專利名稱：一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風力機設(shè)備，特別是關(guān)于一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置。
背景技術(shù)：
由于化石能源的有限性以及使用它們所造成的環(huán)境污染等問題，使得可再生能源的利用倍受人們的青睞。風力資源豐富、分布廣泛、清潔、無污染的優(yōu)點成為可再生能源中的佼佼者，特別是它的推廣使用符合國家的能源政策和環(huán)保政策，具有很好的發(fā)展前景。但目前廣泛應用的風力發(fā)電不僅技術(shù)要求高、結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，對風品質(zhì)的要求也較高，且轉(zhuǎn)化效率相對較低。在實際能源的應用中，很多情況下僅需要低品位的熱能，如浴池供熱、蔬菜大棚供暖、邊遠地區(qū)房屋取暖等，使用風能直接轉(zhuǎn)化成熱能即可滿足要求，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，運行費用少，維護維修也簡單，因此它的應用在很多場合具有較好的前景。但風能的利用目前仍存在一定的問題，如當風速很大時，可能會造成“飛車”現(xiàn)象，即風速的不斷提高造成風輪轉(zhuǎn)速越來越大，進而失去控制，最終導致風輪出現(xiàn)事故。例如2008年2月，丹麥東部地區(qū)一個風力發(fā)電機的風輪在工作中失去控制，發(fā)生爆炸，據(jù)報道是由于葉尖速度達到了 300m/s，致使葉片變形與塔筒撞擊造成的。特別是對于風力致熱來說，要求制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，不可能安裝復雜的速度控制裝置，這就要求系統(tǒng)中要有在風速超出額定值情況下能自動產(chǎn)生足夠阻尼力的簡易裝置，確保風輪的正常工作。基于以上考慮，設(shè)計一套風力致熱系統(tǒng)限速裝置就顯得尤為重要。與本發(fā)明屬于相同技術(shù)領(lǐng)域且接近的兩個專利內(nèi)容簡介如下1、“一種帶有限速裝置的垂直軸直葉片升力型風輪”，如圖1所示，它包括風輪軸 1，以及設(shè)置在風輪軸上的升力型葉片2，在風輪軸頂部上還設(shè)置一套限速裝置，限速裝置包括圓筒3、阻尼葉片4、阻尼葉片連桿5、偏移導向板6、彈簧7、滾輪8，在離心力的作用下，阻尼葉片連桿5發(fā)生偏移，并產(chǎn)生阻尼作用，從而限制風輪轉(zhuǎn)速的增加。轉(zhuǎn)速越高，阻尼葉片偏轉(zhuǎn)越大，產(chǎn)生的阻尼力矩越大，從而有效限制高風速下的轉(zhuǎn)速增加，使風輪在高風速下繼續(xù)高效運行，并保護了風輪的過載運行。2、“風力發(fā)電機的限速機構(gòu)”，圖2是它的一個實施例示意圖，風力機包括垂直型轉(zhuǎn)軸80及風輪，風輪包括與垂直型轉(zhuǎn)軸80垂直安裝的旋轉(zhuǎn)支架81、可水平活動地安裝在旋轉(zhuǎn)支架81上的風葉83 ；該風力機的限速機構(gòu)包括用以將風葉83沿旋轉(zhuǎn)支架81向遠離垂直型轉(zhuǎn)軸80方向移動的推拉裝置，以及在離心力的作用下將風葉83沿旋轉(zhuǎn)支架81向垂直型轉(zhuǎn)軸80方向移動的重錘86 ；所述推拉裝置如為拉簧84，重錘86通過拉繩88并經(jīng)由設(shè)置在垂直型轉(zhuǎn)軸80上的轉(zhuǎn)向滑輪89與風葉83聯(lián)系在一起。風輪靜止時，風葉83在拉簧84的作用下靠近旋轉(zhuǎn)支架81的外側(cè)端部，風輪的力矩為最大；當風力增強時，風輪轉(zhuǎn)速加快，離心力使重錘86向旋轉(zhuǎn)支架81的外側(cè)端部移動，并通過拉繩88和轉(zhuǎn)向滑輪89拖動風葉83 向旋轉(zhuǎn)支架81的內(nèi)側(cè)移動，從而使風輪的力矩縮短。在負載不變的情況下，由于力矩減小， 風輪的轉(zhuǎn)速隨之下降，使得風葉83在拉簧84的作用下可重新向旋轉(zhuǎn)支架81的外側(cè)端部移動，周而復始完成自動調(diào)節(jié)和控制風輪轉(zhuǎn)速的功能。從上述實施例可知，該裝置是用以調(diào)節(jié)主風葉受風面積或用以調(diào)節(jié)風葉的力矩從而控制風輪轉(zhuǎn)速的限速裝置，利用風力、離心力、 重力或彈力等自然特性在強風情況下為風力機減速。