一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种发电机，具体地说是风力发电机。
【背景技术】
[0002]工业发展使石油等化石燃料的日益匮乏以及新世纪越来越严重的环境污染问题，开发清洁可再生的能源成为目前世界范围研宄的重点，而风力发电已成为备受关注的热门技术。其中的垂直轴风机技术因为其环保、自启动能力强而受到关注。启动能力、工作范围以及风能利用率通常作为垂直轴风力机性能的评判关键。大量研宄表明:大实度垂直轴风力机适宜低尖速比工作环境，主要用于提水、灌溉等；而小实度垂直轴风力机更适宜工作高尖速比范围，多用来风力发电。可见改变实度参数对于提高垂直轴风力机的整体性能起着关键作用。
[0003]专利“可伸展式垂直轴风力发电机”(专利号:201210081433.5)采用定桨形式叶片，通过安装在底座的四组丝杆实现叶片轮辐和支撑板的展开和收拢，但由于底座部件过多增加了风机旋转惯量降低了风机效率，而且缺乏不安全风速保护装置。专利“一种可调迎风面积的垂直轴风力机”(专利号:201410055338)采用剪刀叉和绳索机构可以调节风轮半径，不过由于绳索的柔性，调节风轮半径出现不够及时和精确的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供减少风机事故发生的一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]本发明一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，其特征是:包括主轴、塔架、发电机、叶片旋转单元，具有空心结构的主轴通过轴承安装在塔架上，发电机设置在塔架里，主轴的下端部与发电机相连，主轴里设置丝杆安装上座、丝杆安装下座、伺服电机、丝杆螺母结构，伺服电机连接丝杆螺母结构的丝杆，丝杆支撑在丝杆安装上座和丝杆安装下座上，并与丝杆安装上座和丝杆安装下座旋转配合，丝杆安装上座与丝杆螺母结构的螺母之间设置丝杆弹簧，叶片旋转单元包括叶片、叶片支架、主轴支架、支撑杆、细杆、离心球、绳、挡板弹簧、安全销、滑盘，叶片安装在叶片支架上，叶片支架与主轴通过主轴支架相连，滑盘设置在螺母外侧，滑盘的外端设置挡板，安全销一部分位于螺母的凹槽里，另一部分位于滑盘里，安全销与挡板之间设置挡板弹簧，离心球通过绳与安全销相连，离心球通过细杆与支撑杆铰接，支撑杆与滑盘铰接。
[0007]本发明还可以包括:
[0008]1、所述的叶片旋转单元包括三组，三组叶片旋转单元圆周方向均匀设置。
[0009]2、风速升高时，离心球转速随之提高，从而离心球通过绳带动安全销脱离螺母。
[0010]本发明的优势在于:本发明提出的一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，采用叶片变桨距安装，根据风速大小控制风轮半径大小(迎风面积)，从而实现垂直轴风力机在不同风速下的气动性能提高，大大提高了风力机的工作范围，并且在不安全风速下可以起到保护风机的作用，防止风机事故。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的立体图；
[0012]图2为本发明的平面剖视图；
[0013]图3为本发明的安全保护装置结构示意图；
[0014]图4为安全销处的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0016]结合图1?4，发电机22安装在在塔架23的底部部，塔架23通过加强肋板24与大地固定；主轴4与发电机22的输出轴通过键链接，主轴4外圈通过轴承20与塔架23内圈配合；叶片I安装在叶片支架2中，叶片I与变桨电机7输出轴固结可绕轴线旋转；支架3两端分别与主轴4和叶片支架2铰接，支架5中部与支撑杆6铰接；支撑杆6低段与滑盘13铰接；丝杆螺母16安装在丝杆17上，丝杆17旋转使丝杆螺母16上下移动，通过安全销15带动滑盘13上下移动，推动支撑杆6带动支架5收拢或展开。
[0017]结合图2，3，4，，丝杆17两端通过丝杆安装上座11和丝杆安装下座18支撑，两端轴承配合可旋转；丝杆17末端与联轴器19连接，伺服电机21输出轴与联轴器19连接，伺服电机21通过联轴器19带动丝杆17旋转；离心球9通过细杆8与支撑杆6铰接，离心球9通过细绳10与安全销15连接，安全销15通过弹簧14与挡板25连接，挡板25与滑盘13通过螺钉固定；一般工作情况，弹簧14顶住安全销15使滑盘13与螺母16相联接，风速过快离心球9产生高速旋转离心力拉动细绳10带动安全销15脱离螺母16 ;滑盘13通过弹簧12与丝杆安装上座11连接，释放弹力可克服叶片自身离心力可使滑盘13迅速脱离螺母16并减少刚性冲击。
[0018]本发明主要由传动丝杆、螺母、叶片、支架、伺服电机、主轴、发电机、离心球保护装置等组成，其中叶片支架中端与支撑杆铰接，支撑杆的另一端与滑盘铰接，滑盘与螺母中间联接安全销；传动丝杆旋转使螺母带动滑盘上下移动，从而推动支撑杆推动支架展开和收拢，从而改变风轮迎风面积。伺服电机安装在主轴中部，通过联轴器传动带动丝杆旋转。当风速突变影响风机工作安全时，离心球高速旋转产生离心力拉动安全销，使滑盘与螺母脱离，支架收拢从而迅速减小风轮半径起安全保护作用。
