CN101566127A - 双向对风的风力发动机及其双向对风方法 - Google Patents

Abstract

一种双向对风的风力发动机以及一种双向对风的风力发动机的双向对风方法，该风力发动机可以不包括偏航装置，其特点是：机舱相对塔筒固定设置，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片来实现对风，以使叶片的桨距角相应地在第一工作角度范围或在第二工作角度范围内；该双向对风方法的特点是，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片来实现对风，以使叶片的桨距角相应地在第一工作角度范围或第二工作角度范围内。

Description

双向对风的风力发动机及其双向对风方法

技术领域

本发明涉及一种风力发动机及其对风方法，尤其涉及一种双向对风的风力发动机及其双向对风方法。

背景技术

现有的水平轴风力发动机，一般具有对风装置即偏航装置，以适应风向或风速的大范围的变化。在许多风场，风的变化具有这样的规律，在冬春两季，风为一个较为恒定的方向，而在夏秋两季，风变为另一个较为恒定的方向，且二者刚好相反，尤其在峡谷地带更是这样。在这样的环境下，如果采用现有的水平轴风力发动机，偏航装置一年只动作几次，往往是闲置的，而偏航系统往往具有一定的成本。因此，在风向为两个方向的风场使用现有的水平轴风力发动机的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向对风的风力发动机及其双向对风方法，该风力发动机及其双向对风方法不采用偏航装置来适应风向在主要风向和次要风向间的变化，以降低成本。

为了实现所述目的，本发明的双向对风的风力发动机的双向对风方法，其所适用的风力发动机工作在风向相反的主要风向和次要风向两种风向相反的两种环境中，该风力发动机包括叶片、轮毂、变桨装置、机舱和塔筒，该双向对风方法的特点是，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片来实现对风，以使叶片的桨距角相应地在第一工作角度范围或第二工作角度范围内。

传统的风力发动机的变桨装置的功能仅限于叶片桨距角的小范围的调节，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，主要是通过风力发动机的偏航装置来调节叶片的方位，本发明的所述双向对风方法突破了这种传统设计观念，针对双向对风的风力发动机所处风场的特点，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，利用变桨装置来改变叶片的桨距角，以改变叶片的方位，以适应风向的大角度的变化，从而可以取消风力发动机的偏航装置，使得双向对风的风力发动机的结构简化，且成本相应地降低。

所述的双向对风方法，其进一步的特点是：在主要风向，叶片和轮毂相对于塔筒为上风向设置，且通过变桨装置在第一工作角度范围内调节叶片的桨距角；在次要风向，叶片和轮毂相对于塔筒为下风向设置，且通过变桨装置在第二工作角度范围内调节叶片的桨距角。在主要风向，叶片和轮毂为上风向设置，且在次要风向叶片和轮毂为下风向设置，有利于减少塔影效应对发电量的影响。

所述的双向对风方法，其进一步的特点是，第一工作角度范围和第二工作角度范围是垂直相交的两条直线限定出的相对的两个角度范围。叶片的桨距角能在第一工作角度或第二工作角度范围内变化，进而能快速地适应风速的变化或风向的小范围内的变化。

根据本发明的另一方面的双向对风的风力发动机，在风向相反的主要风向和次要风向两种环境中工作，包括叶片、轮毂、变桨装置、机舱和塔筒，叶片可旋转地设置于轮毂上，变桨装置用于驱动叶片变桨，轮毂可旋转地设置于机舱上，其特点是：机舱相对塔筒固定设置，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片来实现对风，以使叶片的桨距角相应地在第一工作角度范围或在第二工作角度范围内。

由于机舱和塔筒固定设置，通过变桨装置改变叶片的桨距角以适应风向在主要风向和次要风向二者间的变化，进而不需要偏航装置，所述风力发动机的结构得以简化，具有低成本的优势。

所述的双向对风的风力发动机，其进一步的特点是，该风力发动机还包括用于增强刚度的斜拉绳，部分斜拉绳一端通过轴承与轮毂联接，另一端与地面地基联接。斜拉绳与轮毂联接，有利于增加塔筒的刚度。

