[发明专利]悬浮式垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明创造属于风力机技术领域，主要涉及一种悬浮式垂直轴风力机。

背景技术

随着不可再生能源的减少和环境保护意识的增强，可再生且无环境污染的风能开发利用成为发展趋势，风力机即是其中之一。目前，风力机主要分为水平轴和垂直轴风力机两种。相对于水平轴风力机，垂直轴风力机有着较优越的技术特性，因此，垂直轴风力机研发利用成为未来的发展趋势。但是，由于大型的垂直轴风力机体型巨大，质量沉重，对垂直轴风力机起支撑作用的轴承、支架及底座带来较大的负荷，风力机转动工况时机械摩擦较大，除带来零部件磨损、降低使用寿命外，同时也降低了风能利用率，造成风能损耗浪费，降低作业效果。为解决上述问题，已有利用磁悬浮轴承和横梁采用翼型结构两种垂直轴风力机的研究，但前者造价高，结构复杂，后者横梁的迎风攻角不可调，产生升力效应的能力较差。

发明内容

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合实际运行情况，设计提供一种新结构的悬浮式垂直轴风力机，通过在垂直轴风力机横梁上加装升力装置，达到风力机运行时减小和抵消加载在轴承上的重量、减轻零部件磨损、延长机械使用寿命、提高风能利用率的目的。

本发明创造的目的是这样实现的：一种悬浮式垂直轴风力机，在下支座上固装轴承套，在轴承套上通过下轴承和上轴承可转动地配装垂直轴，上轴承端盖配装在轴承套上端部上，在垂直轴上从上至下通过上法兰和下法兰分别配装上横梁和下横梁，风力机叶片配装在上、下横梁外端部上，在下支座上安装总控制器，在下支座上部与轴承套下部之间支撑配装下压力传感器，在轴承套上端部与上轴承端盖之间支撑配装上压力传感器，步进电机和步进电机控制器固装在下法兰上，且由导线连通，两个横向叶片支架固配在下横梁上，在对称翼型的横向叶片两端部上分别固装横向叶片支撑轴上，横向叶片转角控制传动机构将步进电机与横向叶片连接；所述上、下压力传感器通过导线分别与总控制器连通，总控制器与步进电机控制器无线连通。

本发明创造利用旋转的桨叶产生升力、并通过控制桨叶的迎风攻角可改变其产生升力大小的原理，通过检测轴承套上、下两端的压力差来判断横向叶片的升力与风力机重力的关系，通过不断微调横向叶片的攻角使风力机在额定转数范围内的任意时刻都能是升力抵消风力机的重力，保证其在悬浮状态下工作。本发明创造的特点是：有效的避免了由于重力原因使风力机在工作时产生较大的机械摩擦，降低甚至避免风力机对支撑的轴承及支架、底座造成压力负荷，延长寿命，同时也会提高风能利用率，增大发电效率。

附图说明

图1是悬浮式垂直轴风力机结构示意图

图2是横向叶片转角控制传动机构结构示意图

图3是图2的A-A向的剖视图

图中件号说明：

1、下支座、2、下压力传感器、3、轴承套、4、下轴承、5、垂直轴、6、上轴承、7、上压力传感器、8、上轴承端盖、9、下法兰、10、上法兰、11、上横梁、12、风力机叶片、13、横向叶片支架、14、横向叶片支撑轴、15、横向叶片、16、下横梁、17、横向叶片转角控制传动机构、18、步进电机、19、步进电机控制器、20、总控制器、21、丝杠、22、齿条螺母、23、圆柱齿轮、24、蜗杆、25、蜗轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。

一种悬浮式垂直轴风力机，在下支座1上固装轴承套3，在轴承套3上通过下轴承4和上轴承6可转动地配装垂直轴5，上轴承端盖8配装在轴承套3上端部上，在垂直轴5上从上至下通过上法兰10和下法兰9分别配装上横梁11和下横梁16，风力机叶片12配装在上、下横梁11、16外端部上，在下支座（1）上安装总控制器20，在下支座1上部与轴承套3下部之间支撑配装下压力传感器2，在轴承套3上端部与上轴承端盖8之间支撑配装上压力传感器7，步进电机18和步进电机控制器19固装在下法兰9上，且由导线连通，两个横向叶片支架13固配在下横梁16上，在对称翼型的横向叶片15两端部上分别固装横向叶片支撑轴14上，横向叶片转角控制传动机构17将步进电机18与横向叶片15连接；所述上、下压力传感器7、2通过导线分别与总控制器20连通，总控制器20与步进电机控制器19无线连通。

所述的横向叶片转角控制传动机构17由丝杠21、齿条螺母22、圆柱齿轮23、蜗杆24和蜗轮25构成，所述的齿条螺母22可轴向移动地配装在丝杠21上，丝杠21与步进电机18连接，所述蜗轮25固装在横向叶片支撑轴14上，所述圆柱齿轮23固配在蜗杆24上，且圆柱齿轮23与齿条螺母22的齿条部啮合，蜗杆24与蜗轮25啮合。

使用时，当悬浮式垂直轴风力机在未达到额定工作状态时，横向叶片15的迎风攻角为0°，由于其为对称翼型，此时升力接近零，悬浮系统不工作。当风力机达到额定工作状态时，下压力传感器2与上压力传感器7开始工作，检测轴承套3两端的压力，并将检测结果传输到总控制器20进行分析，当轴承套3下部压力大于上部压力时，重力大于升力，总控制器20通过无线连接向步进电机控制器19下达指令，步进电机控制器19控制步进电机18工作，并通过横向叶片转角控制传动机构17增大横向叶片15的迎风攻角，增大悬浮系统的升力。当轴承套3下部压力小于上部压力时，重力小于升力，总控制器20通过无线连接向步进电机控制器19下达指令，步进电机控制器19控制步进电机18工作，并通过横向叶片转角控制传动机构17减小横向叶片15的迎风攻角，减小悬浮系统的升力。