全文摘要
本发明公开了一种立轴式风轮机，包括用于将风能转化为机械能的转子、若干个用于对来流进行导向增速的导流叶片、控制装置、用于改变导流叶片开度的调节装置以及用于检测风轮机转速的感应装置，导流叶片可转动地连接于转子上，且若干个导流叶片在转子的圆周上均匀分布；调节装置与导流叶片连接，调节装置、感应装置均与控制装置连接，以便控制装置根据感应装置检测到的风轮机转速变化后，通过调节装置调整导流叶片的开度。通过设置开度可调节的导流叶片，本发明提供的立轴式风轮机实现了在不同风速下转速与输出功率的相对稳定。此外，导流叶片的增压作用使得风轮机在来流风速较低时就可启动，增强了风轮机的适应能力。
主设计要求
1.一种立轴式风轮机，包括用于将风能转化为机械能的转子(15)，其特征在于，还包括若干个用于对来流进行导向增速的导流叶片(11)、控制装置、用于改变所述导流叶片(11)开度的调节装置以及用于检测风轮机转速的感应装置，所述导流叶片(11)可转动地连接于所述转子(15)上；所述调节装置与所述导流叶片(11)连接，所述调节装置、所述感应装置均与所述控制装置连接，以便所述控制装置根据所述感应装置检测到的风轮机转速通过所述调节装置调整所述导流叶片(11)的开度。
设计方案
1.一种立轴式风轮机，包括用于将风能转化为机械能的转子(15)，其特征在于，还包括若干个用于对来流进行导向增速的导流叶片(11)、控制装置、用于改变所述导流叶片(11)开度的调节装置以及用于检测风轮机转速的感应装置，所述导流叶片(11)可转动地连接于所述转子(15)上；
所述调节装置与所述导流叶片(11)连接，所述调节装置、所述感应装置均与所述控制装置连接，以便所述控制装置根据所述感应装置检测到的风轮机转速通过所述调节装置调整所述导流叶片(11)的开度。
2.根据权利要求1所述的立轴式风轮机，其特征在于，所述调节装置包括导流叶片控制圈(13)、安装于所述导流叶片控制圈(13)上的导流叶片拉板(12)以及与所述控制装置连接的执行机构(14)，所述导流叶片控制圈(13)与所述转子(15)同轴设置；
所述导流叶片拉板(12)与所述导流叶片(11)可转动连接，所述执行机构(14)与所述导流叶片控制圈(13)连接，以便通过所述执行机构(14)调节所述导流叶片控制圈(13)转动、从而带动所述导流叶片拉板(12)拉动所述导流叶片(11)。
3.根据权利要求2所述的立轴式风轮机，其特征在于，所述导流叶片拉板(12)连接于所述导流叶片(11)的叶身中部。
4.根据权利要求3所述的立轴式风轮机，其特征在于，所述导流叶片(11)的叶根上设有安装连接轴的安装孔，以便所述导流叶片(11)与所述转子(15)可转动连接。
5.根据权利要求4所述的立轴式风轮机，其特征在于，所述执行机构(14)包括与所述导流叶片(11)控制圈可转动连接的连杆以及限制所述连杆运动的轨道，所述连杆与所述控制装置连接，以便所述控制装置通过所述连杆的运动带动所述导流叶片控制圈(13)转动。
6.根据权利要求5所述的立轴式风轮机，其特征在于，所述导流叶片控制圈(13)上设有与所述连杆连接的连接片，所述连接片连接于所述导流叶片控制圈(13)的圆周上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的立轴式风轮机，其特征在于，还包括用于整流增压的导流片(16)，所述导流片(16)连接于所述导流叶片(11)与所述转子(15)之间。
8.根据权利要求7所述的立轴式风轮机，其特征在于所述转子(15)的数量至少为两个，且若干个所述转子(15)均同轴。
设计说明书
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种立轴式风轮机。
背景技术
随着环境污染加剧、化石能源储量日渐减少，人类对于可再生能源的开发和利用变得无比迫切。由于蕴藏量大，风能是一种具有很大潜力的可再生能源。
在现有技术中，风能的利用主要通过风机将风能转化为机械能来实现，但是由于风向和风速变化不定，具有极强的不确定性，传统风机的输出功率不稳定，限制了风能的开发利用。
同时，受到自身结构的限制，传统风机的启动风速较高而转速较低，也对风能的开发利用产生了限制。
