[發明專利]懸浮式垂直軸風力機

有效

• 申請號: 201310434167.4
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103452748A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 馮放;李巖;王紹龍;和慶斌
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明創造屬于風力機技術領域，主要涉及一種懸浮式垂直軸風力機。

背景技術

隨著不可再生能源的減少和環境保護意識的增強，可再生且無環境污染的風能開發利用成為發展趨勢，風力機即是其中之一。目前，風力機主要分為水平軸和垂直軸風力機兩種。相對于水平軸風力機，垂直軸風力機有著較優越的技術特性，因此，垂直軸風力機研發利用成為未來的發展趨勢。但是，由于大型的垂直軸風力機體型巨大，質量沉重，對垂直軸風力機起支撐作用的軸承、支架及底座帶來較大的負荷，風力機轉動工況時機械摩擦較大，除帶來零部件磨損、降低使用壽命外，同時也降低了風能利用率，造成風能損耗浪費，降低作業效果。為解決上述問題，已有利用磁懸浮軸承和橫梁采用翼型結構兩種垂直軸風力機的研究，但前者造價高，結構復雜，后者橫梁的迎風攻角不可調，產生升力效應的能力較差。

發明內容

本發明創造的目的就是針對上述現有技術存在的問題，結合實際運行情況，設計提供一種新結構的懸浮式垂直軸風力機，通過在垂直軸風力機橫梁上加裝升力裝置，達到風力機運行時減小和抵消加載在軸承上的重量、減輕零部件磨損、延長機械使用壽命、提高風能利用率的目的。

本發明創造的目的是這樣實現的：一種懸浮式垂直軸風力機，在下支座上固裝軸承套，在軸承套上通過下軸承和上軸承可轉動地配裝垂直軸，上軸承端蓋配裝在軸承套上端部上，在垂直軸上從上至下通過上法蘭和下法蘭分別配裝上橫梁和下橫梁，風力機葉片配裝在上、下橫梁外端部上，在下支座上安裝總控制器，在下支座上部與軸承套下部之間支撐配裝下壓力傳感器，在軸承套上端部與上軸承端蓋之間支撐配裝上壓力傳感器，步進電機和步進電機控制器固裝在下法蘭上，且由導線連通，兩個橫向葉片支架固配在下橫梁上，在對稱翼型的橫向葉片兩端部上分別固裝橫向葉片支撐軸上，橫向葉片轉角控制傳動機構將步進電機與橫向葉片連接；所述上、下壓力傳感器通過導線分別與總控制器連通，總控制器與步進電機控制器無線連通。

本發明創造利用旋轉的槳葉產生升力、并通過控制槳葉的迎風攻角可改變其產生升力大小的原理，通過檢測軸承套上、下兩端的壓力差來判斷橫向葉片的升力與風力機重力的關系，通過不斷微調橫向葉片的攻角使風力機在額定轉數范圍內的任意時刻都能是升力抵消風力機的重力，保證其在懸浮狀態下工作。本發明創造的特點是：有效的避免了由于重力原因使風力機在工作時產生較大的機械摩擦，降低甚至避免風力機對支撐的軸承及支架、底座造成壓力負荷，延長壽命，同時也會提高風能利用率，增大發電效率。

附圖說明

圖1是懸浮式垂直軸風力機結構示意圖

圖2是橫向葉片轉角控制傳動機構結構示意圖

圖3是圖2的A-A向的剖視圖

圖中件號說明：

1、下支座、2、下壓力傳感器、3、軸承套、4、下軸承、5、垂直軸、6、上軸承、7、上壓力傳感器、8、上軸承端蓋、9、下法蘭、10、上法蘭、11、上橫梁、12、風力機葉片、13、橫向葉片支架、14、橫向葉片支撐軸、15、橫向葉片、16、下橫梁、17、橫向葉片轉角控制傳動機構、18、步進電機、19、步進電機控制器、20、總控制器、21、絲杠、22、齒條螺母、23、圓柱齒輪、24、蝸桿、25、蝸輪。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明創造實施方案進行詳細描述。

一種懸浮式垂直軸風力機，在下支座1上固裝軸承套3，在軸承套3上通過下軸承4和上軸承6可轉動地配裝垂直軸5，上軸承端蓋8配裝在軸承套3上端部上，在垂直軸5上從上至下通過上法蘭10和下法蘭9分別配裝上橫梁11和下橫梁16，風力機葉片12配裝在上、下橫梁11、16外端部上，在下支座（1）上安裝總控制器20，在下支座1上部與軸承套3下部之間支撐配裝下壓力傳感器2，在軸承套3上端部與上軸承端蓋8之間支撐配裝上壓力傳感器7，步進電機18和步進電機控制器19固裝在下法蘭9上，且由導線連通，兩個橫向葉片支架13固配在下橫梁16上，在對稱翼型的橫向葉片15兩端部上分別固裝橫向葉片支撐軸14上，橫向葉片轉角控制傳動機構17將步進電機18與橫向葉片15連接；所述上、下壓力傳感器7、2通過導線分別與總控制器20連通，總控制器20與步進電機控制器19無線連通。

所述的橫向葉片轉角控制傳動機構17由絲杠21、齒條螺母22、圓柱齒輪23、蝸桿24和蝸輪25構成，所述的齒條螺母22可軸向移動地配裝在絲杠21上，絲杠21與步進電機18連接，所述蝸輪25固裝在橫向葉片支撐軸14上，所述圓柱齒輪23固配在蝸桿24上，且圓柱齒輪23與齒條螺母22的齒條部嚙合，蝸桿24與蝸輪25嚙合。

使用時，當懸浮式垂直軸風力機在未達到額定工作狀態時，橫向葉片15的迎風攻角為0°，由于其為對稱翼型，此時升力接近零，懸浮系統不工作。當風力機達到額定工作狀態時，下壓力傳感器2與上壓力傳感器7開始工作，檢測軸承套3兩端的壓力，并將檢測結果傳輸到總控制器20進行分析，當軸承套3下部壓力大于上部壓力時，重力大于升力，總控制器20通過無線連接向步進電機控制器19下達指令，步進電機控制器19控制步進電機18工作，并通過橫向葉片轉角控制傳動機構17增大橫向葉片15的迎風攻角，增大懸浮系統的升力。當軸承套3下部壓力小于上部壓力時，重力小于升力，總控制器20通過無線連接向步進電機控制器19下達指令，步進電機控制器19控制步進電機18工作，并通過橫向葉片轉角控制傳動機構17減小橫向葉片15的迎風攻角，減小懸浮系統的升力。