一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種發電機，具體地說是風力發電機。
【背景技術】
[0002]工業發展使石油等化石燃料的日益匱乏以及新世紀越來越嚴重的環境污染問題，開發清潔可再生的能源成為目前世界范圍研宄的重點，而風力發電已成為備受關注的熱門技術。其中的垂直軸風機技術因為其環保、自啟動能力強而受到關注。啟動能力、工作范圍以及風能利用率通常作為垂直軸風力機性能的評判關鍵。大量研宄表明:大實度垂直軸風力機適宜低尖速比工作環境，主要用于提水、灌溉等；而小實度垂直軸風力機更適宜工作高尖速比范圍，多用來風力發電。可見改變實度參數對于提高垂直軸風力機的整體性能起著關鍵作用。
[0003]專利“可伸展式垂直軸風力發電機”(專利號:201210081433.5)采用定槳形式葉片，通過安裝在底座的四組絲桿實現葉片輪輻和支撐板的展開和收攏，但由于底座部件過多增加了風機旋轉慣量降低了風機效率，而且缺乏不安全風速保護裝置。專利“一種可調迎風面積的垂直軸風力機”(專利號:201410055338)采用剪刀叉和繩索機構可以調節風輪半徑，不過由于繩索的柔性，調節風輪半徑出現不夠及時和精確的問題。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供減少風機事故發生的一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0006]本實用新型一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，其特征是:包括主軸、塔架、發電機、葉片旋轉單元，具有空心結構的主軸通過軸承安裝在塔架上，發電機設置在塔架里，主軸的下端部與發電機相連，主軸里設置絲桿安裝上座、絲桿安裝下座、伺服電機、絲桿螺母結構，伺服電機連接絲桿螺母結構的絲桿，絲桿支撐在絲桿安裝上座和絲桿安裝下座上，并與絲桿安裝上座和絲桿安裝下座旋轉配合，絲桿安裝上座與絲桿螺母結構的螺母之間設置絲桿彈簧，葉片旋轉單元包括葉片、葉片支架、主軸支架、支撐桿、細桿、離心球、繩、擋板彈簧、安全銷、滑盤，葉片安裝在葉片支架上，葉片支架與主軸通過主軸支架相連，滑盤設置在螺母外側，滑盤的外端設置擋板，安全銷一部分位于螺母的凹槽里，另一部分位于滑盤里，安全銷與擋板之間設置擋板彈簧，離心球通過繩與安全銷相連，離心球通過細桿與支撐桿鉸接，支撐桿與滑盤鉸接。
[0007]本實用新型還可以包括:
[0008]1、所述的葉片旋轉單元包括三組，三組葉片旋轉單元圓周方向均勻設置。
[0009]2、風速升高時，離心球轉速隨之提高，從而離心球通過繩帶動安全銷脫離螺母。
[0010]本實用新型的優勢在于:本實用新型提出的一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，采用葉片變槳距安裝，根據風速大小控制風輪半徑大小(迎風面積)，從而實現垂直軸風力機在不同風速下的氣動性能提高，大大提高了風力機的工作范圍，并且在不安全風速下可以起到保護風機的作用，防止風機事故。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的立體圖；
[0012]圖2為本實用新型的平面剖視圖；
[0013]圖3為本實用新型的安全保護裝置結構示意圖；
