申请/专利权人：湘潭大学

申请日：2019-01-11

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN110094302B

主分类号：F03D9/25(20160101)

分类号：F03D9/25(20160101);F03D3/06(20060101);F03D7/06(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2019.08.30#实质审查的生效;2019.08.06#公开

摘要：本发明公开了一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，主要包含变桨组件、直叶片组、自转圆柱体组、电动机、发电机和塔架。所述变桨组件，由支架、滑块、连杆、开槽连杆、支撑轴、扭簧组成，所述支撑轴与支撑板固定连接，所述扭簧套在支撑轴上与支架连接，另一端与支撑板连接。所述直叶片通过螺栓固定安装在支撑板上。所述自转圆柱体通过联轴器与电动机主轴相连，并绕着轴线进行自转。所述支架主轴通过联轴器与发电机主轴相连，所述发电机通过螺栓与塔架固定连接。本发明可以根据风速，自动调整叶片迎角，并通过改变自转圆柱体的转速，提高风能利用率；可以改变叶片的初始位置，实现启动力矩可调，获得较大的启动力矩。

主权项：1.一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，其特征在于：包含变桨组件、直叶片组、自转圆柱体组、电动机、发电机和塔架；所述变桨组件，由支架、滑块、连杆、开槽连杆、支撑轴、扭簧组成，所述支架上开有沟槽，所述滑块通过螺栓与连杆铰接，所述连杆与开槽连杆通过螺栓铰接，所述开槽连杆，通过螺母与支撑轴固定连接，所述支撑轴与支撑板固定连接，所述扭簧套在支撑轴上与支架连接，另一端与支撑板连接；所述直叶片通过螺栓固定安装在支撑板上；所述自转圆柱体通过联轴器与电动机主轴相连，并绕着轴线进行自转；所述支架主轴通过联轴器与发电机主轴相连，所述发电机通过螺栓与塔架固定连接；所述直叶片组由可变桨的截面形状为含圆形缺口的标准对称翼型的直叶片构成，自转圆柱体的截面形状与所述圆形缺口形状大小一致，自转圆柱体中心位置与所述标准对称翼型前缘的横向距离为0.046倍所述标准对称翼型弦长，纵向距离为所述标准对称翼型弦长线偏下0.00796倍弦长，自转圆柱体的周速比为1.33，自转圆柱体与所述直叶片之间的间隙为0.003倍所述标准对称翼型弦长；自转圆柱体半径为0.046倍所述标准对称翼型弦长，可变桨的对称翼型最大相对厚度为14％。

