[发明专利]基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置

说明书

本发明提供一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，包括上支架、可转动柱体、下支架、永磁同步发电机；所述的可转动柱体轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体的上端通过深沟球轴承与上支架连接，可转动柱体的下端通过推力调心滚子轴承与下支架连接，保证可转动柱体只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；可转动柱体通过齿轮箱与永磁同步发电机连接；永磁同步发电机依次通过连接整流器、直流环节、逆变器并入电网。本发明装置制造安装成本低，结构简单，重量轻，易于输运，运行稳定，可充分利用自然界中各向风进行发电，极大的提高了风能的利用效率。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体是一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置。

背景技术

随着世界能源消耗速度的快速增长以及不可再生能源的储量不断减少，创新技术来提高可再生能源的利用效率变得愈发重要。现阶段随着风力发电厂的大量建立，风力发电在可再生能源发电中所占比重不断增长。然而目前普遍应用的叶片式风力发电机的单位产能已经达到瓶颈，如果希望进一步提高风电产能，则需要建立更多的风力发电装置。但是，现行风力发电设备普遍存在结构复杂，制造安装成本高，以及叶片质量大且形状不规则引起输运困难等一系列难以解决的问题。

同时，传统风力发电装置只有将叶片组正对自然风，才能够最有效地利用风能进行发电，然而自然界中风的波动性、不确定性很强，其速度及方向均是时刻变化的，需要根据风向不断调节叶片组的朝向，但一方面，叶片组朝向的调节范围有限；另一方面，根据风向调节叶片组存在一定的滞后，因此不可避免地导致大部分风能难以得到有效利用。

当空气来流作用在刚性物体上时，物体后方会出现交替脱落的涡，使得物体受到横向及流向的脉动压力，进而引起刚性物体发生运动，同时，物体运动又会反过来改变尾流结构。这种流固耦合现象常见于各类实际应用。

发明内容

针对传统风力发电设备结构复杂，制造安装成本高以及仅能利用一定方向范围内的风能进行发电的缺点，本发明提供一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，其优点在于装置制造安装成本低，结构简单，重量轻，易于输运，运行稳定，可充分利用自然界中各向风进行发电，极大的提高了风能的利用效率。

本发明提供的一种基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置的技术方案如下所述：

基于流固耦合现象下柱体转动的无叶片风力发电装置，包括上支架、可转动柱体、下支架、永磁同步发电机；所述的可转动柱体轴线垂直于地面安装，所述的可转动柱体的上端与上支架转动连接，可转动柱体的下端与下支架转动连接，保证可转动柱体只具备绕其转动轴线转动的单一自由度；可转动柱体与永磁同步发电机连接；永磁同步发电机依次通过连接整流器、直流环节、逆变器并入电网。

具体的，所述的可转动柱体的上端通过深沟球轴承与上支架连接，可转动柱体的下端通过推力调心滚子轴承与下支架连接，保证可转动柱体只具备绕其轴线转动的单一自由度。

所述的深沟球轴承，连接可转动柱体及其上支架，为可转动柱体提供径向支撑，也可以根据具体需求选用其他支撑结构。

所述的推力调心滚子轴承，连接可转动柱体及其下支架，为可转动柱体提供轴向支撑，也可以根据具体需求选用其他支撑结构。

所述的可转动柱体，其本体可选为椭圆柱、方形柱、三角柱或者其他多边形截面的柱体结构。

所述的可转动柱体可选为空心封闭壳体，壳体可选用钢等强度及刚度较大的材料。同时空心壳体的设计可适当降低可转动柱体的转动惯量，达到较好的发电效果，可转动柱体也可以根据实际需要设置为实心或半实心结构。

所述的可转动柱体轴线垂直于地面安装，可以选择合理的安装高度避免空气来流受到其他物体阻碍，同时自身结构保证了全部方向的自然风均可作用于可转动柱体，实现全风向激励的发电。