[0014]圖4為安全銷處的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0016]結合圖1?4，發電機22安裝在在塔架23的底部部，塔架23通過加強肋板24與大地固定；主軸4與發電機22的輸出軸通過鍵鏈接，主軸4外圈通過軸承20與塔架23內圈配合；葉片I安裝在葉片支架2中，葉片I與變槳電機7輸出軸固結可繞軸線旋轉；支架3兩端分別與主軸4和葉片支架2鉸接，支架5中部與支撐桿6鉸接；支撐桿6低段與滑盤13鉸接；絲桿螺母16安裝在絲桿17上，絲桿17旋轉使絲桿螺母16上下移動，通過安全銷15帶動滑盤13上下移動，推動支撐桿6帶動支架5收攏或展開。
[0017]結合圖2，3，4，，絲桿17兩端通過絲桿安裝上座11和絲桿安裝下座18支撐，兩端軸承配合可旋轉；絲桿17末端與聯軸器19連接，伺服電機21輸出軸與聯軸器19連接，伺服電機21通過聯軸器19帶動絲桿17旋轉；離心球9通過細桿8與支撐桿6鉸接，離心球9通過細繩10與安全銷15連接，安全銷15通過彈簧14與擋板25連接，擋板25與滑盤13通過螺釘固定；一般工作情況，彈簧14頂住安全銷15使滑盤13與螺母16相聯接，風速過快離心球9產生高速旋轉離心力拉動細繩10帶動安全銷15脫離螺母16 ;滑盤13通過彈簧12與絲桿安裝上座11連接，釋放彈力可克服葉片自身離心力可使滑盤13迅速脫離螺母16并減少剛性沖擊。
[0018]本實用新型主要由傳動絲桿、螺母、葉片、支架、伺服電機、主軸、發電機、離心球保護裝置等組成，其中葉片支架中端與支撐桿鉸接，支撐桿的另一端與滑盤鉸接，滑盤與螺母中間聯接安全銷；傳動絲桿旋轉使螺母帶動滑盤上下移動，從而推動支撐桿推動支架展開和收攏，從而改變風輪迎風面積。伺服電機安裝在主軸中部，通過聯軸器傳動帶動絲桿旋轉。當風速突變影響風機工作安全時，離心球高速旋轉產生離心力拉動安全銷，使滑盤與螺母脫離，支架收攏從而迅速減小風輪半徑起安全保護作用。
[0019]其工作原理如下:當風速較小時，伺服電機驅動絲桿旋轉，絲桿螺母沿軸線向上移動，由于安全銷的作用帶動滑盤一起向上移動，支撐桿與滑盤鉸接從而推動風機支架向外伸展，風輪半徑變大，風力機可以工作在較為合適的尖速比。增大發電效率。隨著風速的增大，伺服電機可以根據風速大小調節絲桿螺母位置，從而調節風輪半徑以適應不同風速環境。在強風突變不安全環境下，安裝在支撐桿上離心球隨風機高速旋轉產生離心力拉動安全銷，使滑盤與螺母脫離，支架收攏迅速減小風輪半徑從而防止風機事故。
[0020]本實用新型還可以包括這樣一些特征:
[0021]1、滑盤與絲桿螺母間通過安全銷聯接，不安全風速下，離心球產生的離心力拔出安全銷使滑盤與絲桿螺母脫離。
[0022]2、滑盤與支撐桿鉸接，可以在滑盤上增加支撐鉸接數量，增加葉片數量，進一步改變風力機的實度。
[0023]3、滑盤通過彈簧與絲桿安裝上座連接，當滑盤與螺母脫離釋放彈力可以克服槳葉自身離心力并可以減少支撐桿的剛性沖擊。
[0024]4、絲桿傳動機構由電機直驅，并安裝在主軸內，減少整機轉動慣量。
[0025]5、單個葉片都有對應的變槳伺服電機驅動變槳，可以通過變槳運動提高風能利用率。
[0026]6、安全風速下安全銷被彈簧頂在絲桿螺母和滑盤中間，起到聯接滑盤和絲桿螺母作用。
[0027]帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，主要由傳動絲桿、螺母、葉片、支架、伺服電機、主軸、發電機、離心球保護裝置等組成，其中葉片支架中端與支撐桿鉸接，支撐桿的另一端與滑盤鉸接，滑盤與螺母中間聯接安全銷；傳動絲桿旋轉使螺母帶動滑盤上下移動，從而推動支撐桿推動支架展開和收攏，從而改變風輪迎風面積。伺服電機安裝在主軸中部，通過聯軸器帶動絲桿旋轉。當風速突變影響風機工作安全時，離心球高速旋轉產生離心力拉動安全銷，使滑盤與螺母脫離，支架收攏從而迅速減小風輪半徑起安全保護作用。
