一种可变径垂直轴风力发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及新能源风力发电领域，具体为一种可变径垂直轴风力发电装置，包括风能吸收机构与变径执行机构。风能吸收机构安装在装置的上部，将风能转化为机械能，主要包括交错分布于两级支撑架内的四片半圆筒形风叶以及中间连接机构。变径执行机构位于装置底部，能实现同步转速功能和风叶调整功能。同步转速功能可保证风能吸收机构运转时，风叶相对开度的稳定性和风力发电机工作的流畅性。风叶调整功能能够有效控制风叶自转，进而实现风能吸收机构在转动的同时叶片重叠比和直径的改变。本发明专利技术能够显著提高垂直轴风力发电装置的启动性能，增加对环境的适应性和工作的平稳性；同时，可更好的与电机特性进行匹配，提高发电装置的风能利用系数。利用系数。利用系数。

【技术实现步骤摘要】
一种可变径垂直轴风力发电装置


[0001]本专利技术涉及新能源风力发电领域，具体为一种可变径垂直轴风力发电装置。

技术介绍

[0002]风力发电装置依据主轴与水平面的相对位置关系，可分为水平轴和垂直轴风力发电装置。水平轴风力发电装置具有风能利用率高的优点，但其占用空间较大、控制调节系统复杂，环境适应性相对较差。目前，垂直轴风力发电机已经广泛应用于小型发电系统，其主要分为阻力型和升力型。传统垂直轴风力发电装置不易避免恶劣天气对发电装置带来的损害，环境适应能力差，风叶启动性能不佳，风能利用系数偏低，使用寿命普遍较短，导致不能较好地推广普及。针对以上问题点，本专利技术提出了一种可变径垂直轴风力发电装置。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提出一种可变径垂直轴风力发电装置。通过变径执行机构实现叶片重叠比和直径的改变，进而提高风力发电装置的启动性能、功率系数、环境适应性和使用寿命。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种可变径垂直轴风力发电装置，包括风能吸收机构与变径执行机构；
[0005]风能吸收机构包括交错分布于两级支撑架内的四片半圆筒形风叶、上下两级支撑架及中间连接机构；上级的支撑架内两片半圆筒形风叶上端的阶梯轴与转动座两端连接，转动座中间伸出的阶梯轴通过轴承安装在上级支撑架的顶板上的轴承座内，上级的支撑架的底板和下级的支撑架的顶板固定，两级支撑架中的半圆筒形风叶通过中间连接机构连接；
[0006]中间连接机构包括齿轮轴一、齿轮一、齿圈、轴承一、轴承座一和轴承二；轴承座一安装在下级的支撑架的顶板上，轴承一安装在轴承座一中，轴承二安装在下级的支撑架顶板内的轴承座里，轴承一和轴承二是上下位置关系，齿圈其外侧的固定环夹固在轴承一和轴承二的内圈之间；齿轮轴一与上级的支撑架内半圆筒形风叶底端伸出的安装轴通过联轴器连接，齿轮一与下级的支撑架内半圆筒形风叶顶端伸出的阶梯轴连接，并且齿轮轴一与齿轮一均与齿圈啮合；
[0007]变径执行机构包括筒体、上盖板、上盖和底板，筒体内部中间还设置有隔板，隔板中部设置有轴承八、轴承九，轴承八和轴承九同轴线且轴承八位于轴承九的上方，隔板的左右两端分别设置有轴承十；齿轮轴四的底部安装在轴承八上，左右两个齿轮轴三通过轴承七安装在齿轮轴四顶部的左右两侧，下级的支撑架内的半圆筒形风叶底端伸出的两根安装轴与两根齿轮轴三通过联轴器连接，齿轮轴四的顶部和上盖底部连接，上盖和上盖板之间配套有轴承六，齿轮轴四的中部还与左右两侧的齿轮二啮合，齿轮二与齿轮轴五的顶端通过平键固定连接，齿轮轴五的底端安装在底板上的轴承十三中，左侧的齿轮轴五的上方安装在隔板左侧的轴承十上，右侧的齿轮轴五的上方安装在隔板右侧的轴承十上，齿轮轴五
的下方与齿轮轴六啮合，底端端部伸出筒体后与外部的发电机连接；锥齿轮轴二安装在齿轮轴六上，且分别与锥齿轮轴一和锥齿轮轴三啮合，锥齿轮轴一的顶部安装在轴承九上，锥齿轮轴三安装在底板上的轴承十一上，锥齿轮轴一和锥齿轮轴三的中心轴线重合，并且与锥齿轮轴二的中心轴线保持空间垂直关系，锥齿轮轴三的底端端部伸出筒体后与下端的调整电机连接；齿轮轴二的顶端安装在上盖中的轴承四中，齿轮轴二的上方两侧还与左右两侧的齿轮轴三啮合，在齿轮轴二的下方加工有外花键，齿轮轴二穿过齿轮轴四后与锥齿轮轴一的内花键配合连接，齿轮轴四内部还设置有轴承三与齿轮轴二配合。
