一种基于数字化仿真的风电系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种基于数字化仿真的风电系统。

背景技术

垂直轴风力发电机是指风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，风轮围绕垂直轴旋转，垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

由于大型垂直轴风力机风轮都是围绕同一根轴旋转的，旋转轴高度过高，但由于每一级风轮处于不同的高度，其所受的风速和扭矩不同，使同一根旋转轴上下位置处的扭矩相差较大，易造成旋转轴的受力不平衡，影响风轮的作业效能和旋转轴的使用寿命，且当风速较低时，大型的风轮难以启动，需要施加外力才能推动风轮转动。

因此，有必要提供一种新的基于数字化仿真的风电系统解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种便于启动、避免旋转轴受力不平衡的基于数字化仿真的风电系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于数字化仿真的风电系统包括：塔架，所述塔架的顶端安装用于提升液压油的驱动机构；增速机构，所述增速机构包括翼片、支撑杆、支撑管、第一固定轴、涡轮、增速筒、连通管和第一固定架，所述塔架的两侧安装多个用于对所述第一固定轴提供支撑的所述第一固定架，所述第一固定轴通过多根所述支撑杆对称连接所述翼片；所述第一固定架的底面固定连接所述增速筒，所述增速筒的内部转动连接所述涡轮，所述增速筒的侧壁安装用于输送液压油的所述连通管和所述支撑管，相邻的所述支撑管之间通过所述连通管连通，且所述第一固定轴通过同轴变速器连接所述涡轮；位于所述塔架最上方的所述支撑管连通所述驱动机构，位于所述塔架最下方的所述连通管连通发电机构，且所述发电机构连通所述驱动机构；调节机构，所述调节机构包括连接管、卡塞、螺杆、步进电机、调节管、进料管、固定套、喷头、扇叶、储存筒和出料管，所述支撑管的一侧垂直安装所述连接管，所述连接管的内部安装用于所述螺杆，且所述连接管的侧壁安装用于带动所述螺杆转动的所述步进电机；所述螺杆与所述卡塞之间螺纹连接，且所述卡塞滑动连接于所述连接管的内部；所述调节管的两端分别连通所述支撑管和所述固定套；所述固定套的内部转动连接所述第一固定轴和所述进料管；所述第一固定轴的底端固定连接所述扇叶，所述扇叶的侧壁垂直对称安装喷射液压油的所述喷头，位于所述扇叶同一侧的所述喷头连通其中一根所述进料管；所述扇叶转动连接用于收集液压油的所述储存筒的内部，所述出料管的两端分别连接所述储存筒和所述连通管；减速机构，所述减速机构固定于所述第一固定架的顶端，且所述第一固定轴的顶端安装用于防止所述第一固定轴转速过快的所述减速机构。

优选的，所述驱动机构包括第二固定架、螺旋扇叶、第二固定轴、箱体、曲柄连杆、活塞、压缩筒、吸管和压管，所述塔架的顶端固定连接用于对所述第二固定轴提供支撑的所述第二固定架，所述第二固定轴的侧壁安装所述螺旋扇叶；所述第二固定轴的底端对称安装多个所述曲柄连杆，所述曲柄连杆转动连接所述箱体的内部，且所述箱体固定于所述塔架的顶端；所述曲柄连杆连接用于对所述压缩筒内部吸取或压缩液压油的所述活塞，且所述压缩筒的一端安装用于抽取或排出液压油的所述吸管和所述压管。

优选的，所述吸管和所述压管的内部均安装单向阀，所述单向阀包括阀体、卡球和档杆，所述吸管和所述压管的一侧均安装内部呈漏斗形的所述阀体，所述吸管和所述压管的另一侧均安装内部防止所述卡球从吸管和所述压管内部滑出的所述档杆，且所述卡球卡合所述阀体。

优选的，所述发电机构包括发电机、液压马达、进油管和出油管，所述塔架的底端安装所述发电机，所述发电机的侧壁安装用于带动所述发电机运转的所述液压马达；所述液压马达的侧壁安装所述进油管和所述出油管，所述出油管连接所述吸管。