综上所述，如何稳定风机的输出功率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种立轴式风轮机，在转子外设有用于对气流导向增速的导流叶片，且导流叶片的开度可调节，实现了风轮机在不同风速下的转速和输出功率的相对稳定。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种立轴式风轮机，包括用于将风能转化为机械能的转子、若干个用于对来流进行导向增速的导流叶片、控制装置、用于改变所述导流叶片开度的调节装置以及用于检测风轮机转速的感应装置，所述导流叶片可转动地连接于所述转子上；
所述调节装置与所述导流叶片连接，所述调节装置、所述感应装置均与所述控制装置连接，以便所述控制装置根据所述感应装置检测到的风轮机转速通过所述调节装置调整所述导流叶片的开度。
优选的，所述调节装置包括导流叶片控制圈、安装于所述导流叶片控制圈上的导流叶片拉板以及与所述控制装置连接的执行机构，所述导流叶片控制圈与所述转子同轴设置；
所述导流叶片拉板与所述导流叶片可转动连接，所述执行机构与所述导流叶片控制圈连接，以便通过所述执行机构调节所述导流叶片控制圈转动、从而带动所述导流叶片拉板拉动所述导流叶片。
优选的，所述导流叶片拉板连接于所述导流叶片的叶身中部。
优选的，所述导流叶片的叶根上设有安装连接轴的安装孔，以便所述导流叶片与所述转子可转动连接。
优选的，所述执行机构包括与所述导流叶片控制圈可转动连接的连杆以及限制所述连杆运动的轨道，所述连杆与所述控制装置连接，以便所述控制装置通过所述连杆的运动带动所述导流叶片控制圈转动。
优选的，所述导流叶片控制圈上设有与所述连杆连接的连接片，所述连接片连接于所述导流叶片控制圈的圆周上。
优选的，还包括用于整流增压的导流片，所述导流片连接于所述导流叶片与所述转子之间。
优选的，所述转子的数量至少为两个，且若干个所述转子均同轴。
本发明提供的立轴式风轮机，包括用于将风能转化为机械能的转子、若干个用于对来流进行导向增速的导流叶片、控制装置、用于改变导流叶片开度的调节装置以及用于检测风轮机转速的感应装置，导流叶片可转动地连接与转子上，且若干个导流叶片在转子的圆周上均匀分布；调节装置与导流叶片连接，调节装置、感应装置均与控制装置连接，以便控制装置根据感应装置检测到的风轮机转速变化后，通过调节装置调整导流叶片的开度。
由于导流叶片的开度可通过调节装置进行调节，因此控制装置可以根据感应装置检测到的风轮机转速对导流叶片开度进行实时调整。在来流风速小时，感应装置检测到风轮机转速较低，控制装置通过调节装置控制导流叶片开度增大，导流叶片对来流的增速作用增强，使得风轮机转速增大；在来流风速大时，感应装置检测到风轮机转速较高，控制装置通过调节装置控制导流叶片开度减小，导流叶片对来流的增速作用减弱，使得风轮机转速减小。
因此，通过设置开度可调节的导流叶片，本发明提供的立轴式风轮机实现了在不同风速下转速与输出功率的相对稳定。
此外，由于气流在通过导流叶片进入转子时，气流通道面积不断减小，气流速度得以加快，使得风轮机在来流风速较低时就可启动，增强了风轮机的适应能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的立轴式风轮机的具体实施例的结构示意图；
图2为本发明所提供的立轴式风轮机中转子与导流叶片等组成的组合模块的具体实施例一的结构示意图；
图3为图2所提供的组合模块的气流流道的结构示意图；
图4为本发明所提供的立轴式风轮机中转子与导流叶片等组成的组合模块的具体实施例二的结构示意图。
图1-图4中：
1为组合模块、11为导流叶片、12为导流叶片拉板、13为导流叶片控制圈、14为执行机构、15为转子、16为导流板、2为旋转主轴、3为变速箱、4为负载。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种立轴式风轮机，在转子外设有用于对气流导向增速的导流叶片，且导流叶片的开度可调节，实现了风轮机在不同风速下的转速和输出功率的相对稳定。
请参考图1-图4，图1为本发明所提供的立轴式风轮机的具体实施例的结构示意图；图2为本发明所提供的立轴式风轮机中转子与导流叶片等组成的组合模块一的结构示意图；图3为图2所提供的组合模块的气流流道的结构示意图；图4为本发明所提供的立轴式风轮机中转子与导流叶片等组成的组合模块的具体实施例二的结构示意图。
