一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置的制作方法

本发明涉及制热装置，特别是涉及一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，世界范围内能源消耗量日益增加，化石能源枯竭与环境污染问题日益受到世界各国的广泛关注。近年来，以太阳能、风能、地热能、海洋能为主的新能源开发利用技术得到了快速发展。利用风能制热的方式为远离供热管网覆盖区域的小工业园区及村庄提供热量，具有显著的社会效益及环境效益，风能制热装置得到了广泛应用。

现有的基于风能的磁涡流制热装置存在以下问题：

1、风力机与磁涡流制热结构之间需要有传动机构进行连接，且传动比为固定值，导致风力机启动风速多在7-8m/s及以上。当自然环境中风速低于上述风速区间时，磁涡流制热装置无法启动，因此，风资源不能被有效的利用；

2、当自然环境中风速高于启动风速时，磁涡流制热装置进入工作状态，使循环工质温升达到35℃以上为热用户提供热量；但随着风速的变化，磁涡流制热装置的输出功率仅能在设计功率60％-100％的范围内变化，输出功率变化范围十分有限；

3、为了最大程度避免地表障碍物对风力机运行的影响，风力机通常需要被安装在距离地面6m以上高度处；一方面，当磁涡流制热结构布置在地面上时，虽然便于检修工作的进行及供热管路的设计，但是却需要传动机构补偿6m以上的高度差，将会显著增大安装难度及系统复杂程度；另一方面，当磁涡流制热结构布置在风力机安装高度处时，虽然使传动机构变得紧凑，但是需要额外设置磁涡流制热器支承结构并且增加了检修工作的难度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的问题，设计了一种启动风速低、集成度高、运行安全可靠、可实现功率自动调节的基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置，在运行过程中，通过风力机主轴纵向位移随风速条件的主动变化，改变磁涡流制热结构的有效工作面积，进而实时调节磁涡流制热装置输出功率，实现了基于风能的磁涡流制热装置输出功率宽域自动调节的目的。

实现本发明所采用的技术方案是：一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置，它包括：升力型风力机叶片及支承结构部件1、永磁体块3、工质循环管路6、工质循环泵9，其特征是，它还包括：风力机转轴2、发热体4、中心支架轴5、定位部件7、往复运动支撑部件8、底座部件10，所述的中心支架轴5下端轴头与底座部件10的底座支撑体24固连，所述的中心支架轴5上端轴头与定位部件7的第二轴承12滑动连接，定位部件7沿着中心支架轴5的轴线方向往复运动，所述的往复运动支撑部件8设置在底座部件10的底座定位体23内，往复运动支撑部件8的弹簧18底面与底座定位体23的底座定位体23的内端面连接，往复运动支撑部件8的支撑体15的外圆表面分别与第四轴承17和第五轴承19内表面滑动连接，往复运动支撑部件8沿着底座定位体23的轴线方向往复运动，所述的中心支架轴5穿过往复运动支撑部件8中心，所述的风力机转轴2下部轴间与往复运动支撑部件8中的第六轴承22上端面固连，风力机转轴2下部轴头与支撑部件8中的第三轴承16内环固连，所述的风力机转轴2上部轴头与定位部件7中的第一轴承11的内圈固连，风力机转轴2相对中心支架轴5可以旋转和往复运动，在所述的中心支架轴5上，相对风力机转轴2轴腔内，依次设置发热体4，发热体4与中心支架轴5固连，发热体4自下而上通过工质循环管路6连通，最下方的发热体4与循环管路入口管20连通，最上方的发热体4与循环管路出口管21连通，所述的循环管路入口管20和循环管路出口管21设置于中心支架轴5内，所述的循环管路入口管20与工质循环泵9连接，在所述的风力机转轴2内表面上，对应发热体4，设置永磁体块3，所述的升力型风力机叶片及支承结构部件1与风力机转轴2固连。

所述的定位部件7包括：第一轴承11、第二轴承12、定位体13，所述的定位体13第一内孔与第一轴承11外环固连，所述的定位体13第二内孔与第二轴承12外圈固连。

所述的往复运动支撑部件8包括：支撑体15、第三轴承16、弹簧18、第六轴承22，所述的支撑体15第一阶梯孔与第六轴承22下端面固连，支撑体15第二内孔与第三轴承16的外环固连，所述的弹簧18与支撑体15下部轴头同轴，设置在支撑体15下部轴头外侧。