优选的，位于所述塔架最上方的所述支撑管连通所述压管，位于所述塔架最下方的所述连通管连通所述进油管。

优选的，所述减速机构包括固定管、安装管、活塞、弹簧、刹车片和凸块，所述第一固定架的顶端安装所述固定管，所述安装管的两端分别连接所述支撑管和所述固定管；所述固定管的内部转动连接所述第一固定轴，且所述第一固定轴的表面均匀分别增加其表面粗糙度的所述凸块；所述固定管的内部滑动连接所述活塞，且所述固定管的内部安装用于带动所述活塞向上运动复位的所述弹簧；所述活塞的底面安装所述刹车片，且所述刹车片抵触所述活塞和所述凸块的表面。

优选的，所述减速机构还包括限位杆，所述固定管的内部对称安装用于防止所述活塞转动的所述限位杆，且所述限位杆与所述活塞之间滑动连接。

优选的，所述支撑管、所述安装管、所述进料管的侧壁均安装电磁阀。

优选的，所述同轴变速器包括壳体、第一内齿轮、固定环、第一齿轮、第二齿轮、连接轴和第二内齿轮，所述第一固定架的侧壁安装所述壳体，所述壳体的内部转动连接所述第一内齿轮和所述第二内齿轮，所述第一内齿轮与所述第一固定轴之间固定连接；所述第一内齿轮和所述第二内齿轮的内部均转动连接多个所述第一齿轮；所述壳体的内部居中处固定连接所述固定环，所述壳体和所述固定环均转动连接多个所述第一齿轮，所述第一齿轮啮合所述第二齿轮。

优选的，所述壳体的内部转动连接两个所述第二齿轮，其中一个所述第二齿轮与所述第二内齿轮之间固定连接，另一个所述第二齿轮固定连接所述连接轴，且所述连接轴固定连接所述涡轮。

优选的，所述第一内齿轮和所述第二内齿轮的内径均大于所述第一齿轮的直径，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。

优选的，所述螺杆的轴线与所述卡塞的轴线不在同一条直线上，且所述调节管位于所述卡塞的上方。

与相关技术相比较，本发明提供的基于数字化仿真的风电系统具有如下有益效果：

本发明提供一种基于数字化仿真的风电系统，在所述驱动机构运转过程中，所述驱动机构将液压油提升高最高点让后挤压进入所述支撑管的内部，通过调节所述卡塞在所述连接管内部的位置，从而控制液压油在所述安装管和所述调节管的内部的流量，液压油通过所述调节管进入所述固定套的内部，在通过所述进料管通过所述扇叶一侧的所述喷头喷出，从所述喷头喷出的液压油方向与所述扇叶边缘处相切，压油喷出的方向与所述扇叶边缘处转向相反，利用从所述喷头中喷出的液压油，从而反向推动所述第一固定轴和所述翼片转动，从而不需要施加外力即可所述翼片快速启动；所述第一固定轴转动通过所述同轴变速器快速带动所述涡轮转动，所述涡轮转动从而对所述增速筒内部的液压油增速增压，从而将所述第一固定轴的动能转换为所述液压油的动能；当经过增速增压的液压油进入下一个所述支撑管的内部时，同理安装上述方法，通过控制所述卡塞位置，调节液压油在所述支撑管和所述调节管的内部的流量，从而使更多的液压油通过所述调节管进入所述固定套的内部，增加所述第一固定轴的转速，使所述涡轮的转速从上到下逐渐增加，从而使所述涡轮对向下运动的液压油经过层层增压增速进入所述发电机构的内部，将动能转化为电能，所述塔架的侧壁安装多个所述第一固定轴，所述第一固定轴的高度适宜，从而避免所述第一固定轴在转动时上下位置处的扭矩相差较大，提高所述第一固定轴平衡性；当其中一根由于风速大导致所述第一固定轴转速过快时，通过更换液压油进入的所述进料管，使液压油通过所述扇叶另一侧的所述喷头喷出，从此所述喷头喷出液压油的方向虽然与所述扇叶相切，但液压油喷出的方向与所述扇叶边缘处转向相同，从而反向增加所述扇叶的转动阻力，对所述第一固定轴进行减速。

