升力型垂直轴风力发电机的辅助风机

摘要

本发明设计一种升力型垂直轴风力发电机的辅助风机。它包括一根转轴、一对风轮和两个连接支架，所述转轴是与升力型垂直轴风力发电机主轴同轴线连接的T字型转轴；所述连接支架是转折角为120°±20°的转折杆，其长端一头连接所述风轮，短端一头连接一个配重钢球，所述两个连接支架的中间转折点处分别与所述T字型转轴的水平短轴的两端部铰连，使所述两个风轮形成旋转半径可变式风轮，该风轮为杯状阻力型风轮。本发明适于安装在升力型垂直轴风力发电机的顶端上，能使该风力发电机具有良好的自启动性能，在高风速下还可以缓冲风力发电机降速。

权利要求

1.一种升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，包括一根转轴、一对风轮和两个连接支架（2），其特征在于所述转轴是与升力型垂直轴风力发电机主轴同轴线连接的T字型转轴（4）；所述连接支架（2）是转折角为120°±20°的转折杆，其长端一头连接所述风轮，短端一头连接一个配重钢球（3），所述两个连接支架（2）的中间转折点处分别与所述T字型转轴（4）的水平短轴的两端部铰连，使所述两个风轮形成旋转半径可变式风轮（1），该风轮（1）为杯状阻力型风轮；所述T字型转轴（4）上滑套一个弹簧挡块（5），在该弹簧挡块（5）与T字型转轴（4）的水平短轴之间套装一个压簧（8）；在所述弹簧挡块（5）与连接支架（2）之间安装一个拉簧（7）。

2.根据权利要求1所述的升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，其特征在于所述T字型转轴（4）的水平短轴的两端加工有凹槽，所述连接支架（2）的中间转折点处通过铰链销（6）安装在所述凹槽内。

说明书

升力型垂直轴风力发电机的辅助风机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，特别是适宜安装在自启动性能较差的升力型垂直轴风力发电机上，用于提高启动性能和高风速下的安全性。技术背景

[0002] 垂直轴风力发电机（VAWT vertical axis wind turbine）从结构原理上，主要分为升力型和阻力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。阻力型风力发电机优点是起动转矩较大，启动性能良好，但是它的转速低，风力机风能利用率低于水平轴风力发电机。升力型转速高，旋转惯性大，结构相对简单，成本较低，但此结构在垂直轴风力发电机开始运行时，启动比较困难尤其是风速小的情况下运转性能差。根据叶片的形状，升力型可分为直叶片和弯叶片两种，直叶片可以通过合理选择叶片翼型和安装角，来获得较好的自启动性能，而弯叶片必须靠其它动力启动，达到要求的转速才能正常运行。

[0003] 目前，常用的一种机械结构改进方式是通过将升力型和阻力型垂直轴风力机固定相结合，变成一种升阻型风力发电机。由于阻力型垂直轴风力发电机具有良好的启动性能，通过了两者的结合改善了整体的启动性能。然而，阻力型的尖速比较小，当达到一定风速，升力型风力发电机的转速大于阻力型风力发电机的转速时，阻力型就导致了整机的阻力，降低了风机的效率。

[0004] 同时，对于水平轴风力发电机来说，在风速较高的情况下，可以通过偏航机构使风轮的迎风面减小，以机械的方式来达到降速和保护机构的目的。对于垂直轴风力发电机而言，可以接收任意方向的来风，在遇上大风的时候，缺少了缓冲降速来保证安全。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，风轮半径可变，用于安装在升力型垂直轴风力发电机的顶端上，使该风力发电机具有良好的自启动性能，在高风速下还可以缓冲使风力发电机降速。

[0006] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，包括一根转轴、一对风轮和两个连接支架，其特征在于所述转轴是与升力型垂直轴风力发电机主轴同轴线连接的T字型转轴；所述连接支架是转折角为120°±20°的转折杆，其长端一头连接所述风轮，短端一头连接一个配重钢球，所述两个连接支架的中间转折点处分别与所述T字型转轴的水平短轴的两端部铰连，使所述两个风轮形成旋转半径可变式风轮，该风轮为杯状阻力型风轮。

