[发明专利]大功率三戟垂直轴风轮的主动失速调节装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于三戟垂直轴风轮的失速调节装置，具体的说是一种大功率三戟垂直轴风轮的主动失速调节装置。

背景技术

风力发电在世界能源总量中所占的比例逐渐提高，风电已成为世界上发展最快、最具发展前景的能源开发方式之一。垂直轴风力发电系统近年来得到国际风能届的普遍重视，它具有重心低、结构简单、成本低廉、维护方便、不需迎风调节系统等优点，具有广阔的应用领域和发展前景。垂直轴风力发电系统主要包括垂直轴风轮、风力发电机、电压控制输出单元等。采用风力机直接驱动永磁发电机，是风力发电行业的发展趋势之一，特别是采用永磁发电机技术，其可靠性和效率高，在今后风电机组的研发中将有很大的发展空间。一种垂直轴风力发动机的三戟消涡风轮（ZL 2008 1 0049517.4）弥补了传统的萨布纽斯式风轮力矩变化幅度大的不足，涡流损失低，风能利用率高，为风能利用提供了成本低廉的垂直轴风力发电风轮。一种轴向主磁路结构永磁风力发电机（公示号：201110215832.1）可由垂直轴风轮驱动，与风轮同轴的轴对称主磁路结构永磁风力发电装置可在1.0m/s～25m/s风速范围内工作。在室外风场运转环境下，风速变化范围较宽，甚至会大大超出风力发电系统的额定风速范围。直驱式永磁风力发电系统的垂直轴风轮与永磁发电机的转子同步运转，当垂直轴风轮的转速超过永磁发电机转子的额定转速后，发电机磁路饱和，当转速继续升高，将对发电机的运行性能产生恶劣影响，产生永磁体过热、甚至不可逆退磁等破坏现象。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种大功率三戟垂直轴风轮的主动失速调节装置，根据风速实时调整三戟垂直轴风轮的掠风面积，以获得较高的风能吸收率，达到对永磁发电机进行过载保护的目的，同时该装置具有结构简单、制造方便、易于安装维护的优点，可为直驱风电机组的稳定工作提供技术保护。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：大功率三戟垂直轴风轮的主动失速调节装置，主要由风速仪、垂直轴风轮本体、自锁螺旋传动装置和PLC控制单元组成，所述的垂直轴风轮本体由风轮中心轴、上支撑板、下支撑板和三片相同的活动式风轮叶板构成，上、下支撑板分别通过轴承组件水平套装在风轮中心轴的两端，三片活动的风轮叶板设置在上、下支撑板之间，每片风轮叶板的下部固连有螺母套，在螺母套上设有行程定位板，螺母套内置具有自锁功能的螺杆，螺杆与驱动机构的动力输出端相连接，位于风轮的上支撑板的下端面设有滑轨，滑轨轴线与螺杆轴线处于同一垂直面内并相互平行，风轮叶板上端设有滑动导柱，滑动导柱位于滑轨内，驱动机构通过螺杆、螺母套使风轮叶板沿滑轨轴线方向做往复直线运动，每一块风轮叶板行程的两端在下支撑板上分别设有内行程开关和外行程开关，在螺杆的末端还连接有电磁制动器，风速仪设置在风轮中心轴的顶部，内行程开关、外行程开关和风速仪的输出信号分别输入至PLC控制单元，PLC控制单元具有两个控制端，一路输入至电磁制动器，另一路输入至驱动机构中的伺服电机，PLC控制单元控制伺服电机，当风速超过预设值时， 风轮叶板向中心轴方向移动，实现主动失速，当风速低于预设值时，风轮叶板反方向运动，回复至正常运转位置。

所述每一组内的螺杆轴线均沿其对应的风轮叶板迎风凹面弧段的弦长方向布置，并与风轮中心轴有一定偏距，风轮中心轴位于三组螺杆围成空间的中心。

所述的驱动机构由伺服电机、刚性联轴器、同轴减速器和弹性联轴器组成，伺服电机的动力输出端通过刚性联轴器与同轴减速器的输入端相连接，同轴减速器的输出端通过弹性联轴器与螺杆相连。

所述的螺杆两端分别由螺杆内支座和螺杆外支座支撑，螺杆内支座和螺杆外支座固定设置在下支撑板上。

所述的风轮叶板上端设有导柱板，滑动导柱一端与导柱板固定连接，另一端通过轴承设置在上支撑板的滑轨内。

所述的电磁制动器通过制动器支架设置在下支撑板上。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在三戟垂直轴风轮各迎风凹面板底端设置自锁螺旋传动机构，利用风速仪采集的风速信号，通过PLC控制单元启闭伺服电机，驱动螺旋传动机构使得风轮叶板沿轨道做往复运动，使得风速检测值超过预设阈值时，各风轮叶板内缩以降低风轮掠风面积，降低风轮的风能吸收率，同时减小导流内腔容积，阻止风能进入三戟风轮内腔产生二次驱动，从而达到主动失速控制的目的。而当风速值回复到允许范围内时，风轮叶板外伸到达正常运转位置，以高转速和高风能利用率驱动永磁发电机运转。