所述的双向对风的风力发动机，其进一步的特点是，塔筒在靠近叶片的一侧设置有与塔筒形成流线形的角状体，以减小叶片相对于塔筒处于下风向时的湍流。

所述的双向对风的风力发动机，其进一步的特点是，该角状体包括相交的左板和右板，左板和右板的一端与塔筒的筒体以相切的方式联接。

所述的双向对风的风力发动机，其进一步的特点是，左板和右板是一个整体，通过一块板料的折弯而形成。

所述的双向对风的风力发动机，其进一步的特点是，第一工作角度范围和第二工作角度范围是垂直相交的两条直线限定出的相对的两个角度范围。

本发明的前述目的、技术方案和有益效果将结合附图说明和具体实施方式说明如下。

附图说明

图1是本发明第一实施例的双向对风的风力发动机的结构示意图。

图2是本发明第二实施例的双向对风的风力发动机的结构示意图。

图3是主要用于显示本发明第二实施例的角状体的结构示意图。

图4是主要用于显示本发明第二实施例的角状体变化例的结构示意图。

图5是本发明第三实施例的双向对风的风力发动机的结构示意图。

图6是图5中A处的局部放大图。

具体实施方式

下面将结合较佳的实施例对本发明进行详细的描述，应当注意的是，在后述的描述中，尽管所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是有些术语则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据本发明欲揭示的精神来理解。在下文中，主要风向指一年中风资源量大的方向；次要方向指一年中风资源量小的方向；上风向设置指叶轮(叶片和轮毂)位于塔筒和来风之间；下风向设置指塔筒位于叶轮和来风之间；流线形指前圆后尖，流体从前到后流过时阻力较小的形状；桨距角指风力发动机叶片靠近叶尖的翼形弦线与叶轮旋转平面的夹角。

第一实施例

如图1所示，双向对风的风力发动机包括叶片11、轮毂12、变桨装置(图中未显示)、机舱13、塔筒14以及齿轮箱和发电机。叶片11可旋转地设置于轮毂12上，变桨装置用于驱动叶片11变桨，轮毂12可旋转地设置于机舱13上，机舱13相对塔筒14固定设置，塔筒14固定于基础15上。向左的箭头标示主要风向D1，向右的箭头标示次要风向D2。在本实施例中，风力发动机是变桨距风力发动机，当风速发生变化时或者风向发生小范围的变化时，叶片11可以通过变桨装置来改变其桨距角，以使其顺桨或保持一定的攻角。当风向为主要风向D1时，叶片11和轮毂12相对于塔筒14为上风向设置，叶片11可以通过变桨装置来使其桨距角在第一工作角度范围内变化，以适应风速或风向的变化。当风向为次要风向D2时，叶片11和轮毂12相对塔筒14为下风向设置，叶片11可以通过变桨装置来使其桨距角在第二工作角度范围内变化。第一工作角度范围和第二工作角度范围的大小约为90度。第一工作角度范围和第二工作角度范围可以是垂直相交的两条直线限定出的相对的两个角度范围。

在本实施例中，与现有技术不同的是，当风向从主要风向变化成次要风向时，风力发动机通过变桨装置将叶片11转动较大的角度，例如，转动180度，以使叶片11在第二工作角度范围内工作，即叶片11的桨距角在第二工作角度范围内变化，此时叶轮反转，带动齿轮箱反转，使得发电机反转发电，同时调整发电机的三相电接法即可。或者当风向从次要风向变化成主要风向时，风力发动机通过变桨装置将叶片11转动一个较大的角度，例如180度，以使叶片11在第一工作角度范围内工作，即叶片11的桨距角在第一工作角度范围内变化，此时叶轮正转，带动齿轮箱正转，使得发电机正转发电。也即，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片11，以使叶片11的桨距角相应地在第一工作角度范围和在第二工作角度范围二者之一内，由此可以理解到，在本实施例中，变浆装置不仅像传统的水平轴风力发动机那样在小范围内，例如0-90度的所述第一工作角度范围或第二工作角度范围，调整叶片11的桨距角，并且还替代了传动的水平轴风力发动机的偏航系统，用于对叶片11进行大角度范围的调整。由于塔筒14与机舱13固定联接，省去了偏航轴承和偏航驱动装置，使得风力发动机结构简化、成本降低，也即由于利用了变桨装置来替代偏航系统，本实施例的风力发动机将具有低成本的优势，并且，齿轮箱因此将周期性变换转向，可使齿轮两齿面都能承载，充分发挥承载能力，从而提高齿轮箱寿命。

此外，当在主要风向D1时，叶片11和轮毂12相对塔筒14为下风向设置，且在次要风向D2时，叶片11和轮毂12相对塔筒14为上风向设置，这也是一种可行的方案。然而，应当理解到，叶片11和轮毂12在主要方向为上方向设置，在次要风向为下风向设置，使得塔影效应对发电量的影响减小。

图1所示的风力发动机是本发明的对风方法所适用的风力发动机，本发明的方法主要特点是，当风向在主要风向D1和次要风向D2二者间变化时，通过变桨装置转动叶片11，以使叶片11在工作时，其桨距角相应地在第一工作角度范围和在第二工作角度范围二者之一内。

并且，本发明的双向对风方法在主要风向，将叶片11和轮毂12相对于塔筒14设置为上风向，且通过变桨装置在第一工作角度范围内调节叶片11的桨距角；在次要风向，将叶片11和轮毂12相对于塔筒14设置为下风向，且通过变桨装置在第二工作角度范围内调节叶片11的桨距角。

