n发电装置(7)依次通过连接整流器(8)、直流环节(9)、逆变器(10)将电能并入电网。/n当空气来流作用于可转动柱体时，基于流固耦合现象，柱体会将一部分风能转换为自身转动动能，并通过发电装置将转动动能转换为电能。/n

【技术特征摘要】
1.基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，其特征在于，包括上支架(1)、可转动柱体(3)、下支架(5)、发电装置(7)；
所述的可转动柱体(3)轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体(3)与支架(1)(5)转动连接，保证可转动柱体(3)只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；
可转动柱体(3)与发电装置(7)连接；
发电装置(7)依次通过连接整流器(8)、直流环节(9)、逆变器(10)将电能并入电网。
当空气来流作用于可转动柱体时，基于流固耦合现象，柱体会将一部分风能转换为自身转动动能，并通过发电装置将转动动能转换为电能。


2.根据权利要求1所述的基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，其特征在于，所述的可转动柱体(3)的上端通过深沟球轴承(2)与上支架(1)连接，可转动柱体(3)的下端通过推力调心滚子轴承(4)与下支架(5)连接。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘振海，于佳令，李利春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31