垂直轴风力发电机刹车装置

1.本实用新型属于风力发电技术领域，特别涉及到一种垂直轴风力发电机的刹车装置。


背景技术：

2.目前市场上大型风力发电机在遭遇台风时有比较可靠的刹车制动装置，这些装置包括电磁刹车、液压刹车、风速测量保护系统。但是因为成本原因，这些刹车装置并没有应用到小型风力机上。小型机常规的技术手段主要是依靠偏尾、被动失速控制来控制转速。例如中国专利申请：一种垂直轴风力发电机的刹车装置（公开号cn202215431u）、垂直轴风力发电机刹车装置（公开号cn202832970u）等，实践表明，这些手段并不可靠。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种垂直轴风力发电机刹车装置，该装置结构简单、成本低、维修也方便，解决小型垂直轴风力机刹车问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种垂直轴风力发电机刹车装置，用于在垂直轴风力机上，其特征在于：包括刹车系统和动力系统；
6.所述刹车系统包括固定安装在塔筒内壁的摩擦环和与风力机轴上下滑动配合的制动块，所述摩擦环与制动块构成滑动摩擦副；
7.所述动力系统包括滑块和换向轮，所述滑块与轮辐滑动配合，沿轮辐长度方向滑动，所述滑块与制动块之间通过钢丝绳连接；所述换向轮安装在轮毂上，所述钢丝绳绕过轮毂形成变向，用于将滑块在水平面的离心力转换成对制动块竖直向上的拉力。
8.进一步地，所述风力机轴上设有u型支撑，所述u型支撑位于轮辐的正下方；所述u型支撑上设有与制动块相匹配的u型凹槽，所述制动块安装在u型凹槽内。
9.进一步地，所述u型凹槽内至少设有一根导向柱，所述制动块上开设有与导向柱相匹配的通孔，所述导向柱插在对应的通孔内。
10.进一步地，所述摩擦环的截面为倒置的直角梯形，所述制动块的截面为正置的直角梯，所述摩擦环和制动块的斜边构成一对摩擦面。
11.进一步地，所述轮辐为矩形管结构，所述滑块位于轮辐内部，与轮辐滑动配合。
12.进一步地，所述轮辐的上下内壁中间均设有凸起的滑轨，所述滑块的上下表面设有与滑轨匹配的滑槽，滑槽与滑轨配合。
13.进一步地，所述轮辐内部设有定位块，所述定位块上开设有通孔，所述钢丝绳从通孔穿过，所述定位块用于限制滑块朝轮毂方向滑动。
14.进一步地，所述摩擦环对应处的塔筒处开设有通风口。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：本实用新型利用滑块的离心力，转换成对制动块向上的拉力，使之与摩擦环形成滑动摩擦，最终实现刹车作用。该装置整体的
结构简单、成本低、维修也方便，很好的解决了小型垂直轴风力机刹车问题。
附图说明
16.图1是垂直轴风力机刹车装置的结构示意图。
17.图2是图1中a部示意图。
18.图3是图1中b
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b向示意图。
19.图4是图1中垂直轴风力机刹车装置的俯视示意图。
20.图中：1.叶片；2.轮辐；3.滑块；4.定位块；5.钢丝绳；6.风力机轴；7.轮毂；8.换向轮；9.制动块；10.u型支撑；11.摩擦环；12.塔筒；13.导向柱13。
具体实施方式
21.下面将结合具体实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1、4所示，一般的垂直轴风力机主要由塔筒12、风力机轴6、轮毂7和叶片1组成，塔筒12套在风力机轴6外部，轮毂7与风力机轴6的上端固定连接；叶片1一般为三片，120度的间隔，每片叶片1均通过轮辐2与轮毂7连接。其原理为风吹着叶片1带动风力机轴6转动实现发电。
23.如图1所示，垂直轴风力发电机刹车装置，在上述垂直轴风力机上安装刹车系统和动力系统。
24.如图1、3所示，刹车系统包括固定安装在塔筒12内壁的摩擦环11和与风力机轴6上下滑动配合的制动块9，所述摩擦环11与制动块9构成滑动摩擦副。风力机轴6上设有u型支撑10，与轮辐2一一对应，u型支撑10位于轮辐2的正下方，随风力机轴6转动。u型支撑10上设有与制动块9相匹配的u型凹槽，u型凹槽内设有两根导向柱13，所述制动块9上开设有与导向柱13相匹配的通孔，制动块9安装在u型凹槽内，导向柱13插在对应的通孔内（这样可以保证制动块9只能在u形支撑10中沿轴向上下滑动，也随轴旋转，但不能径向运动）。摩擦环11的截面为倒置的直角梯形，所述制动块9的截面为正置的直角梯，所述摩擦环11和制动块9的斜边构成一对摩擦面，当制动块9垂直向上移动时，一对摩擦面接触，实现摩擦刹车。
25.摩擦环11、制动块9的摩擦部位的材料可以选用铸铁、青铜等耐磨材料。
26.还可以在摩擦环11对应处的塔筒12处开设有通风口，减低摩擦副的温度。
27.如图1、3所示，动力系统包括滑块3和换向轮8，将轮辐2设计成矩形管结构，滑块3位于轮辐2内部，与轮辐2滑动配合。