附图说明

图1为本发明提供的基于数字化仿真的风电系统的结构示意图；

图2为图1所示的A处结构放大示意图；

图3为图2所示的B处结构放大示意图；

图4为图2所示的C处结构放大示意图；

图5为图2所示的D处结构放大示意图；

图6为图5所示的扇叶结构俯视图；

图7为图1所示的翼片结构俯视图；

图8为本发明提供的数字化仿真系统示意图。

图中标号：1、塔架，2、增速机构，21、翼片，22、支撑杆，23、支撑管，24、第一固定轴，25、涡轮，26、增速筒，27、连通管，28、第一固定架，3、发电机构，31、发电机，32、液压马达，33、进油管，34、出油管，4、驱动机构，41、第二固定架，42、螺旋扇叶，43、第二固定轴，44、箱体，45、曲柄连杆，46、活塞，47、压缩筒，48、吸管，49、压管，5、单向阀，51、阀体，52、卡球，53、档杆，6、减速机构，61、固定管，62、安装管，63、电磁阀，64、活塞，65、限位杆，66、弹簧，67、刹车片，68、凸块，7、调节机构，71、连接管，72、卡塞，73、螺杆，74、步进电机，75、调节管，76、进料管，77、固定套，78、喷头，79、扇叶，710、储存筒，711、出料管，8、同轴变速器，81、壳体，82、第一内齿轮，83、固定环，84、第一齿轮，85、第二齿轮，86、连接轴，87、第二内齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8。图1为本发明提供的基于数字化仿真的风电系统的结构示意图；图2为图1所示的A处结构放大示意图；图3为图2所示的B处结构放大示意图；图4为图2所示的C处结构放大示意图；图5为图2所示的D处结构放大示意图；图6为图5所示的扇叶结构俯视图；图7为图1所示的翼片结构俯视图；图8为本发明提供的数字化仿真系统示意图。其中基于数字化仿真的风电系统包括；塔架1，所述塔架1的顶端安装用于提升液压油的驱动机构4；所述驱动机构4包括第二固定架41、螺旋扇叶42、第二固定轴43、箱体44、曲柄连杆45、活塞46、压缩筒47、吸管48和压管49，所述塔架1的顶端固定连接用于对所述第二固定轴43提供支撑的所述第二固定架41，所述第二固定轴43的侧壁安装所述螺旋扇叶42；所述第二固定轴43的底端对称安装多个所述曲柄连杆45，所述曲柄连杆45转动连接所述箱体44的内部，且所述箱体44固定于所述塔架1的顶端；所述曲柄连杆45连接用于对所述压缩筒47内部吸取或压缩液压油的所述活塞46，且所述压缩筒47的一端安装用于抽取或排出液压油的所述吸管48和所述压管49；位于所述塔架1最上方的所述支撑管23连通所述压管49，位于所述塔架1最下方的所述连通管27连通所述进油管33，所述螺旋扇叶42位于所述塔架1的最顶端，所述螺旋扇叶42为阻力性垂直风力，便于启动，从而便于所述螺旋扇叶42带动所述第二固定轴43和所述曲柄连杆45在塔顶快速转动；所述曲柄连杆45推动所述活塞46在所述压缩筒47的内部不断的来回运动，所述活塞46通过所述吸管48将所述出油管34内部的液压油向下吸入所述压缩筒47的内部，且再通过所述活塞46将所述压缩筒47内部的液压油快速挤压进入所述压管49和所述支撑管23的内部。

