本发明属于风力发电技术相关领域，更具体地，涉及一种h型垂直轴风力机能量缓冲装置。
背景技术：
截止到2016年末，我国的可再生能源发电装机容量已经达到5.7亿千瓦，其中风力发电装机容量为1.49亿千瓦，占全部电力装机容量的9.0％，是一种重要的可再生能源发电方式。目前风力发电中，水平轴风力机技术发展成熟，在市场上占有大部分份额。但研究结果表明，垂直轴风力机在很多方面比水平轴风力机更有优越性，是目前风力发电领域重要的发展方向。
垂直轴风力机根据受力方式不同，可分为阻力型风力机和升力型风力机，其中阻力型风力机为低转速型，如s型，升力型发电机为高转速型，如h型和d型。其中h型垂直轴风力机具有结构简单且安装维护方便，无需对风，噪音小，抗风能力强等优点，并且低速时性能良好，因此在小型风力发电机中应用较为广泛。虽然h型垂直轴风力机有诸多优点，但仍存在一些待解决的问题阻碍了其向主流机型的发展。如传统的h型垂直轴风力机，由于其叶尖速较大，转速随风速的变化波动较大，导致其输出功率稳定性较差，不利于风电并网，并且容易出现反复启停的问题。
现有技术中针对h型垂直轴风力机存在的输出功率不稳定的问题已经提出了一些解决方案。例如cn201010292326.8公开了一种垂直轴风力机，对风机叶片的结构进行了改进，cn201310117771.4公开了一种变桨距垂直轴风力机，利用控制系统对叶片进行变桨距调节等。但是上述方法的技术复杂、成本较高因此适用性不强，不利于广泛应用。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种h型垂直轴风力机能量缓冲装置，其中对其关键组成部件如能量缓冲单元和离心调速单元等的具体结构及其设置方式的改进研究，同时对其整体结构布局重新做出针对性设计，相应在保证风力机输出功率稳定性的同时可有效改善风力机的启动性能，因而尤其适用于各种h型垂直轴风力机的制造及应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种h型垂直轴风力机能量缓冲装置，其特征在于，包括能量缓冲单元和离心调速单元，其中：
所述能量缓冲单元包括嵌合安装于水平支撑杆上并可沿所述水平支撑杆左右滑动的滑块，所述滑块通过缓冲弹簧与主轴相连；
所述离心调速单元包括三个外部套于所述主轴上的套筒，并且沿着所述主轴由上到下依次为固定套筒、中部套筒和下端套筒，其中所述中部套筒和所述下端套筒可随离心弹簧的伸缩沿所述主轴上下滑动；套有重物的套环分别通过连杆与所述固定套筒和所述下端套筒联接，该套环通过所述离心弹簧与所述中部套筒联接；与所述套环联接的挡板置于所述滑块外端，并限制该滑块沿所述水平支撑杆向远离所述主轴方向滑动；风机启动时，所述挡板通过限制所述滑块的滑动避免对该风力机启动性能的影响，风速升高后所述挡板上升高于所述滑块，该滑块可自由滑动实现能量缓冲作用。
作为进一步优选地，所述缓冲弹簧优选为两个。
作为进一步优选地，与所述固定套筒和所述下端套筒联接的连杆长度相同，并且所述中间套筒位于该固定套筒和该下端套筒的中间位置。
作为进一步优选地，所述套环由五个小环组成，其中最中间的小环与所述挡板联接，另外四个小环与所述连杆联接，所述小环能够以所述重物为轴发生相对转动。
作为进一步优选地，所述重物的质量小于所述滑块的质量。
按照本发明的另一方面，提供了一种h型垂直轴风力机，其特征在于，安装有上述h型垂直轴风力机能量缓冲装置。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过设置能量缓冲单元，利用滑块和风力机角动量的相互转换，可在风速变化的条件下减小其对风力机转速的影响，维持风力机输出功率的稳定；
2.此外，本发明通过设置离心调速单元可有效防止滑块在风力机启动时发生滑动影响风力机的启动性能；
3.同时，本发明仅在风力机侧增加能量缓冲装置，因此具有制作简单，成本低廉并且便于安装的优点，可用于各种类型的h型垂直轴风力机，具有广泛的适用性。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的安装有h型垂直轴风力机能量缓冲装置的三叶片h型垂直轴风力机的主视图；
