1.一种塔载风力发电系统,其特征在于:包括主体支撑结构(1)、垂直轴叶片(2)、变桨系统(3)、叶片调控系统(4)、扇叶保护系统(5)、齿轮加速器(6)、齿轮变速器(7)和发电机(8),主体支撑结构(1)包括竖直转动设置的转动杆(17),垂直轴叶片(2)通过叶片调控系统(4)可转动的连接于变桨系统(3)上,变桨系统(3)连接于转动杆(17)的侧壁并绕转动杆(17)的轴线布置,转动杆(17)的底端依次传动连接有齿轮加速器(6)、齿轮变速器(7)和发电机(8),主体支撑结构(1)的下方布置有用于接收转动杆(17)顶部的风力传感器(16)的数据并根据接收数据调控垂直轴叶片(2)的角度和齿轮变速器(7)的档位的数据处理模块。
2.如权利要求1所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述主体支撑结构(1)还包括底盘(11)、安装于底盘(11)上的受力支撑架(12)和固定于受力支撑架(12)顶部的中空支撑柱(13),所述转动杆(17)同轴转动安装于中空支撑柱(13)内,转动杆(17)上竖直转动安装有升力叶片(15),升力叶片(15)绕所述转动杆(17)的轴线均布,升力叶片(15)位于所述垂直轴叶片(2)的内侧下方。
3.如权利要求2所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述转动杆(17)同轴转动安装有中空结构的旋转主轴,旋转主轴的两端均连接有支撑板,两个支撑板的活动端之间转动安装有所述升力叶片(15),升力叶片(15)成圆柱状,升力叶片(15)的中心布置有转动连接于两个支撑板之间的旋转子轴,旋转子轴的两端均连接有固定板,两固定板之间连接有水平截面为曲线的弧形叶片,且弧形叶片的一端朝向旋转子轴,弧形叶片绕旋转子轴均布。
4.如权利要求1所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述变桨系统(3)包括径向连接在所述转动杆(17)上的固定套筒(32)、同轴滑动设置于所述转动杆(17)上的升降环(33)、一端铰接于升降环(33)上并可在水平方向上转动的铰接杆(31)和同轴滑动设置于固定套筒(32)内的伸缩杆(34),固定套筒(32)绕所述转动杆(17)的轴线分布,伸缩杆(34)的活动端连接有叶片支撑体(14),所述垂直轴叶片(2)转动连接于叶片支撑体(14)上,所述铰接杆(31)的另一端铰接于伸缩杆(34)的活动端处,所述转动杆(17)上安装有伺服电机驱动的丝杠式伸缩器,伸缩器的活动端与升降环(33)连接。
5.如权利要求4所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述叶片支撑体(14)成匚形,所述垂直轴叶片(2)布置于所述叶片支撑体(14)内侧,所述伸缩杆(34)的活动端与所述叶片支撑体(14)之间设置有倾斜布置的加强筋。
6.如权利要求5所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述叶片调控系统(4)包括布置于所述叶片支撑体(14)上的角度调节电机(41)和无线传输器,角度调节电机(41)通过无线传输器与所述数据处理模块无线信号连接,角度调节电机(41)的输出轴与所述垂直轴叶片(2)的转动轴的一端同轴传动连接。
7.如权利要求2所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述主体支撑结构(1)位于所述扇叶保护系统(5)的内部,所述扇叶保护系统(5)包括防风沙网(51)、坠落减震器(52)和防雨帘(53),防风沙网(51)的底端连接于所述底盘(11)上,防风沙网(51)与所述转动杆(17)同轴布置,坠落减震器(52)盖设于防风沙网(51)的顶部,防雨帘(53)绕坠落减震器(52)的中心布置并分布于坠落减震器(52)的边缘,防风沙网(51)包括竖直杆和连接在竖直杆上的薄板圆环,防雨帘(53)铰接在坠落减震器(52)上,且铰链上连接有扭簧。