所述吸管48和所述压管49的内部均安装单向阀5，所述单向阀5包括阀体51、卡球52和档杆53，所述吸管48和所述压管49的一侧均安装内部呈漏斗形的所述阀体51，所述吸管48和所述压管49的另一侧均安装内部防止所述卡球52从吸管48和所述压管49内部滑出的所述档杆53，且所述卡球52卡合所述阀体51，当所述活塞46向着所述箱体44方向运动时，所述活塞46使所述压缩筒47内部产生吸力，所述压管49内部的所述卡球52卡合所述阀体51将其封闭，所述吸管48内部的所述卡球52抵触所述档杆53打开所述吸管48，便于所述活塞46将液压油吸入所述压缩筒47的内部；当所述活塞46向着远离所述箱体44方向运动时，所述活塞46挤压所述压缩筒47内部液压油，所述吸管48内部的所述卡球52卡合所述阀体51将其封闭，所述压管49内部的所述卡球52抵触所述档杆53打开所述所述压管49，便于所述活塞46将液压油挤压进入所述所述压管49和所述支撑管23的内部。

调节机构7，所述调节机构7包括连接管71、卡塞72、螺杆73、步进电机74、调节管75、进料管76、固定套77、喷头78、扇叶79、储存筒710和出料管711，所述支撑管23的一侧垂直安装所述连接管71，所述连接管71的内部安装用于所述螺杆73，且所述连接管71的侧壁安装用于带动所述螺杆73转动的所述步进电机74；所述螺杆73与所述卡塞72之间螺纹连接，且所述卡塞72滑动连接于所述连接管71的内部；且所述调节管75位于所述卡塞72的上方；打开所述步进电机74，所述步进电机74带动所述螺杆73转动，所述螺杆73与所述卡塞72之间螺纹连接，利用螺旋传动的远离，所述螺杆73带动所述卡塞72在所述连接管71的内部运动，所述螺杆73的轴线与所述卡塞72的轴线不在同一条直线上，避免所述螺杆73带动所述卡塞72转动；所述卡塞72移动从而改变所述调节管75和所述支撑管23内部液压油的流量。

所述调节管75的两端分别连通所述支撑管23和所述固定套77；所述固定套77的内部转动连接所述第一固定轴24和所述进料管76；所述第一固定轴24的底端固定连接所述扇叶79，所述扇叶79的侧壁垂直对称安装喷射液压油的所述喷头78，位于所述扇叶79同一侧的所述喷头78连通其中一根所述进料管76；所述扇叶79转动连接用于收集液压油的所述储存筒710的内部，所述出料管711的两端分别连接所述储存筒710和所述连通管27；当需要对所述第一固定轴24启动和增速时，液压油通过所述调节管75进入所述固定套77的内部，在通过所述进料管76通过所述扇叶79一侧的所述喷头78喷出，从所述喷头78喷出的液压油方向与所述扇叶79边缘处相切，压油喷出的方向与所述扇叶79边缘处转向相反，利用从所述喷头78中喷出的液压油，从而反向推动所述第一固定轴24和所述翼片21转动，从而不需要施加外力即可所述翼片21快速启动，且同时通过增加所述调节管75内部液压油的流量，从而对所述扇叶79和所述第一固定轴24进行提速。

