一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组.pdf

一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，包括有塔架以及设于塔架的风叶驱动总成，风叶驱动总成包括有风轮组和垂直立轴回转系统，风轮组包括升力型叶片和风叶支架，垂直立轴回转系统包括发电机和立柱，立柱的一端部与发电机的定子连接，风叶支架的一端部与升力型叶片固定连接，风叶支架的另一端部与立柱的另一端部连接，设置有减少风叶驱动总成运转时振动的半浮动式弹簧减振装置，发电机通过半浮动式弹簧减振装置安装于塔架。采用半浮动式弹簧减振装置连接发风叶驱动总成和塔架，使得本发明能在强风高速运转时也能平衡运转、正常发电，抗强风能力好，运行稳定安全；该发电机组结构简单，成本低廉，稳定性较强，安全性较高。

1.  一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，包括有塔架以及设于所述塔架的风叶驱动总成，所述风叶驱动总成包括有风轮组和垂直立轴回转系统，所述风轮组包括两个或者两个以上的升力型叶片和对应设置于所述垂直立轴回转系统的两个或者两个以上的风叶支架，所述垂直立轴回转系统包括发电机和立柱，所述立柱的一端部与所述发电机的定子连接，所述风叶支架的一端部与所述升力型叶片固定连接，所述风叶支架的另一端部与立柱的另一端部连接，其特征在于：设置有减少风叶驱动总成运转时振动的半浮动式弹簧减振装置，所述发电机通过所述半浮动式弹簧减振装置安装于所述塔架。

2.  根据权利要求1所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述半浮动式弹簧减振装置包括设置有安装座和弹性组件，所述安装座与发电机的定子固定连接，所述安装座通过弹性组件可伸缩地安装于塔架，所述弹性组件包括第二弹簧。

3.  根据权利要求2所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述弹性组件还包括弹力胶垫，所述弹力胶垫套设于所述第二弹簧外。

4.  根据权利要求3所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述弹性组件还包括弹簧连接部，所述弹簧连接部安装于所述安装座，所述第二弹簧设于弹簧连接部下方，所述弹簧连接部上方设有缓冲收紧螺栓的松动间隙的第三弹簧，所述螺栓依次穿过第三弹簧、弹簧连接部和第二弹簧。

5.  根据权利要求2至4任一项所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述弹性组件有多组，多组所述弹性组件均匀分布连接于所述安装座。

6.  根据权利要求5所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述弹性组件有三组。

7.  根据权利要求4所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述风叶支架与所述立柱之间设置有支架接头，所述支架接头通过枢轴可转动地连接于立柱的另一端部，所述风叶支架的另一端部可伸缩套设于所述支架接头，所述支架接头设置有可以根据运转时离心力大小调节位于套设于所述支架接头的所述风叶支架的另一端部的伸缩长度的第一弹簧。

8.  根据权利要求7所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述第一弹簧为压缩弹簧，所述风叶支架的另一端部与所述第一弹簧靠近立柱的一端部固定连接，所述第一弹簧远离立柱的一端部与支架接头固定连接或者触接。

9.  根据权利要求7所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述支架接头下方设置有限制支架接头向下的转动角度的限位板，所述限位板一端部固定于所述立柱。

10.  根据权利要求4所述的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，其特征在于：所述第二弹簧和所述第三弹簧均为压缩弹簧。

