專利名稱：升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，特別是適宜安裝在自啟動(dòng)性能較差的升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，用于提高啟動(dòng)性能和高風(fēng)速下的安全性。
背景技術(shù)：
垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(VAWT vertical axis wind turbine)從結(jié)構(gòu)原理上，主要分為升力型和阻力型。阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動(dòng)力的，而升力型則是利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的升力作為驅(qū)動(dòng)力的。阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，啟動(dòng)性能良好，但是它的轉(zhuǎn)速低，風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率低于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。升力型轉(zhuǎn)速高，旋轉(zhuǎn)慣性大，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，但此結(jié)構(gòu)在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)比較困難尤其是風(fēng)速小的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)性能差。根據(jù)葉片的形狀，升力型可分為直葉片和彎葉片兩種，直葉片可以通過(guò)合理選擇葉片翼型和安裝角，來(lái)獲得較好的自啟動(dòng)性能，而彎葉片必須靠其它動(dòng)力啟動(dòng)，達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速才能正常運(yùn)行。目前，常用的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)方式是通過(guò)將升力型和阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)固定相結(jié)合，變成一種升阻型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。由于阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能， 通過(guò)了兩者的結(jié)合改善了整體的啟動(dòng)性能。然而，阻力型的尖速比較小，當(dāng)達(dá)到一定風(fēng)速， 升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，阻力型就導(dǎo)致了整機(jī)的阻力， 降低了風(fēng)機(jī)的效率。同時(shí)，對(duì)于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，在風(fēng)速較高的情況下，可以通過(guò)偏航機(jī)構(gòu)使風(fēng)輪的迎風(fēng)面減小，以機(jī)械的方式來(lái)達(dá)到降速和保護(hù)機(jī)構(gòu)的目的。對(duì)于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，可以接收任意方向的來(lái)風(fēng)，在遇上大風(fēng)的時(shí)候，缺少了緩沖降速來(lái)保證安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，風(fēng)輪半徑可變，用于安裝在升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頂端上，使該風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有良好的自啟動(dòng)性能，在高風(fēng)速下還可以緩沖使風(fēng)力發(fā)電機(jī)降速。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，包括一根轉(zhuǎn)軸、一對(duì)風(fēng)輪和兩個(gè)連接支架，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸是與升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸同軸線連接的T字型轉(zhuǎn)軸；所述連接支架是轉(zhuǎn)折角為120° 士20°的轉(zhuǎn)折桿，其長(zhǎng)端一頭連接所述風(fēng)輪，短端一頭連接一個(gè)配重鋼球，所述兩個(gè)連接支架的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處分別與所述T字型轉(zhuǎn)軸的水平短軸的兩端部鉸連，使所述兩個(gè)風(fēng)輪形成旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪，該風(fēng)輪為杯狀阻力型風(fēng)輪。所述T字型轉(zhuǎn)軸的水平短軸的兩端加工有凹槽，所述連接支架的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處通過(guò)鉸鏈銷(xiāo)安裝在所述凹槽內(nèi)。所述T字型轉(zhuǎn)軸上滑套一個(gè)彈簧擋塊，在該彈簧擋塊與T字型轉(zhuǎn)軸的水平短軸之間套裝一個(gè)壓簧；在所述彈簧擋塊與連接支架之間安裝一個(gè)拉簧。
本發(fā)明的有益效果是(1)采用阻力風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)半徑可變式的輔助風(fēng)機(jī)，改善了升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速時(shí)的啟動(dòng)性能，提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率，適應(yīng)性更強(qiáng)(2)在升力型風(fēng)輪達(dá)到合適的葉尖速比時(shí)，輔助阻力型風(fēng)輪在離心力的作用下調(diào)節(jié)到重合位置， 減小了較高風(fēng)速下對(duì)升力型風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的阻力，提高了整機(jī)的效率(3)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，阻力型風(fēng)輪在離心力作用下進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，風(fēng)輪分別到達(dá)另一側(cè)，大大增加了風(fēng)向上的阻力，對(duì)整機(jī)起到了緩沖減速的作用(4)在風(fēng)速下降時(shí)，輔助阻力型風(fēng)輪恢復(fù)到穩(wěn)定位置，可以隨風(fēng)速的變化起到改善自啟動(dòng)和緩沖降速的作用。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明彈簧擋塊的局部放大示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下 實(shí)施例一
參見(jiàn)圖1，本升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，包括一根轉(zhuǎn)軸、一對(duì)風(fēng)輪和兩個(gè)連接支架2，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸是與升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸同軸線連接的T字型轉(zhuǎn)軸4 ；所述連接支架2是轉(zhuǎn)折角為120° 士20°的轉(zhuǎn)折桿，其長(zhǎng)端一頭連接所述風(fēng)輪，短端一頭連接一個(gè)配重鋼球3，所述兩個(gè)連接支架2的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處分別與所述T字型轉(zhuǎn)軸4的水平短軸的兩端部鉸連，使所述兩個(gè)風(fēng)輪形成旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1，該風(fēng)輪1為杯狀阻力型風(fēng)輪。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下