以上兩個限速裝置的專利都是基于增大空氣的阻力來減速的，均用于風力發(fā)電， 而且只適用于垂直軸的風輪，使用上受到了一定限制；另外，作為限速裝置消耗的風能沒有得到利用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決風能利用，同時又能保證風力系統(tǒng)不超速的問題，本發(fā)明旨在提供一種使用在風力致熱系統(tǒng)上的限速裝置，其能夠極大地將制動消耗的風能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑫r又能保證風力系統(tǒng)不發(fā)生故障。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于它包括一攪拌桶，內(nèi)裝具有一定粘度、抗泡沫性、抗氧化性、耐熱性好和粘度受溫度影響較小的油液，攪拌桶的內(nèi)底部設(shè)置一底座，底座上外側(cè)部位安裝有靜摩擦片，中間部位安裝有第一組軸承，第一組軸承上方安裝有彈簧座；攪拌桶的頂部蓋設(shè)一桶蓋，桶蓋上中間部位安裝一與第一組軸承對應的第二組軸承；一扭桿軸，穿設(shè)在兩組所述軸承之間，所述扭桿軸的上端通過聯(lián)軸器與風輪軸連接，所述扭桿軸外面通過花鍵套設(shè)一套管，所述花鍵設(shè)置在扭桿軸的下半部，所述套管的底端與所述彈簧座之間壓縮設(shè)置一彈簧；所述套管的外側(cè)下端部位安裝有與靜摩擦片對應的動摩擦片，中間部位安裝有攪拌葉片；所述套管的頂部具有不等高的截面；所述扭桿軸上徑向安裝一銷軸，所述銷軸的原始位置處于套管不等高截面的低點位置，并且所述低點位置至不等高截面的最高點位置之間的距離大于所述動、 靜摩擦片之間的最大間隙；所述扭桿軸為彈簧鋼制作的圓柱形扭桿，所述套管為具有一定剛度和硬度的鋼制管。所述套管頂部的不等高截面為中間低，向兩側(cè)逐漸升高的圓弧形截面。所述套管頂部的不等高截面為從一側(cè)逐漸向另一側(cè)升高的圓弧形截面。所述靜摩擦片在所述底座外側(cè)設(shè)置一圈，或設(shè)置幾塊。所述套管的外側(cè)下端部位安裝有一連接盤，所述動摩擦片安裝在連接盤上，且所述動摩擦片為一圈，或是幾塊。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于使用彈簧鋼制作的圓柱形扭桿軸作為風輪轉(zhuǎn)矩傳遞元件，帶動其上通過花鍵連接的套管一起旋轉(zhuǎn)，套管上裝有葉片，在油液中攪拌，可以通過油液的阻力降低部分風輪的轉(zhuǎn)速，并且將風能轉(zhuǎn)化為熱能。2、套管上端面為不等高截面，扭桿軸上裝有徑向銷軸，位于套管的上方低截面處，由于扭桿軸為彈簧鋼，軸向具有剛性，徑向具有彈性，套管采用具有較好的剛度和硬度的鋼制材料制作，在軸向、徑向都不具有變形特性。因此扭桿軸在傳遞轉(zhuǎn)矩時會發(fā)生徑向扭轉(zhuǎn)變形， 扭桿軸上的銷軸會跟著一起扭轉(zhuǎn)，銷軸的轉(zhuǎn)動就會碰觸套管上的高截面點，迫使套管沿軸向下移。在套管的下方設(shè)置摩擦片裝置，當有風時，套管向下移動時，風速達到一定值使扭桿軸的轉(zhuǎn)速達到額定值時，動、靜摩擦片接觸，伴隨著扭桿軸的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生摩擦，從而降低扭桿軸的轉(zhuǎn)速，也就是降低了風輪的轉(zhuǎn)速，同時將摩擦熱傳遞到油液中，提高了風能利用效率。3、在扭桿軸底部和套管之間設(shè)置壓縮彈簧，使扭桿變形較小時，套管在軸向位移也較小，始終保持上位狀態(tài)，摩擦片不接觸；當扭桿軸轉(zhuǎn)速升高至超過額定轉(zhuǎn)速時，套管向下移動量較大，消除動、靜摩擦片間隙，產(chǎn)生摩擦消耗動能。4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，所有零部件均為常用件，純屬機械式觸動，無需另外添加能源裝置，因此整個結(jié)構(gòu)和動作過程都是綠色環(huán)保的。本發(fā)明不但可以避免風輪過速旋轉(zhuǎn)造成的危害，還可以將風能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艽鎯υ谟鸵褐小?br>