一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组
技术领域
本发明涉及垂直轴风力发电机技术领域，特别是涉及一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组。
背景技术
目前传统能源日趋枯竭，发展新能源势在必行，风力发电已有一百五十多年的历史，科学家在分析了大气环流模型之后发现，大气低层的对流气团所包含的风能是非常巨大的，是人类可利用且取之不尽、用之不竭的再生能源之一。因此，在人类面临逐渐加剧的能源危机的情况下，对于风力发电的研究开发也越来越具有重大和深远的现实意义了。在一些发达国家，如美国、荷兰、丹麦、法国、德国、意大利等国，风力发电在其国内的电力结构中已经起到了举足轻重的作用。而在我国，只有少数地区，如新疆、内蒙、甘肃、广东的南澳及汕尾红海湾、福建的漳州东山岛等地设有风力发电站，其总装机容量还不到62000MW，占我国电力结构比率不及3%。风能发电技术在此背景下也迎来新的发展机遇，世界各国都在大力推广，我国也相继推出了一系列的扶持政策。
现有技术中，垂直轴风力发电机按照风能转化原理归类，主要分为阻力型垂直轴风力发电机和升力型垂直轴风力发电机。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，而升力型垂直轴风力发电机则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力。阻力型垂直轴风力发电机是利用顺风逆风时的风阻差做功，转速较低，转换效率低下，叶片耗费材料较多，且通常需要另配以增速机构，导致成本过高；而升力型垂直轴风力发电机适于高转速发电机，一般微小型机组可用以直驱发电机，故其叶片成本及发电机的成本均低于阻力型垂直轴风力发电机；基于成本等因素考虑，升力型垂直轴风力发电机成为行业内的发展趋势。但是，升力型垂直轴风力发电机在强风高转速工况时所产生的振动问题，却成了升力型垂直轴风力发电机整个行业发展的瓶颈。
中国发明专利（公告号CN 103912442A）公开了“一种垂直轴风力发电机”，该垂直轴风力发电机包括风机机组和支撑轴，风机机组包括垂直定轴，垂直定轴的底端设有第一法兰，支撑轴的顶端设有第二法兰，两个法兰通过螺栓和螺母连接，穿过第一法兰螺栓孔的所述螺栓上套有螺栓套，所述螺栓套的上部套有上垫圈，所述上垫圈呈环形的倒台阶状，下部延伸至所述第一法兰的螺孔内，上部位于相应螺栓的头部和第一法兰上表面之间，所述螺栓套的下部套有下垫圈，所述下垫圈位于第一法兰和第二法兰之间。该连接结构实现了两个法兰之间的软连接，在风机机组的工作过程中，可以在连接处有效地起到减振作用，避免连接处的松动或损坏，延长了风力发电机的使用寿命。
然而，该结构的风力发电机仍然不能保证垂直轴发电机的整体稳定性，而且风轮晃动较大时会增加连接部件之间的作用力，振动太大会损坏连接部件，而且，因为这种震动而引起的噪音也较高。
因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种抗强风能力好、抗振动性能好、低噪音、运行稳定的垂直轴风力发电机技术显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种结构简单、抗振动性能好、低噪音、稳定性高的半浮动减振式垂直轴风力发电机组。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，包括有塔架以及设于所述塔架的风叶驱动总成，所述风叶驱动总成包括有风轮组和垂直立轴回转系统，所述风轮组包括两个或者两个以上的升力型叶片和对应设置于所述垂直立轴回转系统的两个或者两个以上的风叶支架，所述垂直立轴回转系统包括发电机和立柱，所述立柱的一端部与所述发电机的定子连接，所述风叶支架的一端部与所述升力型叶片固定连接，所述风叶支架的另一端部与立柱的另一端部连接，设置有减少风叶驱动总成运转时振动的半浮动式弹簧减振装置，所述发电机通过所述半浮动式弹簧减振装置安装于所述塔架。
其中，所述半浮动式弹簧减振装置包括设置有安装座和弹性组件，所述安装座与发电机的定子固定连接，所述安装座通过弹性组件可伸缩地安装于塔架，所述弹性组件包括第二弹簧。
其中，所述弹性组件还包括弹力胶垫，所述弹力胶垫套设于所述第二弹簧外。
其中，所述弹性组件还包括弹簧连接部，所述弹簧连接部安装于所述安装座，所述第二弹簧设于弹簧连接部下方，所述弹簧连接部上方设有缓冲收紧螺栓的松动间隙的第三弹簧，所述螺栓依次穿过第三弹簧、弹簧连接部和第二弹簧。
其中，所述弹性组件有多组，多组所述弹性组件均匀分布连接于所述安装座。
其中，所述弹性组件有三组。