再者，本发明的双向对风方法，将第一工作角度范围和第二工作角度范围设置成垂直相交的两条直线限定出的相对的两个角度范围。

此外，本发明的方法也可以利用现有技术的变桨距风力发动机来实施，此时，当风向在主要风向或次要风向二者间变化时，不是通过偏航装置来调整叶片的方位，而是通过变桨装置来调整叶片的方位，也就是说，本发明的对风方法将使得变桨装置替代现有的偏航装置的部分功能。

第二实施例

参照图2，双向对风的风力发动机包括叶片21、轮毂22、变桨装置(图中未显示)、机舱23、塔筒24以及齿轮箱和发电机。叶片21可旋转地设置于轮毂22上，变桨装置用于驱动叶片21变桨，轮毂22可旋转地设置于机舱23上，机舱23相对塔筒24固定设置，塔筒24固定于基础25上。

与第一实施例的双向对风的风力发动机不同的是，为减小叶轮下风向时塔影效应形成的湍流，减少对叶片21的不利影响，在第一实施例的基础上，塔筒24靠近叶片11的上部的横截面设置为流线形或近似流线形，具体而言，塔筒24与角状体26联接成流线形结构。如图3所示，角状体26由左板261和右板260联接而成，左板261和右板260的一端相互联接，两者的另一端与塔筒24联接，且二者与塔筒24相切，该左板261和右板260也可以是一个整体，通过一块板料的折弯而形成。

图2b显示了角状体26的一变化例，左板271和右板270与塔筒24形成的空间内设置撑杆299，撑杆299联接左板271和右板270，或者塔筒24与左板271和右板270之间通过撑杆299联接。左板271、右板270和塔筒24之间的联接方式可以是焊接。

第三实施例

同时参照图5和图6，双向对风的风力发动机包括叶片31、轮毂32、变桨装置(图中未显示)、机舱33、塔筒34以及齿轮箱和发电机。叶片31可旋转地设置于轮毂32上，变桨装置用于驱动叶片31变桨，轮毂32可旋转地设置于机舱33上，机舱33相对塔筒34固定设置，塔筒34固定于基础35上，并且塔筒34与角状体36联接成流线形结构。

与第二实施例不同的是，在塔筒34或机舱33的后部和两侧设置有斜拉绳37，斜拉绳37的另一端与设置于地面上的一基础35联接。由于轮毂32在工作时处于转动状态，斜拉绳37不可能与其直接相连，在本实施例中，在轮毂32的前端设置有联接件321，该联接件321和轮毂32前端之间设置有轴承320，机舱33前部斜拉绳37的一端与联接件321联接，另一端与设置于地面35的基础联接。这样通过斜拉绳37可以提高塔筒34的刚度，或者减小对塔筒34的刚度要求，有利于塔筒34采用较小的尺寸，减小材料，节约成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作出种种的等效的变化或替换。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种双向对风的风力发动机的双向对风方法，该对风方法所适用的风力发动机工作在风向相反的主要风向和次要风向两种环境中，该风力发动机包括叶片、轮毂、变桨装置、机舱和塔筒，其特征在于，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片来实现对风，以使叶片的桨距角相应地在第一工作角度范围或第二工作角度范围内。

2.如权利要求1所述的双向对风方法，其特征在于：在主要风向，叶片和轮毂相对于塔筒为上风向设置，且通过变桨装置在第一工作角度范围内调节叶片的桨距角；在次要风向，叶片和轮毂相对于塔筒为下风向设置，且通过变桨装置在第二工作角度范围内调节叶片的桨距角。

3.如权利要求1或2所述的双向对风方法，其特征在于，第一工作角度范围和第二工作角度范围是垂直相交的两条直线限定出的相对的两个角度范围。

4.一种双向对风的风力发动机，在风向相反的主要风向和次要风向两种环境中工作，包括叶片、轮毂、变桨装置、机舱和塔筒，叶片可旋转地设置于轮毂上，变桨装置用于驱动叶片变桨，轮毂可旋转地设置于机舱上，其特征在于：机舱相对塔筒固定设置，当风向在主要风向和次要风向二者间变化时，通过变桨装置转动叶片来实现对风，以使叶片的桨距角相应地在第一工作角度范围或在第二工作角度范围内。

5.如权利要求4所述的双向对风的风力发动机，其特征在于，该风力发动机还包括用于增强刚度的斜拉绳，部分斜拉绳一端通过轴承与轮毂联接，另一端与地基联接。

6.如权利要求4所述的双向对风的风力发动机，其特征在于，塔筒在靠近叶片的一侧设置有与塔筒形成流线形的角状体，以减小叶片相对于塔筒处于下风向时的湍流。

7.如权利要求6所述的双向对风的风力发动机，其特征在于，该角状体包括相交的左板和右板，左板和右板的一端与塔筒的筒体以相切的方式联接。

8.如权利要求7所述的双向对风的风力发动机，其特征在于，左板和右板是一个整体，通过一块板料的折弯而形成。

9.如权利要求4所述的双向对风的风力发动机，其特征在于，第一工作角度范围和第二工作角度范围是垂直相交的两条直线限定出的相对的两个角度范围。

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