本实施例提供的立轴式风轮机，包括用于将风能转化为机械能的转子15、若干个用于对来流进行导向增压的导流叶片11、控制装置、用于改变导流叶片开度的调节装置以及用于检测风轮机转速的感应装置，导流叶片11可转动地连接于转子15上；调节装置与导流叶片11连接，调节装置、感应装置均与控制装置连接，以便控制装置根据感应装置检测到的风轮机转速调节导流叶片11的开度。
转子15用于将风能转化为机械能，其中转子叶片安装于叶片安装座，转子15通过轴承与旋转主轴2连接，旋转主轴2通过变速箱3与负载4连接，对外输出机械能。
优选的，为了提供风轮机的效率、使气流能够充分作用于转子15上，请参考图2，可以在圆筒的圆周上均匀安装有多个转子叶片。
转子叶片的形状具体可以是流线形、弧形，当然还可以是其他符合流体力学的形状。
转子叶片的数量和转子叶片的安装角等，根据风轮机的工作状态以及设计功率决定。
导流叶片11对于进入转子15流道内的气流可以起到导向的作用，同时由于导流叶片11的自身形状，导流叶片11进气口处的流道面积大于导流叶片11出气口处的流道面积，因此通过导流叶片11的流道后，来流的速度降低、压力增高。
导流叶片11可转动连接于转子15上，因此导流叶片11的开度可以调节，因此能够通过调整导流叶片11的流道的截面积调整导流叶片11对来流的增压程度。
优选的，导流叶片11的数量可以与转子叶片的数量相同。
为了围成气流通过的流道、减少扰流等现象的出现，可以设计导流叶片11的叶根的根部与转子叶片的叶尖的尖端位于同一圆柱面上，且导流叶片11安装的位置与转子叶片的安装位置一一对应。
优选的，导流叶片11的叶根处可以设有安装连接轴的安装孔，以便实现导流叶片11与转子15的可转动连接。
感应装置用于检测风轮机的转速，具体可以是光电转速传感器、电磁转速传感器等。
优选的，为了避免感应装置设置的位置对流场产生干扰，可以将感应装置设置在旋转主轴2上转子15后端的位置。
优选的，为了避免单个转速传感器的检测结果不准确，可以设置多个转速传感器同时对旋转主轴2的转速进行检测，并对多个转速传感器的检测值进行平均处理，以此作为调整导流叶片11开度的依据。
控制装置与感应装置、调节装置连接，能够根据感应装置检测到的风轮机转速调节导流叶片11的开度。
由于导流叶片11的开度可通过调节装置进行调节，因此控制装置可以根据感应装置检测到的风轮机转速对导流叶片11开度进行实时调整。在来流风速小时，感应装置检测到风轮机转速较低，控制装置通过调节装置控制导流叶片11开度增大，导流叶片11对来流的增速作用增强，使得风轮机转速增大；在来流风速大时，感应装置检测到风轮机转速较高，控制装置通过调节装置控制导流叶片11开度减小，导流叶片11对来流的增速作用减弱，使得风轮机转速减小。
因此，通过设置开度可调节的导流叶片11，本实施例提供的立轴式风轮机实现了在不同风速下转速与输出功率的相对稳定。
此外，由于气流在通过导流叶片11进入转子15时，气流通道面积不断减小，气流速度得以加快，使得风轮机在来流风速较低时就可启动，增强了风轮机的适应能力。
在上述实施例的基础上，对调节装置的结构进行限定，调节装置可以包括导流叶片控制圈13、安装于导流叶片控制圈13上的导流叶片拉板12以及与控制装置连接的执行机构14，导流叶片控制圈13与转子15同轴设置；导流叶片拉板12与导流叶片11可转动连接，执行机构14与导流叶片控制圈13连接，以便执行机构14通过调节导流叶片控制圈13转动、从而带动导流叶片拉板12拉动导流叶片11。
导流叶片控制圈13与转子15同轴设置，导流叶片控制圈13安装在风轮机的外壳上。导流叶片控制圈13上安装有导流叶片拉板12。
优选的，为了减少导流叶片拉板12对导流叶片11内流场的影响，可以将导流叶片拉板12连接于导流叶片11的叶身中部。
优选的，导流叶片拉板12和导流叶片11可以为销钉连接，结构简单且具有较强的连接强度。
执行机构14与导流叶片控制圈13连接，能够带动导流叶片控制圈13独立于转子15转动。执行机构14，可以是与导流叶片控制圈13连接的滑轨滑块结构，也可以是提供导流叶片控制圈13转矩的旋转电机，当然也可以是其他符合要求的结构。
导流叶片拉板12的一端与导流叶片控制圈13连接，另一端与导流叶片11连接，因此当控制装置控制执行机构14带动导流叶片控制圈13发生转动时，导流叶片拉板12与导流叶片控制圈13的连接点相对于地面坐标系的位置发生变化，使得导流叶片拉板12与导流叶片11的连接点相对地面坐标系的位置也发生变化，导流叶片11的开度发生变化。