其中，所述风叶支架与所述立柱之间设置有支架接头，所述支架接头通过枢轴可转动地连接于立柱的另一端部，所述风叶支架的另一端部可伸缩套设于所述支架接头，所述支架接头设置有可以根据运转时离心力大小调节位于套设于所述支架接头的所述风叶支架的另一端部的伸缩长度的第一弹簧。
其中，所述第一弹簧为压缩弹簧，所述风叶支架的另一端部与所述第一弹簧靠近立柱的一端部固定连接，所述第一弹簧远离立柱的一端部与支架接头固定连接或者触接。
其中，所述支架接头下方设置有限制支架接头向下的转动角度的限位板，所述限位板一端部固定于所述立柱。
其中，所述第二弹簧和所述第三弹簧均为压缩弹簧。
其中，所述升力型叶片为三组或五组。
其中，所述发电机为外转子永磁发电机。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组，由于包括有塔架以及设于所述塔架的风叶驱动总成，所述风叶驱动总成包括有风轮组和垂直立轴回转系统，所述风轮组包括两个或者两个以上的升力型叶片和对应设置于所述垂直立轴回转系统的两个或者两个以上的风叶支架，所述垂直立轴回转系统包括发电机和立柱，所述立柱的一端部与所述发电机的定子连接，所述风叶支架的一端部与所述升力型叶片固定连接，所述风叶支架的另一端部与立柱的另一端部连接，设置有减少风叶驱动总成运转时振动的半浮动式弹簧减振装置，所述发电机通过所述半浮动式弹簧减振装置安装于所述塔架。
由此，采用半浮动式弹簧减振装置连接发风叶驱动总成和塔架，使得本发明的半浮动减振式垂直轴风力发电机组能在强风高速运转时也能平衡运转、正常发电，抗强风能力好，运行稳定安全；该半浮动减振式垂直轴风力发电机组结构简单，成本低廉，稳定性较强，安全性较高。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组的实施例的结构示意图。
图2是图1的部分放大的结构示意图。
图3是图2的俯视图。
图4是本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组的静止状态与运转状态的风轮组的位置比较示意图。
在图1至图4中包括有：
1——立柱；
2——枢轴；
3——支架接头；
4——第一弹簧；
5——风叶支架；
6——发电机；
7——安装座；
8——第三弹簧；
9——弹力胶垫；
10——第二弹簧；
11——螺栓；
12——塔架；
13——升力型叶片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合以下附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本发明的一种半浮动减振式水平轴风力发电机组的实施方式之一，如图1至图4所示，包括有塔架12以及设于塔架12的风叶驱动总成，风叶驱动总成包括有风轮组和垂直立轴回转系统，风轮组包括两个或者两个以上的升力型叶片和对应设置于垂直立轴回转系统的两个或者两个以上的风叶支架5，升力型叶片的组数可以为三组或者五组，等分分布于发电机6的轴线周围；垂直立轴回转系统包括发电机6和立柱1，立柱1的一端部与发电机6的定子连接，风叶支架5的一端部与升力型叶片固定连接，风叶支架5的另一端部与立柱1的另一端部连接，设置有减少风叶驱动总成运转时振动的半浮动式弹簧减振装置，发电机6通过半浮动式弹簧减振装置安装于塔架12；该风力发电机组可以使外转子永磁发电机。采用半浮动式弹簧减振装置连接发风叶驱动总成和塔架12，使得该半浮动减振式垂直轴风力发电机组能在强风高速运转时也能平衡运转、正常发电，抗强风能力好，运行稳定安全；该半浮动减振式垂直轴风力发电机组结构简单，成本低廉，稳定性较强，安全性较高
其中，半浮动式弹簧减振装置包括设置有安装座7和弹性组件，安装座7与发电机6的定子固定连接，安装座7通过弹性组件可伸缩地安装于塔架12，弹性组件包括第二弹簧10。该第二弹簧10为压缩弹簧。
其中，弹性组件还包括弹力胶垫9，弹力胶垫9套设于第二弹簧10外。半浮动式弹簧减振装置的弹力胶垫9与第二弹簧10联动的半浮动式减振机构，能有效隔离风叶驱动总成与塔架12之间的振动传递缓冲而且无固定频率，不会产生次级谐振。第二弹簧10与弹力胶垫9的组合可以有效避免固有的振动频率，减振效果更好，稳定性更高。
实施例2
本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组的实施方式之一，如图1至图4所示，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于：其中，弹性组件还包括弹簧连接部，弹簧连接部安装于安装座7，第二弹簧10设于弹簧连接部下方，弹簧连接部上方设有缓冲收紧螺栓11的松动间隙的第三弹簧8，螺栓11依次穿过第三弹簧8、弹簧连接部和第二弹簧10。第三弹簧8的设置主要是为了收紧螺栓11的松动间隙，进一步加强半浮动式弹簧减振装置的稳定效果。