所述的底座部件10包括：第四轴承17、第五轴承19、底座定位体23、底座支撑体24，所述的底座定位体23与底座支撑体24固连，所述的底座定位体23的第一内孔与第二内孔分别与第四轴承17和第五轴承19的外环固连。

本发明一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置的有益效果体现：

1、在一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置中，将磁涡流制热结构布置于风力机主轴内部，省去了传统基于风能的磁涡流制热装置所需配置的传动机构，显著提高了装置的集成度，延长了维护周期，降低了安装难度，有效控制了制造成本；

2、在达到启动条件开始运行时，基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置，未产生制热结构所带来的负载，相当于零负载启动，将有效降低装置的启动风速，实现快速启动，同时，由于设置了推力球轴承结构及推力弹簧结构，因此可以有效抑制启动、停机以及功率变化过程中的振动冲击，显著提高装置运行的平顺性及稳定性；

3、一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置，可以在其可利用风速区间内，实现输出功率在0-100％额定功率之间的变化，同时装置输出功率随外界风速条件变化实时自动调节，省去了控制系统，使其始终保持最佳工作状况，对高效的利用风能具有重要的理论意义与工程应用价值。

附图说明

图1为一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置示意图；

图2为图1中定位部件剖视放大示意图；

图3为图1中支撑往复运动部件剖视放大示意图

图4为图1中发热区域剖视放大示意图；

图5为图4中a-a剖视图；

图中，1.升力型风力机叶片及支承结构，2.风力机转轴，3.钕铁硼永磁体块，4.发热体，5.中心支架轴，6.工质循环管路，7.定位部件，8.往复运动支撑部件，9.工质循环泵，10.底座部件，11.第一轴承，12.第二轴承，13.定位体，14.防护罩，15.支撑体，16.第三轴承，17.第四轴承，18.弹簧，19.第五轴承，20.循环管路入口管，21.循环管路出口管，22.第六轴承，23.底座定位体，24.底座支撑体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图4，本发明一种基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置，它包括：升力型风力机叶片及支承结构部件1、风力机转轴2、永磁体块3、发热体4、中心支架轴5、工质循环管路6、定位部件7、往复运动支撑部件8、工质循环泵9、底座部件10，所述的中心支架轴5下端轴头与底座部件10的底座支撑体24固连，所述的中心支架轴5上端轴头与定位部件7的第二轴承12滑动连接，定位部件7沿着中心支架轴5的轴线方向往复运动，所述的往复运动支撑部件8设置在底座部件10的底座定位体23内，往复运动支撑部件8的弹簧18底面与底座定位体23的底座定位体23的内端面连接，往复运动支撑部件8的支撑体15的外圆表面分别与第四轴承17和第五轴承19内表面滑动连接，往复运动支撑部件8沿着底座定位体23的轴线方向往复运动，所述的中心支架轴5穿过往复运动支撑部件8中心，所述的风力机转轴2下部轴间与往复运动支撑部件8中的第六轴承22上端面固连，风力机转轴2下部轴头与支撑部件8中的第三轴承16内环固连，所述的风力机转轴2上部轴头与定位部件7中的第一轴承11的内圈固连，风力机转轴2相对中心支架轴5可以旋转和往复运动，在所述的中心支架轴5上，相对风力机转轴2轴腔内，依次设置发热体4，发热体4与中心支架轴5固连，发热体4自下而上通过工质循环管路6连通，最下方的发热体4与循环管路入口管20连通，最上方的发热体4与循环管路出口管21连通，所述的循环管路入口管20和循环管路出口管21设置于中心支架轴5内，所述的循环管路入口管20与工质循环泵9连接，在所述的风力机转轴2内表面上，对应发热体4，设置永磁体块3，所述的升力型风力机叶片及支承结构部件1与风力机转轴2固连。

所述的定位部件7包括：第一轴承11、第二轴承12、定位体13，所述的定位体13第一内孔与第一轴承11外环固连，所述的定位体13第二内孔与第二轴承12外圈固连。

所述的往复运动支撑部件8包括：支撑体15、第三轴承16、弹簧18、第六轴承22，所述的支撑体15第一阶梯孔与第六轴承22下端面固连，支撑体15第二内孔与第三轴承16的外环固连，所述的弹簧18与支撑体15下部轴头同轴，设置在支撑体15下部轴头外侧。