所述τ字型轉(zhuǎn)軸4的水平短軸的兩端加工有凹槽，所述連接支架2的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處通過(guò)鉸鏈銷(xiāo)6安裝在所述凹槽內(nèi)。所述T字型轉(zhuǎn)軸4上滑套一個(gè)彈簧擋塊5，在該彈簧擋塊5與T字型轉(zhuǎn)軸4的水平短軸之間套裝一個(gè)壓簧8 ；在所述彈簧擋塊5與連接支架2之間安裝一個(gè)拉簧7。實(shí)施例三
參見(jiàn)圖1和圖2，本升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，包括一對(duì)旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1、連接支架2和配重鋼球3、T字型轉(zhuǎn)軸4、一個(gè)彈簧擋塊5。所述的一對(duì)旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1為半球形阻力型風(fēng)輪、分別與連接支架2和配重鋼球3固結(jié)在一起，形成一個(gè)整體， 兩段長(zhǎng)度不等的連接支架2成120°夾角，長(zhǎng)端一頭連接旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1，短端另一頭連接配重鋼球3。所述旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1、支架2和配重鋼球3整體通過(guò)鉸鏈6與T 字型轉(zhuǎn)軸4相連。所述的T字型轉(zhuǎn)軸4在水平短軸兩端加工有一對(duì)凹槽，便于鉸鏈6的安裝，通過(guò)將T字型轉(zhuǎn)軸4與升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)同軸安裝置于發(fā)電機(jī)的最高位置，使兩者共同轉(zhuǎn)動(dòng)。在計(jì)算尺寸時(shí)，運(yùn)用質(zhì)心定理并通過(guò)調(diào)節(jié)配重鋼球的重量確定該整體的重心；在風(fēng)輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其重心位置隨風(fēng)速的變化發(fā)生改變，起到自啟動(dòng)和緩沖降速的作用。工作時(shí)的各工況如下
如圖3所示，在風(fēng)輪1未啟動(dòng)或啟動(dòng)之初，在重力作用下，配重鋼球3通過(guò)彈簧擋塊5 的拉簧7接觸T字型轉(zhuǎn)軸4的長(zhǎng)軸段，旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1位于半徑最大處。隨著風(fēng)速的增大，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1、連接支架2和配重鋼球3整體的合力足夠大到帶動(dòng)配重鋼球3離開(kāi)彈簧擋塊5。阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用自身啟動(dòng)風(fēng)速低，輸出轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)，帶動(dòng)升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在微風(fēng)下啟動(dòng)。如圖4所示，在風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1、連接支架2和配重鋼球3整體的合力使其整體的重心距轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的距離進(jìn)一步增大，即旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1距轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的距離(阻力風(fēng)輪半徑)逐漸減小，直至兩個(gè)風(fēng)杯型風(fēng)輪的中心重合。此時(shí)，受拉彈簧7 —端連接于彈簧擋塊5，另一端固定于連接支架2的短端而被拉長(zhǎng)，使彈簧擋塊5受到一個(gè)向上的力，在壓簧8的作用下保持穩(wěn)定，使風(fēng)輪中心穩(wěn)定在豎直方向下，盡可能降低了旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1帶來(lái)的阻力。如圖5所示，在風(fēng)速超出安全風(fēng)速時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪1、連接支架2和配重鋼球3整體的合力使其整體的重心距轉(zhuǎn)動(dòng)軸心進(jìn)一步增大，推動(dòng)了安裝于彈簧擋塊5上端的壓簧8，使彈簧擋塊5沿著T字型轉(zhuǎn)軸4的長(zhǎng)軸段向上滑動(dòng)，風(fēng)輪反向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，大大增大了風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體的阻力，使其緩沖降速。在風(fēng)速下降時(shí)，在壓簧8的反作用下風(fēng)輪回復(fù)，起到了一個(gè)自調(diào)節(jié)的作用。
權(quán)利要求
1.一種升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，包括一根轉(zhuǎn)軸、一對(duì)風(fēng)輪和兩個(gè)連接支架(2)，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸是與升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸同軸線連接的T字型轉(zhuǎn)軸 (4);所述連接支架(2)是轉(zhuǎn)折角為120° 士20°的轉(zhuǎn)折桿，其長(zhǎng)端一頭連接所述風(fēng)輪，短端一頭連接一個(gè)配重鋼球(3)，所述兩個(gè)連接支架(2)的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處分別與所述T字型轉(zhuǎn)軸 (4)的水平短軸的兩端部鉸連，使所述兩個(gè)風(fēng)輪形成旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪(1)，該風(fēng)輪(1) 為杯狀阻力型風(fēng)輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，其特征在于所述T字型轉(zhuǎn)軸(4)的水平短軸的兩端加工有凹槽，所述連接支架(2)的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處通過(guò)鉸鏈銷(xiāo) (6)安裝在所述凹槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)，其特征在于所述T字型轉(zhuǎn)軸(4)上滑套一個(gè)彈簧擋塊(5)，在該彈簧擋塊(5)與T字型轉(zhuǎn)軸(4)的水平短軸之間套裝一個(gè)壓簧(8 )；在所述彈簧擋塊(5 )與連接支架(2 )之間安裝一個(gè)拉簧(7 )。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助風(fēng)機(jī)。它包括一根轉(zhuǎn)軸、一對(duì)風(fēng)輪和兩個(gè)連接支架，所述轉(zhuǎn)軸是與升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸同軸線連接的T字型轉(zhuǎn)軸；所述連接支架是轉(zhuǎn)折角為120°±20°的轉(zhuǎn)折桿，其長(zhǎng)端一頭連接所述風(fēng)輪，短端一頭連接一個(gè)配重鋼球，所述兩個(gè)連接支架的中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)處分別與所述T字型轉(zhuǎn)軸的水平短軸的兩端部鉸連，使所述兩個(gè)風(fēng)輪形成旋轉(zhuǎn)半徑可變式風(fēng)輪，該風(fēng)輪為杯狀阻力型風(fēng)輪。本發(fā)明適于安裝在升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頂端上，能使該風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有良好的自啟動(dòng)性能，在高風(fēng)速下還可以緩沖風(fēng)力發(fā)電機(jī)降速。
文檔編號(hào)F03D3/06GK102493914SQ20111038868
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者周宇, 周曉君, 曾德才, 李宇, 翟宇毅, 陸文潔 申請(qǐng)人:上海大學(xué)