[0007] 所述T字型转轴的水平短轴的两端加工有凹槽，所述连接支架的中间转折点处通过铰链销安装在所述凹槽内。

[0008] 所述T字型转轴上滑套一个弹簧挡块，在该弹簧挡块与T字型转轴的水平短轴之间套装一个压簧；在所述弹簧挡块与连接支架之间安装一个拉簧。

[0009] 本发明的有益效果是：（1）采用阻力风轮旋转半径可变式的辅助风机，改善了升力型垂直轴风力发电机在低风速时的启动性能，提高了风电转换效率，适应性更强 （2）在升力型风轮达到合适的叶尖速比时，辅助阻力型风轮在离心力的作用下调节到重合位置，减小了较高风速下对升力型风机正常运行的阻力，提高了整机的效率 （3）风速过大时，阻力型风轮在离心力作用下进一步偏转，风轮分别到达另一侧，大大增加了风向上的阻力，对整机起到了缓冲减速的作用 （4）在风速下降时，辅助阻力型风轮恢复到稳定位置，可以随风速的变化起到改善自启动和缓冲降速的作用。

附图说明

[0010] 图1为本发明的整体结构示意图。

[0011] 图2为本发明弹簧挡块的局部放大示意图。

[0012] 图3为本发明实施例1的结构示意图。

[0013] 图4为本发明实施例2的结构示意图。

[0014] 图5为本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

[0015] 本发明的优选实施例结合附图说明如下：

[0016] 实施例一：

[0017] 参见图1，本升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，包括一根转轴、一对风轮和两个连接支架2，其特征在于所述转轴是与升力型垂直轴风力发电机主轴同轴线连接的T字型转轴4；所述连接支架2是转折角为120°±20°的转折杆，其长端一头连接所述风轮，短端一头连接一个配重钢球3，所述两个连接支架2的中间转折点处分别与所述T字型转轴4的水平短轴的两端部铰连，使所述两个风轮形成旋转半径可变式风轮1，该风轮1为杯状阻力型风轮。

[0018] 实施例二：

[0019] 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

[0020] 所述T字型转轴4的水平短轴的两端加工有凹槽，所述连接支架2的中间转折点处通过铰链销6安装在所述凹槽内。

[0021] 所述T字型转轴4上滑套一个弹簧挡块5，在该弹簧挡块5与T字型转轴4的水平短轴之间套装一个压簧8；在所述弹簧挡块5与连接支架2之间安装一个拉簧7。

[0022] 实施例三：

[0023] 参见图1和图2，本升力型垂直轴风力发电机的辅助风机，包括一对旋转半径可变式风轮1、连接支架2和配重钢球3、T字型转轴4、一个弹簧挡块5。所述的一对旋转半径可变式风轮1为半球形阻力型风轮、分别与连接支架2和配重钢球3固结在一起，形成一个整体，两段长度不等的连接支架2成120°夹角，长端一头连接旋转半径可变式风轮1，短端另一头连接配重钢球3。所述旋转半径可变式风轮1、支架2和配重钢球3整体通过铰链6与T字型转轴4相连。所述的T字型转轴4在水平短轴两端加工有一对凹槽，便于铰链6的安装，通过将T字型转轴4与升力型风力发电机同轴安装置于发电机的最高位置，使两者共同转动。在计算尺寸时，运用质心定理并通过调节配重钢球的重量确定该整体的重心；在风轮1转动时，其重心位置随风速的变化发生改变，起到自启动和缓冲降速的作用。

[0024] 工作时的各工况如下：

[0025] 如图3所示，在风轮1未启动或启动之初，在重力作用下，配重钢球3通过弹簧挡块5的拉簧7接触T字型转轴4的长轴段，旋转半径可变式风轮1位于半径最大处。随着风速的增大，风轮转速变大，当旋转半径可变式风轮1、连接支架2和配重钢球3整体的合力足够大到带动配重钢球3离开弹簧挡块5。阻力型风力发电机利用自身启动风速低，输出转矩大的优点，带动升力型风力发电机在微风下启动。

[0026] 如图4所示，在风速达到额定风速的同时，旋转半径可变式风轮1、连接支架2和配重钢球3整体的合力使其整体的重心距转动轴心的距离进一步增大，即旋转半径可变式风轮1距转动轴心的距离（阻力风轮半径）逐渐减小，直至两个风杯型风轮的中心重合。此时，受拉弹簧7一端连接于弹簧挡块5，另一端固定于连接支架2的短端而被拉长，使弹簧挡块5受到一个向上的力，在压簧8的作用下保持稳定，使风轮中心稳定在竖直方向下，尽可能降低了旋转半径可变式风轮1带来的阻力。

[0027] 如图5所示，在风速超出安全风速时，由于旋转半径可变式风轮1、连接支架2和配重钢球3整体的合力使其整体的重心距转动轴心进一步增大，推动了安装于弹簧挡块5上端的压簧8，使弹簧挡块5沿着T字型转轴4的长轴段向上滑动，风轮反向发生转动，大大增大了风力发电机整体的阻力，使其缓冲降速。在风速下降时，在压簧8的反作用下风轮回复，起到了一个自调节的作用。