8.如权利要求1所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述齿轮加速器(6)包括传动轴(61)、底座(62)、两个加速齿轮组(69)、加速垫盘(67)和加速器壳体(68),每个加速齿轮组(69)均包括齿圈(63)、加速太阳轮(64)、加速行星轮(65)和加速行星架(66),齿圈(63)紧贴加速器壳体(68)的内壁安装,加速垫盘(67)布置于两个加速齿轮组(69)之间,两个加速齿轮组(69)之间通过加速太阳轮(64)与加速行星架(66)传动连接,加速行星架(66)上连接有同时与齿圈(63)和加速太阳轮(64)啮合的加速行星轮(65),加速齿轮组(69)中以加速行星架(66)为输入端,加速太阳轮(64)为输出端。
9.如权利要求1所述一种塔载风力发电系统,其特征在于:所述齿轮变速器(7)包括依次传动连接的一级减速齿轮组(71)、二级减速齿轮组(72)、三级加速齿轮组(73)和四级加速齿轮组(74),其中一级减速齿轮组(71)和二级减速齿轮组(72)采用太阳轮的主动轮,三级加速齿轮组(73)和四级加速齿轮组(74)采用行星架为输入端,二级减速齿轮组(72)和三级加速齿轮组(73)的行星架沿二级齿轮减速齿轮组(72)和三级加速齿轮组(73)之间的垫板镜像对称布置,且两个行星架传动连接,所述齿轮变速器(7)的壳体内固定布置有环状的锁盘离合器,一级减速齿轮组(71)、二级减速齿轮组(72)、三级加速齿轮组(73)和四级加速齿轮组(74)内均设置有浮动齿圈(77),且浮动齿圈(77)位于锁盘离合器内,浮动齿圈(77)的外周面与锁盘离合器的内壁之间设置有间隙,锁盘离合器包括固定连接于所述齿轮变速器(7)内壁的固定部分和同轴滑动设置于所述齿轮变速器(7)内壁的活动部分,固定部分设置有用于通电吸附活动部分的电磁线圈(76),固定部分和活动部分分别位于浮动齿圈(77)的两侧,且均成环状,固定部分和活动部分的内径小于浮动齿圈(77)的外径,固定部分和活动部分相对浮动齿圈(77)的一侧均连接有环状的摩擦片,电磁线圈(76)的通断电通过所述数据处理模块控制。
10.一种塔载风力发电系统的控制方法,其特征在于,包括如下控制方法:
步骤一、检测,通过转动杆(17)顶部的风力传感器(16)获取风力的大小,风力传感器(16)将风速数据实施无线传输至数据处理模块,数据处理模块对风力的大小与设定的风力大小进行对比,并调控变桨系统(3)和叶片调控系统(4);
步骤二、增速调节,风力传感器(16)所检测的风速较小时,变桨系统(3)中的伸缩器收缩,带动升降环(33)向下移动,升降环(33)通过铰接杆(31)带动伸缩杆(34)向固定套筒(32)的外部移动,增大转矩,提高转动杆(17)的转速;同时,叶片调控系统(4)中的角度调节电机(41)带动垂直轴叶片(2)转动至0°,即垂直轴叶片(2)垂直于转动杆(17)的转动方向; 步骤三、减速调节,风力传感器(16)所检测的风速较大时,变桨系统(3)中的伸缩器伸出,带动升降环(33)向上移动,升降环(33)通过铰接杆(31)带动伸缩杆(34)向固定套筒(32)的内部移动,减小转矩,降低转动杆(17)的转速;同时,叶片调控系统(4)中的角度调节电机(41)带动垂直轴叶片(2)转动至90°,即垂直轴叶片(2)与转动杆(17)的转动方向相切; 步骤四、发电调节,在风力传感器(16)所检测到的风速较小时,数据处理模块控制三级加速齿轮组(73)和四级加速齿轮组(74)处的锁盘离合器通电,将对应的浮动齿圈(77)固定,提高输出轴的转速;在风力传感器(16)所检测到的风速较小时,数据处理模块控制一级减速齿轮组(71)和二级减速齿轮组(72)处的锁盘离合器通电,将对应的浮动齿圈(77)固定,降低输出轴的转速。