全文数据：一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机技术领域本发明属于风力发电技术领域，更具体点，涉及一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机。背景技术风力发电机的种类主要包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。相对于水平轴风机，垂直轴风力发电机具有对风向变化不敏感，结构简单，较好的维护性和较低的噪声等优点。垂直轴风力发电机分为阻力型和升力型。H型垂直轴风力发电机是一种典型的升力型垂直轴风力发电机，它由多个与旋转轴平行的等截面直叶片组成。H型垂直轴风力发电机工作雷诺数较低，通常低于5×105。H型垂直轴风力发电机一般采用航空对称翼型，如NACA系列，该类对称翼型产生对称流动边界层，在较低的雷诺数条件下升力系数不高。同时，H型垂直轴风力发电机运行低叶尖速比较低，常处于大攻角工况下运行，对称翼型容易产生大尺度流动分离，升力系数降低，阻力系数增大，导致H型垂直轴风力发电机风能利用效率较低。H型垂直轴风力发电机在静止启动工况，翼型攻角特别大，通过优化翼型形状来改善启动性能效果不明显。现有的改善垂直轴风力发电机气动性能的方法有叶片表面抽吸气流动控制法，桨距角控制等，但这些方法涉及控制和结构系统复杂，实现成本较高且改善程度有限。本发明采用含有在顶缘位置自转的圆柱体的直叶片，得到非对称流动边界层，从而实现改善H型垂直轴风力发电机气动性能的目的。发明内容为解决小型H型垂直轴风能利用效率低且低风启动性能较差等问题，本发明提供一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机,包含变桨组件、直叶片组、自转圆柱体组、电动机、发电机和塔架。所述变桨组件，由支架1、滑块2、连杆3、开槽连杆4、支撑轴6、扭簧7组成，所述支架1上开有沟槽，所述滑块2通过螺栓与连杆3铰接，所述连杆3与开槽连杆4通过螺栓铰接，所述开槽连杆4，通过螺母5与支撑轴6固定连接，所述支撑轴6与支撑板8固定连接，所述扭簧7套在支撑轴6上与支架1连接，另一端与支撑板8连接。所述直叶片10通过螺栓9固定安装在支撑板8上。所述自转圆柱体11通过联轴器与电动机12主轴相连，并绕着轴线进行自转。所述支架1主轴通过联轴器与发电机13主轴相连，所述发电机13通过螺栓与塔架14固定连接。所述直叶片组由可变桨的截面形状为含圆形缺口的标准对称翼型的直叶片构成，自转圆柱体的截面形状与所述圆形缺口形状大小一致，自转圆柱体中心位置与所述标准对称翼型顶缘的横向距离为0.046倍所述标准对称翼型弦长，纵向距离为所述标准对称翼型弦长线偏下0.00796倍弦长，自转圆柱体的周速比为1.33，自转圆柱体与所述直叶片之间的间隙为0.003倍所述标准对称翼型弦长，自转圆柱体半径为0.046倍所述标准对称翼型弦长，可变桨的对称翼型最大相对厚度为14％。所述支架上开有3个圆周均匀分布沟槽，沟槽宽度与滑块相一致。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：可以根据风速，自动调整叶片迎角，并通过改变自转圆柱体的转速，提升升力系数，降低阻力系数，增大提高风能的利用率。可以改变叶片的初始位置，实现启动力矩可调，使叶片转动到合适的角度，获得较大的启动力矩。附图说明图1为一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机总体结构示意图。图2为一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机的变桨部分局部放大视图。图中标号说明：1—支架、2—滑块、3—连杆、4—开槽连杆、5—螺母、6—支撑轴、7—扭簧、8—支撑板、9—螺栓、10—叶片、11—自转圆柱体、12—电动机、13发电机、14塔架。具体实施方式下面将结合附图对本发明专利进行进一步描述：一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机,包含变桨组件、直叶片组、自转圆柱体组、电动机、发电机和塔架。所述变桨组件，由支架1、滑块2、连杆3、开槽连杆4、支撑轴6、扭簧7组成，所述支架1上开有沟槽，所述滑块2通过螺栓与连杆3铰接，所述连杆3与开槽连杆4通过螺栓铰接，所述开槽连杆4，通过螺母5与支撑轴6固定连接，所述支撑轴6与支撑板8固定连接，所述扭簧7套在支撑轴6上与支架1连接，另一端与支撑板8连接。所述直叶片10通过螺栓9固定安装在支撑板8上。所述自转圆柱体11通过联轴器与电动机12主轴相连，并绕着轴线进行自转。所述支架1主轴通过联轴器与发电机13主轴相连，所述发电机13通过螺栓与塔架14固定连接。所述直叶片组由可变桨的截面形状为含圆形缺口的标准对称翼型的直叶片构成，自转圆柱体的截面形状与所述圆形缺口形状大小一致，自转圆柱体中心位置与所述标准对称翼型顶缘的横向距离为0.046倍所述标准对称翼型弦长，纵向距离为所述标准对称翼型弦长线偏下0.00796倍弦长，自转圆柱体的周速比为1.33，自转圆柱体与所述直叶片之间的间隙为0.003倍所述标准对称翼型弦长，自转圆柱体半径为0.046倍所述标准对称翼型弦长，可变桨的对称翼型最大相对厚度为14％。所述支架上开有3个圆周均匀分布沟槽，沟槽宽度与滑块相一致。当风速低于切入风速时，调节螺母5调节开槽连杆4的位置，使叶片10转动到合适的角度，风力发电机获得较大的启动力矩；当风轮启动，风速逐渐增大时，滑块2沿沟槽往外滑动，通过连杆使支撑轴6旋转，从而改变叶片10的迎风角度，扭簧7产生的反力与变桨力平衡，保证额定风速下叶片10工作在较佳迎角，通过改变电动机12的转速，增大自转圆柱体11的转速，保持较大功率输出。当风速超出额定风速时，滑块2沿沟槽往外继续滑动，滑块2达到最大值时，叶片桨距角保持不变，可以限制风轮的驱动力矩，进而限制风轮转速的进一步提高，通过改变电动机12的转速，降低自转圆柱体11的转速，保证风力发电机的安全；当风速逐渐减小时，扭簧7推动支撑轴6上反向转动，调整叶片10迎角，提高风能的利用率。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

权利要求：1.一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，其特征在于：包含变桨组件、直叶片组、自转圆柱体组、电动机、发电机和塔架。所述变桨组件，由支架、滑块、连杆、开槽连杆、支撑轴、扭簧组成，所述支架上开有沟槽，所述滑块通过螺栓与连杆铰接，所述连杆与开槽连杆通过螺栓铰接，所述开槽连杆，通过螺母与支撑轴固定连接，所述支撑轴与支撑板固定连接，所述扭簧套在支撑轴上与支架连接，另一端与支撑板连接。所述直叶片通过螺栓固定安装在支撑板上。所述自转圆柱体通过联轴器与电动机主轴相连，并绕着轴线进行自转。所述支架主轴通过联轴器与发电机主轴相连，所述发电机通过螺栓与塔架固定连接。2.根据权利要求1所述的一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述直叶片组的直叶片数目和自转圆柱体组的圆柱体数目相同，且在圆周呈均匀分布，直叶片数目和自转圆柱体组的圆柱体数目为3个。3.根据权利要求1所述的一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述直叶片组由可变桨的截面形状为含圆形缺口的标准对称翼型的直叶片构成，自转圆柱体的截面形状与所述圆形缺口形状大小一致，自转圆柱体中心位置与所述标准对称翼型顶缘的横向距离为0.046倍所述标准对称翼型弦长，纵向距离为所述标准对称翼型弦长线偏下0.00796倍弦长，自转圆柱体的周速比为1.33，自转圆柱体与所述直叶片之间的间隙为0.003倍所述标准对称翼型弦长，自转圆柱体半径为0.046倍所述标准对称翼型弦长，可变桨的对称翼型最大相对厚度为14％。4.根据权利要求1所述的一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述支架上开有3个圆周均匀分布沟槽，沟槽宽度与滑块相一致。

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