所述的底座部件10包括：第四轴承17、第五轴承19、底座定位体23、底座支撑体24，所述的底座定位体23与底座支撑体24固连，所述的底座定位体23的第一内孔与第二内孔分别与第四轴承17和第五轴承19的外环固连。

实施例一：

当风速低于3m/s时，磁涡流制热装置处于待机状态，发热体4与贴附于风力机转轴2内壁的钕铁硼永磁体块3处于交错状态，有效工作面积为零，处于零负载状态，此时，支撑往复运动部件8中的弹簧18形变量达到最大，所提供的弹性力与风力机转轴2及其附属结构所产生的重力相等，当风速大于磁涡流制热装置启动风速时，风力机可在零负载状态下实现快速启动。

实施例二：

当风速处于3m/s至30m/s风速区间内，磁涡流制热装置处于运行状态，在风速不发生大幅度波动时，有效工作面积为定值，风力机在旋转方向的空气动力转矩与阻尼力矩相当，当风速逐渐增大时，风力机产生的空气动力转矩和垂直方向的浮升力将同步增大，此时，由于垂直方向浮升力的作用，往复运动支撑部件8中的弹簧18，将推动风力机转轴2及其附属结构产生垂直向上的位移，使磁涡流制热结构有效工作面积增大，阻尼力矩增大，当空气动力转矩与阻尼力矩再次到达平衡时，风力机转轴2在垂直方向位移停止变化，达到新的稳定状态，输出功率提高，当风速逐渐减小时，风力机沿垂直方向的浮升力同步减小，风力机转轴2在垂直方向上产生向下的位移，使磁涡流制热结构有效工作面积减小，阻尼力矩减小，当空气动力转矩与阻尼力矩达到新的平衡状态时，输出功率减小。因此，在可利用风速区间内，本发明所述的磁涡流制热装置可以实现零功率输出至额定功率输出的宽域功率自动调节功能。

实施例三：

当风速高于30m/s时，风力机所产生的沿垂直方向的浮升力将进一步增加，因此，风力机转轴2在垂直方向上产生的位移将进一步增大，但磁涡流制热结构有效工作面积将会减小，此时风力机处于高转速、小负载的失速运行状态，风力机整体受力将会减小，在升力型风力机叶片及支承结构1可承受的转速范围内，可以有效保护本发明所述的磁涡流制热装置不受到强风导致的破坏。

本发明的基于风能具有功率宽域自调特性的磁涡流制热装置的工作原理如下：

磁涡流制热结构主要由发热体与永磁体组成，当发热体与永磁体产生相对运动时，发热体被磁力线切割，其内部的涡电流就会产生热量，发热体投影至永磁体的面积称作工作面积，在相对运动速度一定的前提下，当工作面积发生变化时，输出功率就会产生相应的变化，本发明所述的磁涡流制热装置就是通过改变工作面积来对输出功率进行调节，为了使其实现自动调节的功能，将永磁体贴附于风力机转轴内壁作为运动部分，同时，对风力机叶片的安装角度进行调节，使其在运行过程中产生所需的浮升力，使永磁体可以与发热体的工作面积发生改变，此外，为了避免由于浮升力不足导致工作面积变化幅度小的问题，设置了推力弹簧机构补偿浮升力的不足，提供更大的位移量，进而实现零功率输出至额定功率输出的宽域功率自动调节功能。

1、升力型h型垂直轴风力机相关参数：

额定功率：2.5kw；

启动风速：3m/s；

额定风速：18m/s；

安全风速：30m/s；

风轮直径：3.5m；

叶片数量：4片；

叶片材料：玻璃钢；

工作温度：-40℃-80℃。

2.磁涡流制热结构相关参数

永磁体材质：钕铁硼；

安全温度：150℃；

各级运动部分极对数：4级；

永磁体安装级数：8级；

发热体材质：铁；

发热体外径：245mm；

发热体流道数目：12通道；

发热体安装级数：8级：

3.循环系统参数

循环泵流量：1.5m³/h

管道直径：25mm；

风力机主轴内部连接管道材质：耐高温夹布橡胶管；

本发明中所采用的风力机叶片、各类轴承、连接件、紧固件、循环泵、循环管道均为市售产品、其余各组件需要定制加工。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。