圖1是現(xiàn)有技術(shù)一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中套管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明扭桿軸、套管和銷軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖3所示，本發(fā)明限速裝置的主要結(jié)構(gòu)如下一攪拌桶1，內(nèi)裝具有一定粘度、抗泡沫性、抗氧化性、耐熱性較好和粘度受溫度影響較小的油液，攪拌桶的內(nèi)底部有一凸起的底座2，底座2的邊緣部位安置有靜摩擦片3(靜摩擦片可以是一圈，也可以是幾塊)，底座的中間部位安裝第一組軸承4( 一般為圓錐滾子軸承)，軸承4上安放一彈簧座5。一扭桿軸6，穿過桶底部的第一組軸承4和彈簧座5，以及桶上部的桶蓋7上的第二組軸承8，扭桿軸6上端穿出桶蓋7后通過聯(lián)軸器與風輪軸連接。在扭桿軸6底部套設(shè)一彈簧9 ；在扭桿軸6的上部徑向安裝一銷軸10。在彈簧9 和銷軸10之間的部分，扭桿軸6通過花鍵連接一套管11，彈簧9壓縮地設(shè)置在彈簧座5與套管11之間。套管11的外側(cè)靠中間部位安裝有葉片12，靠下端部位安裝有動摩擦片連接盤13，連接盤13上安裝有軸向具有一定彈性的動摩擦片14 (動摩擦片14也可以是一圈，或是幾塊)；動摩擦片14與靜摩擦片3上、下對應布置。如圖4所示，套管11的上端面具有不等高截面15 ；銷軸10安裝在不等高截面的低點位置，如圖5所示，并且銷軸10的原始位置至不等高截面的頂點位置之間的距離大于動、靜摩擦片之間的最大間隙。扭桿軸6為彈簧鋼制作的圓柱形扭桿，在軸向具有較好的剛性，徑向具有較好的彈性；套管U使用具有較好的剛度和硬度的鋼制材料，它在軸向和徑向都具有較好的剛性。因此當扭桿軸6頂部通過聯(lián)軸器與風輪軸相連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，套管11 一同隨扭桿軸6 旋轉(zhuǎn)，扭桿軸6在阻力作用下外花鍵上部會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，銷軸10會隨著轉(zhuǎn)過一定角度，將會通過不等高截面推動套管11向下位移，當風速達到額定值時，銷軸10旋轉(zhuǎn)到套管11的高截面位置，套管11向下移動距離加大，就會帶動動摩擦片14接觸靜摩擦片3，伴隨著扭桿軸6的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生摩擦。因此在本發(fā)明設(shè)置的結(jié)構(gòu)中，因銷軸10沿徑向扭轉(zhuǎn)導致的套管 11軸向移動距離應能保證大于動、靜摩擦片之間的最大間隙，這樣才能使套管11的軸向位移帶來摩擦片的摩擦耗能，因此套管11的頂部不等高截面高、低點之間的距離差應該足夠大，大于動、靜摩擦片之間的最大間隙。上述套管11的不等高截面可以為從一側(cè)逐漸升高的圓弧形截面，也可以為中間低，向兩端逐漸升高的圓弧形截面，總之只要是具有不同高度的截面就可以。
上述扭桿軸6上的外花鍵設(shè)置在軸的下半部分，這樣才能保證扭桿軸6的上部無花鍵的部分發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，下部有花鍵的部分傳遞轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明工作過程是風輪軸將風輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過聯(lián)軸器傳遞給扭桿軸6，經(jīng)過扭桿軸6上的外花鍵將轉(zhuǎn)矩傳遞給套管11上的內(nèi)花鍵，繼而帶動套管11轉(zhuǎn)動，套管11帶動葉片12旋轉(zhuǎn)攪拌油液，葉片12在攪拌油液的過程中受到來自于油液的阻力，且轉(zhuǎn)速上升，阻力會急速升高， 通過葉片12與油液以及油液分子之間的相對摩擦運動將機械能轉(zhuǎn)化為熱能。由于扭桿軸 6是彈簧鋼制成的，當風輪轉(zhuǎn)動時，在油液阻力的作用下，扭桿軸6會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，并帶動銷軸10在徑向轉(zhuǎn)動，由于套管11上端為不等高的截面，在銷軸10的作用下，套管11和扭桿軸6會發(fā)生軸向相對位移，又因為扭桿軸6在軸向是剛性的，套管11就會在壓力作用下克服彈簧9的阻力沿著扭桿軸6向下移動。當風速較小時，扭桿軸6轉(zhuǎn)速較慢，扭桿軸6產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形較小，銷軸10的徑向移動量較小，套管11的軸向移動也較小，動、靜摩擦片之間不會產(chǎn)生摩擦。