增速机构2，所述增速机构2包括翼片21、支撑杆22、支撑管23、第一固定轴24、涡轮25、增速筒26、连通管27和第一固定架28，所述塔架1的两侧安装多个用于对所述第一固定轴24提供支撑的所述第一固定架28，所述第一固定轴24通过多根所述支撑杆22对称连接所述翼片21；所述第一固定架28的底面固定连接所述增速筒26，所述增速筒26的内部转动连接所述涡轮25，所述增速筒26的侧壁安装用于输送液压油的所述连通管27和所述支撑管23，相邻的所述支撑管23之间通过所述连通管27连通，且所述第一固定轴24通过同轴变速器8连接所述涡轮25；所述同轴变速器8包括壳体81、第一内齿轮82、固定环83、第一齿轮84、第二齿轮85、连接轴86和第二内齿轮87，所述第一固定架28的侧壁安装所述壳体81，所述壳体81的内部转动连接所述第一内齿轮82和所述第二内齿轮87，所述第一内齿轮82与所述第一固定轴24之间固定连接；所述第一内齿轮82和所述第二内齿轮87的内部均转动连接多个所述第一齿轮84；所述壳体81的内部居中处固定连接所述固定环83，所述壳体81和所述固定环83均转动连接多个所述第一齿轮84，所述第一齿轮84啮合所述第二齿轮85；所述壳体81的内部转动连接两个所述第二齿轮85，其中一个所述第二齿轮85与所述第二内齿轮87之间固定连接，另一个所述第二齿轮85固定连接所述连接轴86，且所述连接轴86固定连接所述涡轮25；在使用过程中，风推动所述翼片21、所述第一固定轴24转动，所述第一固定轴24带动第一内齿轮82转动，所述第一内齿轮82带动与所述固定环83连接所述第二齿轮85转动，所述第二齿轮78带动所述第二齿轮85和与所述第二齿轮85连接的所述第二内齿轮87转动，所述第二内齿轮87带动其它的所述第一齿轮84转动，从而带动与所述连接轴86连接的所述第二齿轮85转动，所述第一内齿轮82和所述第二内齿轮87的内径均大于所述第一齿轮84的直径，所述第一齿轮84的直径大于所述第二齿轮85的直径，讲过所述第二齿轮、所述第一齿轮、所述第二内齿轮的层层增速，从而带动所述连接轴86和所述涡轮25在所述增速筒26的内部快速转动，使所述涡轮25对所述增速筒26内部的液压油增速增压。

所述发电机构3包括发电机31、液压马达32、进油管33和出油管34，所述塔架1的底端安装所述发电机31，所述发电机31的侧壁安装用于带动所述发电机31运转的所述液压马达32；所述液压马达32的侧壁安装所述进油管33和所述出油管34，所述出油管34连接所述吸管48；讲过增压液压油通过所述进油管33进入所述液压马达32的内部，从而推动所述液压马达32运转从而带动所述发电机31转动，从而将风能转化为电能，使用后的液压油通过所述出油管34进入所述压缩筒47的内部，使液压油循环使用。

减速机构6，所述减速机构6固定于所述第一固定架28的顶端，且所述第一固定轴24的顶端安装用于防止所述第一固定轴24转速过快的所述减速机构6；所述减速机构6包括固定管61、安装管62、活塞64、弹簧66、刹车片67和凸块68，所述第一固定架28的顶端安装所述固定管61，所述安装管62的两端分别连接所述支撑管23和所述固定管61；所述固定管61的内部转动连接所述第一固定轴24，且所述第一固定轴24的表面均匀分别增加其表面粗糙度的所述凸块68；所述固定管61的内部滑动连接所述活塞64，且所述固定管61的内部安装用于带动所述活塞64向上运动复位的所述弹簧66；所述活塞64的底面安装所述刹车片67，且所述刹车片67抵触所述活塞64和所述凸块68的表面；所述减速机构6还包括限位杆65，所述固定管61的内部对称安装用于防止所述活塞64转动的所述限位杆65，且所述限位杆65与所述活塞64之间滑动连接；当所述第一固定轴24转速过大时，打开所述安装管62侧壁的所述电磁阀63，所述支撑管23内部的液压油通过所述安装管62进入所述固定管61的内部，液压油通过所述活塞64向下运动拉长所述弹簧66，所述活塞64沿着所述限位杆65向下运动，所述活塞64带动所述刹车片67向下运挤压所述凸块68和所述第一固定轴24，增加所述第一固定轴24转动的阻力，防止所述第一固定轴24转速过快。

