一種垂直軸矽油緩速裝置及應用其的風力發電機的製作方法

2023-07-28 08:44:01

本實用新型涉及風力發電機技術領域，具體涉及一種垂直軸矽油緩速裝置及應用其的風力發電機。

背景技術：

風力發電機受風速大小的影響，導致發電機轉速不同，對於固定葉片轉角的垂直軸風力發電機，其風輪的轉速和風速成正比，在葉片轉角一定的條件下，風速越高，風輪的轉速也越高。在實際的自然環境中，風速是始終不斷變化的，尤其在強對流氣候環境中，風速會發生較大的變化，風速較大的情況下，需要功率更大的發電機與風輪匹配，使得垂直軸風力發電機在較高的風速下保持額定工作狀態；若發電機設計的額定風速較高，發動機在低風速時的效率就降低，因此上述設計反而降低了發動機在低速時的效率。此外，在高風速狀態下，為防止設備損壞，傳統風力發電機安裝的剎車系統，會在風速高時，啟動剎車，讓風力發電機停止轉動，使風力發電機不能發電，導致整個發電系統效率低，造成資源浪費。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種垂直軸矽油緩速裝置及應用其的風力發電機，其解決了現有技術的風力發電機的剎車系統製造成本高，使用時會導致風力發電機的效率低，造成資源浪費的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供一種垂直軸矽油緩速裝置，所述緩速裝置包括一圓柱形缸體、葉輪以及活塞，所述圓柱形缸體內具有一定的容置空間，所述葉輪和活塞設置在該容置空間內；

所述圓柱形缸體具有上蓋體和下蓋體，所述葉輪通過旋轉軸與所述上蓋體可轉動連接；

所述活塞通過活塞杆與所述下蓋體可滑動連接；

所述活塞與所述上蓋體之間具有矽油，隨著活塞的上下運動，使得葉輪和矽油接觸或分離。

所述矽油的體積量為活塞位於最低處時，活塞上表面與上蓋體之間容置空間體積的80％。

所述緩速裝置還包括伺服電機，所述伺服電機與所述活塞連接。

所述葉輪軸與所述上蓋體之間設有油封。

所述油封為潤滑脂油封、骨架油封或旋轉油封。

所述葉輪軸通過軸承與所述上蓋體連接。

本實用新型還提供一種應用上述所述的垂直軸矽油緩速裝置的風力發電機，所述風力發電機包括發電機垂直軸矽油緩速裝置、伺服電機和控制裝置，所述葉輪與所述發電機的轉子轉動連接，所述控制裝置分別與所述發電機、伺服電機連接。

所述風力發電機還包括風速儀，所述風速儀與控制裝置連接。

所述風力發電機還包括電壓頻率測量儀，所述電壓頻率測量儀分別與所述發電機、所述控制裝置連接。

本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置具有如下優點：

本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置避免了目前機械制動產生的機械磨損和風能浪費，保證了風力發電機轉速的穩定性，提高了發電機的電能產出效率，本實用新型減少了工人的後期對風電機維護修理的工作量，本實用新型的風力發電機的性能更加穩定可靠，從長期應用和成本控制的角度出發，本實用新型的風力發電機大大降低了安裝以及運行成本，提高了能量的利用率。

附圖說明

圖1為本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置的結構示意圖。

圖2為本實用新型第一實施例的風力發電機的組成示意圖。

圖3為本實用新型第二實施例的風力發電機的組成示意圖。

圖4為本實用新型第三實施例的風力發電機的組成示意圖。

具體實施方式

以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。

如圖1所示，本實用新型提供了一種垂直軸矽油緩速裝置，其具有一圓柱形缸體1、葉輪2及活塞，該圓柱形缸體1內具有一定的容置空間，葉輪2、活塞4設置在該容置空間內，圓柱形缸體1具有上蓋體和下蓋體，葉輪通過旋轉軸與上蓋體可轉動連接；活塞通過活塞杆與下蓋體可滑動連接；活塞4與上蓋體之間具有矽油3，隨著活塞4的上下運動，使得葉輪2和矽油3接觸或分離。較佳的，矽油3的體積量為活塞4位於最低處時，活塞4上表面與上蓋體之間容置空間的60％-90％，較佳的，矽油3的體積量為活塞4上表面與上蓋體之間容置空間的80％，試驗證明，當矽油3佔該容置空間80％時，當活塞4向上移動時，可以很好的控制矽油3與葉輪2之間的相互作用，矽油3具有最佳的緩速作用，保證維持葉輪2一定的阻滯力，很好的保持風力發電機的穩定、持續運行。

如圖2所示，本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置還包括伺服電機8，伺服電機8與活塞杆41連接，活塞杆41在伺服電機8的驅動下，驅動活塞4在圓柱形缸體1內上下運動，當活塞4向上運動時，活塞4會推動矽油3向上運動，使得矽油3逐漸與葉輪2接觸，矽油3在葉輪2的攪拌下會受熱膨脹，並產生氣泡，產生極大的粘性阻力，從而對葉輪2的轉動形成阻力，以降低葉輪2的轉動速度；當活塞4向下運動時，葉輪2與矽油3分離，葉輪2對發電機6無阻滯作用。

其中，葉輪軸21通過軸承與上蓋體連接，葉輪軸21與上蓋體之間設有油封5，油封5為潤滑脂油封、骨架油封或旋轉油封；活塞杆41與下蓋體滑動連接，在活塞杆41與下蓋體之間設有油封5，更好的防止潤滑油漏出，保持活塞杆41與下蓋體之間始終保持潤滑，延長緩速裝置的使用壽命。