當風速較大使扭桿軸6達到額定轉(zhuǎn)速時，扭桿軸6在較大的動力和阻力的作用下，其受力部分會發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，帶動銷軸10轉(zhuǎn)過較大的角度，套管11就會有較大的位移，使動摩擦片14和靜摩擦片3之間接觸產(chǎn)生摩擦，其摩擦產(chǎn)生的熱量被油液吸收。風輪轉(zhuǎn)速越大，扭桿軸6變形也會越大，通過套管11傳遞的壓力也會越大，動摩擦片 14和靜摩擦片3之間產(chǎn)生的摩擦阻力越大，這樣較大風速的風能也能夠得到利用，并且限制了風輪轉(zhuǎn)速的增加，防止了風輪的飛車現(xiàn)象。當風輪轉(zhuǎn)速降低后，葉片12所受的阻力迅速下降，扭桿軸6扭轉(zhuǎn)的角度減小，所傳遞的轉(zhuǎn)矩下降，銷軸10逐漸回位，套管11在彈簧9 的作用下復位，動摩擦片14和靜摩擦片3分離，不產(chǎn)生摩擦。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于它包括一攪拌桶，內(nèi)裝具有一定粘度、 抗泡沫性、抗氧化性、耐熱性好和粘度受溫度影響較小的油液，攪拌桶的內(nèi)底部設(shè)置一底座，底座上外側(cè)部位安裝有靜摩擦片，中間部位安裝有第一組軸承，第一組軸承上方安裝有彈簧座；攪拌桶的頂部蓋設(shè)一桶蓋，桶蓋上中間部位安裝一與第一組軸承對應的第二組軸承；一扭桿軸，穿設(shè)在兩組所述軸承之間，所述扭桿軸的上端通過聯(lián)軸器與風輪軸連接，所述扭桿軸外面通過花鍵套設(shè)一套管，所述花鍵設(shè)置在扭桿軸的下半部，所述套管的底端與所述彈簧座之間壓縮設(shè)置一彈簧；所述套管的外側(cè)下端部位安裝有與靜摩擦片對應的動摩擦片，中間部位安裝有攪拌葉片；所述套管的頂部具有不等高的截面；所述扭桿軸上徑向安裝一銷軸，所述銷軸的原始位置處于套管不等高截面的低點位置，并且所述低點位置至不等高截面的最高點位置之間的距離大于所述動、靜摩擦片之間的最大間隙；所述扭桿軸為彈簧鋼制作的圓柱形扭桿，所述套管為具有一定剛度和硬度的鋼制管。
2.如權(quán)利要求1所述的一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于所述套管頂部的不等高截面為中間低，向兩側(cè)逐漸升高的圓弧形截面。
3.如權(quán)利要求1所述的一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于所述套管頂部的不等高截面為從一側(cè)逐漸向另一側(cè)升高的圓弧形截面。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于所述靜摩擦片在所述底座外側(cè)設(shè)置一圈，或設(shè)置幾塊。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于所述套管的外側(cè)下端部位安裝有一連接盤，所述動摩擦片安裝在連接盤上，所述動摩擦片為一圈，或是幾塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風力致熱系統(tǒng)限速裝置，其特征在于它包括一攪拌桶，內(nèi)裝油液，桶內(nèi)底部安裝有靜摩擦片、軸承和彈簧座；桶蓋上安裝軸承；一扭桿軸，穿設(shè)在兩軸承之間，上端與風輪軸連接，外側(cè)下半部通過花鍵套設(shè)一套管，套管的底端與彈簧座之間壓設(shè)一彈簧；套管的外側(cè)下端部位安裝有動摩擦片，中間部位安裝有攪拌葉片，套管頂部具有不等高的截面；扭桿軸上徑向安裝一銷軸，銷軸的原始位置處于套管不等高截面的低點位置，且低點位置至不等高截面的最高點位置之間的距離大于動、靜摩擦片之間的最大間隙。本發(fā)明由于使用彈簧鋼制作的扭桿軸作為風輪轉(zhuǎn)矩傳遞元件，帶動其上連接的葉片攪拌，同時可以迫使動、靜摩擦片接觸，不僅降低風輪的轉(zhuǎn)速，而且可將熱傳遞到油液中。
文檔編號F03D7/06GK102192089SQ201110148810
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者劉進一, 安媛媛, 武秀恒, 潘玲, 趙建柱, 黃智鋒 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學