优选的，安装座7上端设置有与发电机6配合连接的孔位，内腔设置有用于安装第三弹簧8、第二弹簧10及弹力胶的法兰盘，外形半封闭，避免雨淋及阳光直射。
实施例3
本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组的实施方式之一，如图1至图4所示，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1或者实施例2的区别在于：其中，弹性组件有多组，多组弹性组件均匀分布连接于安装座7。该弹性组件的最佳组数为三组。既能满足风力发电机组的平衡性，又能节约成本，精简制作工艺。
实施例4
本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组的实施方式之一，如图1至图4所示，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1或者实施例2或者实施例3的区别在于：其中，风叶支架5与立柱1之间设置有支架接头3，支架接头3通过枢轴2可转动地连接于立柱1的另一端部，风叶支架5的另一端部可伸缩套设于支架接头3，支架接头3设置有可以根据运转时离心力大小调节位于套设于支架接头3的风叶支架5的另一端部的伸缩长度的第一弹簧4。
每组风叶支架5与立柱1通过枢轴2可转动地连接，能在运转状态根据离心力的大小自动调整风叶单元重心位置，实现自平衡；同时，由于风轮组绕发电机的电机轴旋转时，升力型叶片位置及受风角度引起的风压变化会使得发电机组产生振动，本发明中的风叶支架5与支架接头3可伸缩连接，其伸缩方向与风压的方向一致，在风叶上的风压产生变化时，能有效减振，从根本上避免机组产生振动。该半浮动减振式垂直轴风力发电机组结构简单，成本低廉，稳定性较强，安全性较高。
其中，第一弹簧4为压缩弹簧，风叶支架5的另一端部与第一弹簧4靠近立柱1的一端部固定连接，第一弹簧4远离立柱1的一端部与支架接头3固定连接或者触接。风叶支架5可伸缩地连接于支架接头3内，并由压缩弹簧根据运转时离心力的大小调节长度，压缩弹簧套设于风叶支架5外，发电机组运转时，风叶支架5在离心力的作用下会压缩弹簧在支架接头3内滑动。在风叶驱动总成旋转时，每转动一周，受风压的大小及方向会随之发生一次周期性的变化，引起发电机机组的振动，本发明的可伸缩支架结构有效解决了因周期性风压变化所产生的振动问题。
其中，支架接头3下方设置有限制支架接头3向下的转动角度的限位板，限位板一端部固定于立柱1。限位板的设置有效缓解了风叶支架5转动角度过大，从而造成风轮组的损坏。
风叶支架5与立柱1在静止状态时，风叶支架5的重心位置与枢轴2的中心线及水平面成一定角度α，α的范围约为-5°~5°，运转状态时，在离心力的作用下该角度会即时改变，风叶驱动总成的重心位置自动调整至水平位置，实现平衡的自我调节目的。
使用风叶支架5的减振连接方式和设置半浮动式弹簧减振装置两级减振机构，使本发明在强风高速运转时也能平衡运转，正常发电，抗强风能力好，运行稳定安全，并且无尾舵，结构简单、低噪音及适用风速范围广及稳定性高等优点。
本发明在高速动转时能平稳运行发电，具有工作运行安全可靠，抗强风能力好，振动小，并且无尾舵，结构简单、低噪音及适用风速范围广等优点。
本发明的一种半浮动减振式垂直轴风力发电机组的工作原理如下：
风力推动风轮组转动，风叶支架5绕枢轴2上升转动呈悬浮旋转状态，风轮组产生陀螺效应，稳定性好，同时第一弹簧4保持多组风叶支架5受力均衡，有效缓解升力型叶片受风压力的周期性变化，保证整个风轮组的稳定性；由安装座7及第三弹簧8、第二弹簧10、弹力胶垫9及螺栓11组成的半浮动式减振结构可消除风轮组因风压变化及其它不平衡因素影响产生的振动。
本发明主要具有如下优点：
（1）有效地提高了风轮组的稳定性，运行更加可靠；
（2）抗强风能力好，无噪音且制造工艺简单；
（3）振动小，节约塔架的制作成本；
（4）无尾舵回转系统，易于加工，制造的综合成本低；
（5）重量轻，便于安装，且降低运输成本。
本发明的半浮动减振式垂直轴风力发电机组可以满足以下标准：
1、适用的最高风速为45m/s，在高寒地区，适用的最高风速为40m/s；
2、正常运行的温度范围为-20℃～+50℃，高寒地区正常运行的温度范围为-25℃～+45℃；
3、运行的最高海拔为4000m；
4、运行的最高相对湿度为95﹪。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。