[0008]变径执行机构能实现同步转速功能，可以保证齿轮轴三绕中间齿轮轴二的公转速度与齿轮轴二的自转速度相同，即实现同步转速功能。当调整电机不动作，变径执行机构不进行变径操作时，齿轮轴三无自转，半圆筒形风叶在气流的作用下转动，带动齿轮轴三围绕齿轮轴二公转，从而带动齿轮轴四和上盖一起转动。此时，假设齿轮轴二的自转转速为n，则齿轮轴四的转速为n；齿轮轴四与齿轮二啮合处分度圆半径相同，故齿轮轴五的转速也为n；齿轮轴五与齿轮轴六啮合处分度圆直径比为1：2，故齿轮轴六转速为0.5n；由于调整电机不转动，锥齿轮轴三也不转动，故锥齿轮轴一转速为n，与齿轮轴二的转速n一致，齿轮轴三与齿轮轴二无相对转动。在调整电机动作时，变径执行机构执行变径操作，驱动锥齿轮轴三转动，驱动锥齿轮轴二和锥齿轮轴一的转动。锥齿轮轴一带动齿轮轴二与齿轮轴三产生相对转动，带动半圆筒形风叶转动，实现风能吸收机构叶片重叠比和直径的连续变化。本专利技术能够显著提高垂直轴风力发电装置的启动性能，增加对环境的适应性和工作的平稳性；同时，可更好的与电机特性进行匹配，提高发电装置的风能利用系数。
[0009]上述的一种可变径垂直轴风力发电装置，半圆筒形风叶截面形状为具有一定厚度的半圆形，半圆筒形风叶两端的端板内侧轮廓线为S形，在闭合状态下两片半圆筒形风叶能够组成封闭的圆柱筒体。
[0010]上述的一种可变径垂直轴风力发电装置，齿轮轴五的顶端安装有通过螺栓固定的挡板，可防止齿轮二轴向运动。
[0011]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0012]1.本专利技术整体结构紧凑、制造简单、维修方便、工作噪音低，采用齿轮传动，传动精度高，利于成本控制，易于推广应用。
[0013]2.本专利技术可实现风叶在转动的同时进行风叶开度的调整，进而实现风能吸收机构的变径(风叶重叠比和直径的改变)，提高了装置风能利用系数、启动性能、环境适应性和使用寿命。
附图说明
[0014]图1为一种可变径垂直轴风力发电装置示意图。
[0015]图2为风能吸收机构示意图。
[0016]图3为叶片形状尺寸示意图。
[0017]图4为中间连接机构示意图。
[0018]图5为变径执行机构示意图。
[0019]图6为变径执行机构局部放大图。
[0020]图7为风叶变径过程效果示意图。
[0021]图8为四种试验工况车速变化曲线。
[0022]图9为叶片直径随风速变化图。
[0023]图10为四种工况下叶片吸风功率变化曲线。
[0024]图11为四种工况下发电机的角速度变化图。
[0025]图中标注说明：
[0026]Ⅰ风能吸收机构、Ⅱ变径执行机构。
[0027]1‑
顶板、2
‑
转动座、3
‑
半圆筒形风叶、4
‑
支撑架、5
‑
底板、6
‑
齿轮轴一、7
‑
齿轮一、8
‑
齿圈、9
‑
轴承一、10
‑
轴承座一、11
‑
轴承二、12
‑
筒体、13
‑
上盖板、14
‑
上盖、15
‑
轴承三、16
‑
齿轮轴二、17
‑
轴承四、18
‑
联轴器、19
‑
轴承五、20
‑
齿轮轴三、21
‑
轴承六、22
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变径垂直轴风力发电装置，其特征在于：包括风能吸收机构(Ⅰ)与变径执行机构(Ⅱ)；风能吸收机构(Ⅰ)包括交错分布于两级支撑架内的四片半圆筒形风叶（3）、上下两级支撑架（4）及中间连接机构；上级的支撑架（4）内两片半圆筒形风叶（3）上端的阶梯轴与转动座（2）两端连接，转动座（2）中间伸出的阶梯轴通过轴承安装在上级支撑架的顶板（1）上的轴承座内，上级的支撑架（4）的底板和下级的支撑架（4）的顶板固定，两级支撑架中的半圆筒形风叶（3）通过中间连接机构连接；中间连接机构包括齿轮轴一（6）、齿轮一（7）、齿圈（8）、轴承一（9）、轴承座一（10）和轴承二（11）；轴承座一（10）安装在下级的支撑架（4）的顶板上，轴承一（9）安装在轴承座一（10）中，轴承二（11）安装在下级的支撑架（4）顶板内的轴承座里，轴承一（9）和轴承二（11）是上下位置关系，齿圈（8）其外侧的固定环夹固在轴承一（9）和轴承二（11）的内圈之间；齿轮轴一（6）与上级的支撑架内半圆筒形风叶（3）底端伸出的安装轴通过联轴器连接，齿轮一（7）与下级的支撑架内半圆筒形风叶（3）顶端伸出的阶梯轴连接，并且齿轮轴一（6）与齿轮一（7）均与齿圈（8）啮合；变径执行机构(Ⅱ)包括筒体（12）、上盖板（13）、上盖（14）和底板（38），筒体（12）内部中间还设置有隔板，隔板中部设置有轴承八（26）、轴承九（27），轴承八（26）和轴承九（27）同轴线且轴承八（26）位于轴承九（27）的上方，隔板的左右两端分别设置有轴承十（28）；齿轮轴四（23）的底部安装在轴承八（26）上，左右两个齿轮轴三（20）通过轴承七（22）安装在齿轮轴四（23）顶部的左右两侧，下级的支撑架（4）内的半圆筒形风叶（3）底端伸出的两根安装轴与两根齿轮轴三（20）通过联轴器（18）连接，齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵震，李永鑫，王庆成，王昌泓，延章威，宋文泽，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：