所述支撑管23、所述安装管62、所述进料管76的侧壁均安装电磁阀63，为了通过所述电磁阀63控制所述支撑管23、所述安装管62、所述进料管76的开启或关闭。

本发明提供的基于数字化仿真的风电系统的工作原理包括以下步骤：在使用过程中，所述螺旋扇叶42位于所述塔架1的最顶端，所述螺旋扇叶42为阻力性垂直风力，便于启动，从而便于所述螺旋扇叶42带动所述第二固定轴43和所述曲柄连杆45在塔顶快速转动；所述曲柄连杆45推动所述活塞46在所述压缩筒47的内部不断的来回运动，所述活塞46通过所述吸管48将所述出油管34内部的液压油向下吸入所述压缩筒47的内部，且再通过所述活塞46将所述压缩筒47内部的液压油快速挤压进入所述压管49和所述支撑管23的内部。当所述翼片21难以启动时，中央处理器运转所述步进电机74接通电源，所述步进电机74带动所述螺杆73转动，利用螺旋传动的远离，所述螺杆73带动所述卡塞72在所述连接管71的内部运动，所述卡塞72移动从而改变所述调节管75和所述支撑管23内部液压油的流量；增加所述调节管75内部液压油的流量，液压油通过所述调节管75进入所述固定套77的内部，在通过所述进料管76通过所述扇叶79一侧的所述喷头78喷出，从所述喷头78喷出的液压油方向与所述扇叶79边缘处相切，压油喷出的方向与所述扇叶79边缘处转向相反，利用从所述喷头78中喷出的液压油，从而反向推动所述第一固定轴24和所述翼片21转动，从而不需要施加外力即可所述翼片21快速启动，所述储存筒710内部液压油通过所述出料管711进入所述连通管27的内部。同理通过增加所述调节管75内部液压油的流量，从而对所述扇叶79和所述第一固定轴24进行提速。当所述翼片21启动后，所述翼片21为升力型风电机，增加其发电效率；风推动所述翼片21、所述第一固定轴24转动，所述第一固定轴24通过所述同轴变速器8对所述连接轴86增速，使所述连接轴86和所述涡轮25在所述增速筒26的内部快速转动，使所述涡轮25对所述增速筒26内部的液压油增速增压，讲过增压后的液压油通过所述连接管27进入下一段所述支撑管23中。同理安装上述方法，通过改变所述卡塞72位置来调节液压油在所述支撑管23和所述调节管75的内部的流量，从而使更多的液压油通过所述调节管75进入所述固定套77的内部，增加所述第一固定轴24的转速，使所述涡轮25的转速从上到下逐渐增加，从而使所述涡轮25对向下运动的液压油经过层层增压增速通过进入进油管33进入所述液压马达32的内部，从而推动所述液压马达32运转从而带动所述发电机31转动，从而将风能转化为电能，产生的电能输送进入电网中，使用后的液压油通过所述出油管34进入所述压缩筒47的内部，使液压油循环使用。在发电过程中，风速传感器检测收集所述塔架1各个高度的风速，转速传感器检测所述翼片21、所述发电机31、所述液压马达32的转速，阻力传感器检测所述翼片21、所述发电机31、所述液压马达32的转速转动时的阻力，流速传感器检测所述支撑管23、所述调节管75和所述连通管27内部液压油的流速，且传感器将各种信息传递给数字化仿真模型中，通过数据数字化仿真模型进行运算模拟各部件的工作环境以及工作过程，能够动态监测各部分的运行参数，及时对部件进行维修和预警；当由于风速过大导致所述翼片21转速过快时，数字化仿真模型发出警告并将信息传递给中央处理器，中央处理器运转打开所述步进电机74，使所述卡塞72将对应的所述支撑管23关闭，中央处理器，打开所述安装管62侧壁的所述电磁阀63，所述支撑管23内部的液压油通过所述安装管62进入所述固定管61的内部，液压油通过所述活塞64向下运动拉长所述弹簧66，所述活塞64沿着所述限位杆65向下运动，所述活塞64带动所述刹车片67向下运挤压所述凸块68和所述第一固定轴24，增加所述第一固定轴24转动的阻力，防止所述第一固定轴24转速过快，所述安装管62侧壁的所述电磁阀63关闭，所述卡塞72复位；同理原来增速的所述进料管76顶端的所述电磁阀63关闭，另一个所述进料管76顶端所述电磁阀63打开，使液压油通过所述扇叶79侧壁的所述喷头78喷出，从此所述喷头78喷出液压油的方向虽然与所述扇叶79相切，但液压油喷出的方向与所述扇叶79边缘处转向相同，从而反向增加所述扇叶79的转动阻力，从而对所述第一固定轴24上下两端同时进行减速，防止所述第一固定轴24转速过快。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。