[0028]伺服電機根據風速大小通過聯軸器帶動絲桿旋轉，改變風輪半徑從而實現風輪迎風面積的調節；某一風速對應最佳的風輪半徑。
[0029]當風速突變影響風機工作安全時，安裝在支撐桿上離心球隨風機高速旋轉產生離心力拉動安全銷，使滑盤與螺母脫離，與滑盤連接的彈簧釋放彈力使支架收攏迅速，從而迅速減小風輪半徑從而防止風機事故。
[0030]垂直軸風力機結構關于主軸對稱，一個絲桿傳動機構安裝在主軸內，伺服電機通過聯軸器帶動絲桿旋轉，螺母與滑盤在主軸內沿軸線上下移動。
[0031 ] 葉片為變槳距安裝，變槳伺服電機安裝在葉片支架上帶動葉片做變槳運動。
[0032]一般工作環境中安全銷通過彈簧頂住螺母，滑盤與螺母聯接不脫離，不安全風速下滑盤與螺母才脫離。
[0033]通過增大或減小迎風面積，可以增加垂直軸風力機在不同風速環境下的工作適用能力。
【主權項】
1.一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，其特征是:包括主軸、塔架、發電機、葉片旋轉單元，具有空心結構的主軸通過軸承安裝在塔架上，發電機設置在塔架里，主軸的下端部與發電機相連，主軸里設置絲桿安裝上座、絲桿安裝下座、伺服電機、絲桿螺母結構，伺服電機連接絲桿螺母結構的絲桿，絲桿支撐在絲桿安裝上座和絲桿安裝下座上，并與絲桿安裝上座和絲桿安裝下座旋轉配合，絲桿安裝上座與絲桿螺母結構的螺母之間設置絲桿彈簧，葉片旋轉單元包括葉片、葉片支架、主軸支架、支撐桿、細桿、離心球、繩、擋板彈簧、安全銷、滑盤，葉片安裝在葉片支架上，葉片支架與主軸通過主軸支架相連，滑盤設置在螺母外側，滑盤的外端設置擋板，安全銷一部分位于螺母的凹槽里，另一部分位于滑盤里，安全銷與擋板之間設置擋板彈簧，離心球通過繩與安全銷相連，離心球通過細桿與支撐桿鉸接，支撐桿與滑盤鉸接。2.根據權利要求1所述的一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，其特征是:所述的葉片旋轉單元包括三組，三組葉片旋轉單元圓周方向均勻設置。3.根據權利要求1或2所述的一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，其特征是:風速升高時，離心球轉速隨之提高，從而離心球通過繩帶動安全銷脫離螺母。
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種帶保護裝置的可調風輪半徑垂直軸風力機，主要由傳動絲桿、絲桿螺母、葉片、支架、伺服電機、主軸、發電機組成，葉片支架中端與支撐桿鉸接，支撐桿的另一端與滑盤鉸接，滑盤與螺母中間聯接安全銷；傳動絲桿旋轉使螺母帶動滑盤上下移動，從而推動支撐桿推動支架展開和收攏。伺服電機安裝在主軸中部，通過聯軸器帶動絲桿旋轉。當風速突變影響風機工作安全時，離心球高速旋轉產生離心力拉動安全銷，使滑盤與螺母脫離，支架收攏從而迅速減小風輪半徑，防止風機事故。本實用新型克服了一般風機迎風面積不可變問題，提高了垂直軸風力機的啟動能力以及在不同風速大小的發電效率，同時提高了風力機在強風環境下的安全問題。
【IPC分類】F03D9/00, F03D3/06, F03D7/06
【公開號】CN204677370
【申請號】CN201520342838
【發明人】張立勛, 王勇, 裴悅, 李來祿, 王鵬飛, 盧今偉, 孫朝陽
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月25日