[0019]其工作原理如下:当风速较小时，伺服电机驱动丝杆旋转，丝杆螺母沿轴线向上移动，由于安全销的作用带动滑盘一起向上移动，支撑杆与滑盘铰接从而推动风机支架向外伸展，风轮半径变大，风力机可以工作在较为合适的尖速比。增大发电效率。随着风速的增大，伺服电机可以根据风速大小调节丝杆螺母位置，从而调节风轮半径以适应不同风速环境。在强风突变不安全环境下，安装在支撑杆上离心球随风机高速旋转产生离心力拉动安全销，使滑盘与螺母脱离，支架收拢迅速减小风轮半径从而防止风机事故。
[0020]本发明还可以包括这样一些特征:
[0021]1、滑盘与丝杆螺母间通过安全销联接，不安全风速下，离心球产生的离心力拔出安全销使滑盘与丝杆螺母脱离。
[0022]2、滑盘与支撑杆铰接，可以在滑盘上增加支撑铰接数量，增加叶片数量，进一步改变风力机的实度。
[0023]3、滑盘通过弹簧与丝杆安装上座连接，当滑盘与螺母脱离释放弹力可以克服桨叶自身离心力并可以减少支撑杆的刚性冲击。
[0024]4、丝杆传动机构由电机直驱，并安装在主轴内，减少整机转动惯量。
[0025]5、单个叶片都有对应的变桨伺服电机驱动变桨，可以通过变桨运动提高风能利用率。
[0026]6、安全风速下安全销被弹簧顶在丝杆螺母和滑盘中间，起到联接滑盘和丝杆螺母作用。
[0027]带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，主要由传动丝杆、螺母、叶片、支架、伺服电机、主轴、发电机、离心球保护装置等组成，其中叶片支架中端与支撑杆铰接，支撑杆的另一端与滑盘铰接，滑盘与螺母中间联接安全销；传动丝杆旋转使螺母带动滑盘上下移动，从而推动支撑杆推动支架展开和收拢，从而改变风轮迎风面积。伺服电机安装在主轴中部，通过联轴器带动丝杆旋转。当风速突变影响风机工作安全时，离心球高速旋转产生离心力拉动安全销，使滑盘与螺母脱离，支架收拢从而迅速减小风轮半径起安全保护作用。
[0028]伺服电机根据风速大小通过联轴器带动丝杆旋转，改变风轮半径从而实现风轮迎风面积的调节；某一风速对应最佳的风轮半径。
[0029]当风速突变影响风机工作安全时，安装在支撑杆上离心球随风机高速旋转产生离心力拉动安全销，使滑盘与螺母脱离，与滑盘连接的弹簧释放弹力使支架收拢迅速，从而迅速减小风轮半径从而防止风机事故。
[0030]垂直轴风力机结构关于主轴对称，一个丝杆传动机构安装在主轴内，伺服电机通过联轴器带动丝杆旋转，螺母与滑盘在主轴内沿轴线上下移动。
[0031 ] 叶片为变桨距安装，变桨伺服电机安装在叶片支架上带动叶片做变桨运动。
[0032]一般工作环境中安全销通过弹簧顶住螺母，滑盘与螺母联接不脱离，不安全风速下滑盘与螺母才脱离。
[0033]通过增大或减小迎风面积，可以增加垂直轴风力机在不同风速环境下的工作适用能力。
【主权项】
1.一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，其特征是:包括主轴、塔架、发电机、叶片旋转单元，具有空心结构的主轴通过轴承安装在塔架上，发电机设置在塔架里，主轴的下端部与发电机相连，主轴里设置丝杆安装上座、丝杆安装下座、伺服电机、丝杆螺母结构，伺服电机连接丝杆螺母结构的丝杆，丝杆支撑在丝杆安装上座和丝杆安装下座上，并与丝杆安装上座和丝杆安装下座旋转配合，丝杆安装上座与丝杆螺母结构的螺母之间设置丝杆弹簧，叶片旋转单元包括叶片、叶片支架、主轴支架、支撑杆、细杆、离心球、绳、挡板弹簧、安全销、滑盘，叶片安装在叶片支架上，叶片支架与主轴通过主轴支架相连，滑盘设置在螺母外侧，滑盘的外端设置挡板，安全销一部分位于螺母的凹槽里，另一部分位于滑盘里，安全销与挡板之间设置挡板弹簧，离心球通过绳与安全销相连，离心球通过细杆与支撑杆铰接，支撑杆与滑盘铰接。2.根据权利要求1所述的一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，其特征是:所述的叶片旋转单元包括三组，三组叶片旋转单元圆周方向均匀设置。3.根据权利要求1或2所述的一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，其特征是:风速升高时，离心球转速随之提高，从而离心球通过绳带动安全销脱离螺母。
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种带保护装置的可调风轮半径垂直轴风力机，主要由传动丝杆、丝杆螺母、叶片、支架、伺服电机、主轴、发电机组成，叶片支架中端与支撑杆铰接，支撑杆的另一端与滑盘铰接，滑盘与螺母中间联接安全销；传动丝杆旋转使螺母带动滑盘上下移动，从而推动支撑杆推动支架展开和收拢。伺服电机安装在主轴中部，通过联轴器带动丝杆旋转。当风速突变影响风机工作安全时，离心球高速旋转产生离心力拉动安全销，使滑盘与螺母脱离，支架收拢从而迅速减小风轮半径，防止风机事故。本发明克服了一般风机迎风面积不可变问题，提高了垂直轴风力机的启动能力以及在不同风速大小的发电效率，同时提高了风力机在强风环境下的安全问题。
【IPC分类】F03D9/00, F03D3/06, F03D7/06
【公开号】CN104912742
【申请号】CN201510271052
【发明人】张立勋, 王勇, 裴悦
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月25日