28.为了对滑块3进行精准导向，在轮辐2的上下内壁中间设置凸起的滑轨，滑块3的上下表面设置与滑轨匹配的滑槽，滑槽与滑轨配合。
29.为了对防止滑块3朝轮毂7方向滑动过度，在轮辐2内部设有定位块4，定位块4上开设有通孔，所述钢丝绳5从通孔穿过，定位块4对滑块3进行阻挡限制。
30.如图1所示，在滑块3与制动块9之间通过钢丝绳5连接，在轮毂7上安装换向轮8，水平的钢丝绳5绕过轮毂7垂直向下与制动块9连接，将滑块3在水平面的离心力转换成对制动
块9竖直向上的拉力，实现制动块9垂直向上移动，与摩擦环11接触进行刹车。
31.上述方案的设计过程及原理说明：
32.（1）当风力机轴6的旋转速度小于设计速度时，滑块3从左边紧靠着定位块4，制动块9与u形支撑10底面接触，钢丝绳5的拉力小于制动块的重力（或者无拉力），风力机轴6正常转动，不受任何影响。
33.（2）当风力机轴6旋转速度大于等于设计速度时，滑块3的离心力大于等于制动块9的重力。当风力机轴6旋转速度大于等于1.2倍的设计速度时，滑块3在离心力作用下向远离轮毂7的方向滑动，滑块3的离心力大于制动块9的重力，带动制动块4上升，制动块9与摩擦环11压紧，形成滑动摩擦副从而产生阻力矩，产生制动作用，使得风力机轴6转速下降，防止风力机因超速而损坏（超速越多，制动作用越大）。在制动力矩作用下，风力机轴6旋转速度下降，制动力矩变小，最终风力机轴6旋转速度会稳定在1倍设计速度和1.2倍设计速度之间。这样避免了强风天气停车造成的风能损失。
34.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种垂直轴风力发电机刹车装置，用于在垂直轴风力机上，其特征在于：包括刹车系统和动力系统；所述刹车系统包括固定安装在塔筒（12）内壁的摩擦环（11）和与风力机轴（6）上下滑动配合的制动块（9），所述摩擦环（11）与制动块（9）构成滑动摩擦副；所述动力系统包括滑块（3）和换向轮（8），所述滑块（3）与轮辐（2）滑动配合，沿轮辐（2）长度方向滑动，所述滑块（3）与制动块（9）之间通过钢丝绳（5）连接；所述换向轮（8）安装在轮毂（7）上，所述钢丝绳（5）绕过轮毂（7）形成变向，用于将滑块（3）在水平面的离心力转换成对制动块（9）竖直向上的拉力。2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述风力机轴（6）上设有u型支撑（10），所述u型支撑（10）位于轮辐（2）的正下方；所述u型支撑（10）上设有与制动块（9）相匹配的u型凹槽，所述制动块（9）安装在u型凹槽内。3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述u型凹槽内至少设有一根导向柱（13），所述制动块（9）上开设有与导向柱（13）相匹配的通孔，所述导向柱（13）插在对应的通孔内。4.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述摩擦环（11）的截面为倒置的直角梯形，所述制动块（9）的截面为正置的直角梯，所述摩擦环（11）和制动块（9）的斜边构成一对摩擦面。5.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述轮辐（2）为矩形管结构，所述滑块（3）位于轮辐（2）内部，与轮辐（2）滑动配合。6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述轮辐（2）的上下内壁中间均设有凸起的滑轨，所述滑块（3）的上下表面设有与滑轨匹配的滑槽，滑槽与滑轨配合。7.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述轮辐（2）内部设有定位块（4），所述定位块（4）上开设有通孔，所述钢丝绳（5）从通孔穿过，所述定位块（4）用于限制滑块（3）朝轮毂（7）方向滑动。8.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机刹车装置，其特征在于：所述摩擦环（11）对应处的塔筒（12）处开设有通风口。

技术总结
本实用新型属于风力发电技术领域，特别涉及到一种垂直轴风力发电机刹车装置，用于在垂直轴风力机上，包括刹车系统和动力系统；所述刹车系统包括固定安装在塔筒内壁的摩擦环和与风力机轴上下滑动配合的制动块，所述摩擦环与制动块构成滑动摩擦副；所述动力系统包括滑块和换向轮，所述滑块与轮辐滑动配合，沿轮辐长度方向滑动，所述滑块与制动块之间通过钢丝绳连接；所述换向轮安装在轮毂上，所述钢丝绳绕过轮毂形成变向，用于将滑块在水平面的离心力转换成对制动块竖直向上的拉力。该装置结构简单、成本低、维修也方便，解决小型垂直轴风力机刹车问题。机刹车问题。机刹车问题。


技术研发人员：何燕 蔡洪涛 张玉兰 陈知 塔期很 尹顺涛
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：2021.07.16
技术公布日：2022/3/15