如圖2所示第一實施例的風力發電機的組成示意圖，本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置的風力發電機包括垂直軸矽油緩速裝置、發電機6、控制裝置9以及發電機電壓頻率測量儀103，葉輪2與發電機6的轉子轉動連接，控制裝置9分別與發電機電壓頻率測量儀103、發電機6、伺服電機8控制連接，發電機電壓頻率測量儀103與發電機6連接。葉輪2的旋轉軸21通過齒式離合器與發電機軸轉子連接，葉輪2與發電機轉子同步旋轉。發電機電壓頻率測量儀103測量發電機6電壓的大小以及電壓頻率高低，若發電機6的電壓和電壓頻率恆定，控制裝置9不發出控制信號，此時活塞4處於低位，缸體1內的葉輪2與矽油3分離，葉輪2不影響發電機6的轉速，發電機6正常運行；在高風速的狀態下，由於發電機6運轉速度加快，發電機電壓頻率測量儀103測得的電壓升高，發電機6的電壓頻率增高，控制裝置9根據測得的電壓以及電壓頻率升高信號，發出控制信號，控制伺服電機8啟動，伺服電機8驅動活塞杆41，活塞4向上運動，將缸體1內的矽油3向上推動，使得矽油3與葉輪2接觸，葉輪2攪動矽油3，矽油3在葉輪2的攪拌下受熱膨脹，並產生極大的粘性阻力，通過葉輪軸21傳遞給發電機轉子，從而使得發電機轉速降低，達到減速和穩速的目的，維持發電機6在恆定的功率下運行，保持發電機6的穩定運行。發電機6輸出的電壓越高，活塞在伺服電機的驅動下，活塞4向上移動的距離越大，矽油3受到攪動的量越大，矽油受熱膨脹，產生粘性阻力越大，產生的扭矩越大，緩速效果越明顯。

作為可變換的實施方式，如圖3所示第二實施例的風力發電機的組成示意圖，本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置的風力發電機包括發電機6、控制裝置9以及風速儀101，葉輪2與發電機6的轉子轉動連接，控制裝置9分別與風速儀101、發電機6、伺服電機8控制連接。葉輪2的旋轉軸通過齒式離合器與發電機軸轉子相連接，葉輪2與發電機轉子同步旋轉。當風速小於等於額定轉速時，風速儀101測得風速大小，控制裝置9對風速大小判斷，不發出控制信號，此時活塞4處於低位，缸體1內的葉輪2與矽油3分離，葉輪2不影響發電機6的轉速，發電機6正常運行；在高風速的狀態下，風速儀101測得風速大小，風速儀101將風速大小信號傳輸給控制裝置9，控制裝置9根據該風速信號判斷，當風速速超過預定值時，控制裝置9發出控制信號，控制伺服電機8啟動，伺服電機8驅動活塞杆41，活塞4上移，將缸體1內的矽油3向上推動，使得矽油3與葉輪2接觸，葉輪2攪動矽油3，矽油3在葉輪2的攪拌下受熱膨脹，並產生極大的粘性阻力，通過葉輪2軸傳遞給發電機轉子，從而使得發電機6轉速降低，達到減速和穩速的目的，維持發電機6在恆定的功率下運行，保持發電機6的穩定運行。風速越大，活塞4在伺服電機的驅動下，活塞4向上移動的距離越大，矽油3受到攪動的量越大，矽油3受熱膨脹，產生粘性阻力越大，產生的扭矩越大，緩速效果越明顯。因此，可以通過控制活塞的行程達到減速和緩速的目的。當風速減小時，伺服電機帶動活塞向下移動，矽油與葉輪的接觸面減小，矽油對葉輪的阻力變小，達到維持發電機恆定運行功率的目的。本實用新型的矽油緩速裝置依靠高粘度矽油在葉輪的攪拌下受熱膨脹時，產生的極大粘性阻力，達到減速和穩速的目的，該緩速裝置的結構簡單、使用方便、製造成本低、使用壽命長。

作為可實施的變化方式，如圖4所示第三實施例的風力發電機組成示意圖，本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置的風力發電機風速儀可以由發電機轉速測量儀102替代，發電機轉速測量儀102與控制裝置9連接，控制裝置9根據發電機轉速測量儀102測量發電機6的轉速，發出信號，控制伺服電機對活塞動作，即發電機6轉速超過額定轉速時，控制伺服電機8的工作，伺服電機8推動活塞4上升，使得矽油3對葉輪2起到阻滯作用，當發電機6轉速不大於額定轉速時，伺服電機8驅動活塞4下移，使得矽油3與葉輪2分離，矽油3不起阻滯作用。本實用新型選擇矽油作為剎車阻滯力，使得剎車過程更加溫和，能量利用率更高，該垂直軸矽油緩速裝置使用更持久。

本實用新型的垂直軸矽油緩速裝置避免了目前機械制動產生的機械磨損和風能浪費，既保證了風力發電機轉速的穩定性，又提高了發電機的電能產出效率，而且本實用新型的矽油緩速裝置和伺服電機安裝好後，後期運行維護工作量很小，不存在剎車部件更換和維修的問題，減少了工人的後期對風電機維護修理的工作量，且風力發電機的性能更加穩定可靠，從長期應用和成本控制的角度出發，本實用新型的風力發電機，可大大降低了安裝以及運行成本，增加風力發電機運行的穩定性，提高了能量的利用率。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本實用新型要求保護的範圍。