图2是本发明实施例中提供的安装有h型垂直轴风力机能量缓冲装置的三叶片h型垂直轴风力机的左视图；
图3是本发明实施例中提供的安装有h型垂直轴风力机能量缓冲装置的三叶片h型垂直轴风力机的俯视图；
图4是按照本发明所构建的h型垂直轴风力机能量缓冲装置的能量缓冲单元的三视图，其中图4a为该能量缓冲单元的主视图，图4b为该能量缓冲单元的左视图，图4c为该能量缓冲单元的俯视图；
图5是按照本发明所构建的h型垂直轴风力机能量缓冲装置的离心调速单元的主视图；
图6是按照本发明所构建的h型垂直轴风力机能量缓冲装置的离心调速单元的左视图；
图7是按照本发明所构建的h型垂直轴风力机能量缓冲装置的离心调速单元的俯视图；
图8是按照本发明所构建的h型垂直轴风力机能量缓冲装置的离心调速重物的三视图，其中图8a为该重物的主视图，图8b为该重物的左视图，图8c为该重物的俯视图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的原件或结构，其中：
1-固定套筒；2-中部套筒；3-下端套筒；4-离心弹簧；5-连杆；6-套环；7-挡板；8-离心调速重物；9-水平支撑杆；10-主轴；11-滑块；12-缓冲弹簧；13-叶片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1、图2和图3是本发明实施例中提供的安装有h型垂直轴风力机能量缓冲装置的三叶片h型垂直轴风力机的结构示意图，如图1、图2和图3所示，本发明提供的h型垂直轴风力机能量缓冲装置，其特征在于，包括能量缓冲单元和离心调速单元，其中：
所述能量缓冲单元包括嵌合安装于水平支撑杆9上并可沿所述水平支撑杆9左右滑动的滑块11，所述滑块11通过缓冲弹簧12与主轴10相连；
所述离心调速单元包括三个套于所述主轴10上的套筒，沿着所述主轴10由上到下依次为固定套筒1、中部套筒2和下端套筒3，其中所述中部套筒2和所述下端套筒3可随离心弹簧4的伸缩沿所述主轴10上下滑动；套有重物8的套环6分别通过连杆5与所述固定套筒1和所述下端套筒3联接，该套环6通过所述离心弹簧4与所述中部套筒2联接；与所述套环6联接的挡板7置于所述滑块11外端，限制该滑块11沿所述水平支撑杆9向远离所述主轴10方向滑动；
进一步地，如图4所示，所述缓冲弹簧12优选为两个。
进一步地，如图5所示，与所述固定套筒1和所述下端套筒3联接的连杆5长度相同，并且所述中间套筒2位于该固定套筒1和该下端套筒3的中间位置。
进一步地，如图5、图6和图7所示，所述套环6由5个小环组成，其中最中间的小环与所述挡板7联接，另外四个小环与所述连杆5联接，所述小环可以所述重物8为轴发生相对转动。
进一步地，所述重物8的质量小于所述滑块11的质量，该重物8的形状如图8a、图8b和图8c所示。
下面详细介绍能量缓冲单元的工作原理：
所述水平支撑杆9一端与叶片13联接，另一端与所述主轴10联接；当风速稳定时，所述滑块11受到自身离心力和所述缓冲弹簧12拉力的作用处于平衡位置；当风速发生变化时，所述滑块11的离心力大小发生改变，
该滑块11在自身离心力和所述缓冲弹簧12拉力的作用下发生位移，实现所述滑块的角动量和风力机的角动量相互转换；根据角动量守恒定律，
风速上升时，离心力增加造成所述滑块11向远离主轴方向移动，所述滑块11的角动量增加从而抑制风力机转速的上升；风速下降时，离心力减小造成所述滑块11向靠近主轴方向移动，所述滑块11的角动量减少从而抑制风力机转速的下降；通过滑块的角动量和风力机的角动量的相互转换保证风力机转速和输出功率的稳定性。
下面详细介绍离心调速单元的工作原理：
风力机静止时，所述离心调速单元和所述滑块11处于初始位置并且所述离心弹簧4处于初始长度，所述挡块7刚好垂直置于该滑块11外端；风力机启动时，该挡板7限制所述滑块11沿所述水平支撑杆向远离所述主轴10方向滑动，避免所述能量缓冲单元影响风力机的启动性能；当风力机转速逐渐上升，所述离心弹簧4受到所述重物8离心力的作用伸长并且带动所述套环6、中间套筒2和下端套筒3上升；当风力机达到一定转速，所述挡块7高于所述滑块11时，所述能量缓冲单元发挥能量缓冲作用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。