在本实施例中，通过设置导流叶片控制圈13，可以同时调节多个导流叶片11的开度同步变化，相比于逐一调整每个导流叶片11的开度，装置结构简单，而且调节过程简洁。
当然，如果实际生产过程表明，在不同圆周角上导流叶片11和转子叶片的流动状态区别较大，可以根据流动状态的差距，将导流叶片控制圈13依据圆周角划分为对应角度的扇环，且将其分别安装于风轮机的外壳上，并分别与对应的执行机构14连接，以实现不同流动状态区域内导流叶片11的开度不同。
在上述实施例的基础上，对执行机构14的结构进行限定，执行机构14可以包括与导流叶片控制圈13可转动连接的连杆以及限制连杆运动的轨道连杆与控制装置连接，以便控制装置通过连杆的运动带动带动导流叶片控制圈13转动。
连杆与导流叶片控制圈13可转动连接，可以是与导流叶片控制圈13的圆周直接连接，也可以是与导流叶片控制圈13上的连接结构连接。
优选的，可以在导流叶片控制圈13上设有与连杆连接的连接片，连接片连接于导流叶片控制圈13的圆周上。
轨道具体可以是水平轨道，也可以是弯曲轨道。
请参考图4，当轨道为水平轨道时，控制装置带动连杆向轨道远离导流叶片控制圈13的一端运动，使得连杆带动导流叶片控制圈13顺时针转动；与之相反，当控制装置带动连杆向轨道靠近导流叶片一端运动时，使得连杆带动导流叶片控制圈13逆时针转动。
由于导流叶片11的开度过大和过小均可能造成边界层分离等现象，因此需要根据导流叶片11开度的调节范围合理设计轨道的长度。
当然，轨道也可以是弯曲轨道，由控制装置带动连杆在轨道内转动，此时连杆的转动方向与导流叶片控制圈13的转动方向相同。
连杆的数量可以为一个，可以为多个；轨道的数量与连杆的数量相对应。优选的，当连杆的数量为多个时，多个连杆在导流叶片控制圈13的圆周方向上均匀分布。
受到制作工艺和材料等因素的限制，转子15的叶片长度是有限的，因此限制了风轮机的做功能力。
在上述实施例的基础上，为了增强风轮机的做功能力，请参考图2和图3，还可以设置有用于整流增压的导流片16，导流片16连接于导流叶片11与转子15之间。
导流片16通过延长气流流道的长度，可以获得更大的进出口截面积比，从而获得更高的增压比，能够极大地提高风轮机的做功能力。
同时，导流片16具有整流作用，对进入流道内的气流进行导向作用，可以减少流动过程中流动损失。
请参考图3，导流片16的叶根与转子叶片的叶尖位于同一圆周面上，导流片16的叶尖与导流叶片11的叶根位于同一圆周面上。
优选的，考虑到距离旋转主轴2的径向距离越远，流道面积越宽，可以设置导流叶片11的数量多于导流片16的数量，请参考图3，除了与导流片16连接的导流叶片11，在两个相邻导流片16中间位置对应的圆心角位置上也设有一片导流叶片11。
当然，两个相邻导流叶片16间增设的导流叶片11的数量还可以两片或者两片以上，只要上述导流叶片11在圆周方向上均匀分布即可。
在上述实施例的基础上，为了增强风轮机的做功能力，可以设置有至少两个转子15，且若干个转子15均同轴。
请参考图1，转子15与安装在转子15外周的导流叶片11以及调节装置等可以组成一个作为风轮机做工基础单位的组合模块1，多个组合模块1自上而下地安装于旋转主轴2上，以便增强风轮机的做功能力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的立轴式风轮机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910590703.7
申请日:2019-07-02
公开号:CN110296040A
公开日:2019-10-01
国家:CN
国家/省市:66(海南)
授权编号:授权时间:主分类号:F03D 3/04
专利分类号:F03D3/04;F03D3/02;F03D7/06
范畴分类:28C;27B;
申请人:海南华盈泰能源科技有限公司
第一申请人:海南华盈泰能源科技有限公司
申请人地址:570311 海南省海口市秀英区南海大道266号海口国家高新区创业孵化中心A楼5层A1-98室
发明人:徐志平
第一发明人:徐志平
当前权利人:海南华盈泰能源科技有限公司
代理人:胡素莉
代理机构:11227
代理机构编号:北京集佳知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计