CN101718251A - 风力发电叶轮的捕风面可调叶片及其叶片的调整方法 - Google Patents

风力发电叶轮的捕风面可调叶片及其叶片的调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明为风力发电叶轮的捕风面可调叶片及其叶片的调整方法，叶片头与叶片连接，叶片由固定叶片与活动叶片可转动连接，叶片内设有叶片调整装置，叶片调整装置与自动控制系统连接。其调整方法为：将常规捕风面积设计为最大捕风面，将安全捕风面积设计为最小捕风面，根据需要设计计算机自动控制系统；计算机控制系统根据风速向电机发出指令；电机带动叶片调整装置按需调整叶片。本发明可以在风速小于或等于平均风速时，叶片调整为最大捕风面积；当风速大于最大安全发电量风速时，可将叶片的捕风面积调小。本发明结构简单、设计合理，叶片的捕风面积可方便的根据需要调整，保证叶片能安全高效工作。

Description

风力发电叶轮的捕风面可调叶片及其叶片的调整方法
技术领域
本发明涉及一种风力发电的装置的，具体的是风力发电叶轮的捕风面可调叶片及其叶片的调整方法。
背景技术
风在我们这个地球上无处不再，风具有巨大的能量，在远古人们就利用风能转变为有用的机械能，用于提水、灌溉、磨面、舂米，利用风帆推动船舶前进。如今人们更加重视风能这种清洁可再生能源，利用风能发电是人们特别重视的课题。自然界的风能大小及方向是变化无常的，且变化非常频繁，作为风力发电机的机械设备则需要较为稳定的运动，由于叶片捕风面积是固定的，通常当风力小于额定发电量风速时，发电机不能满负荷发电，甚至叶片不旋转，当风力大于额定发电量风速时将可能损坏电机或叶片，为此人们在研究调节叶片迎风面上作了大量研究。
发明内容：
本发明为实现叶片的捕风面可根据需要方便调整、且结构简单的目的，提出风力发电叶轮的捕风面可调叶片的技术方案。
本发明的技术方案为，风力发电叶轮的捕风面可调叶片，其特征在于，该叶片的叶片头与叶片固定连接，叶片由固定叶片与活动叶片可转动连接，叶片内设有叶片调整装置，所述的叶片调整装置与计算机自动控制系统连接。
所述的叶片的结构为：横截面为V形的固定叶片两端均由铰链可转动的连接活动叶片，两活动叶片另端均由铰链可转动的连接活动叶片，两活动叶片另端由铰链可转动的相互连接；叶片头与固定叶片固定连接，叶片头外形为光滑曲面，尖端处由封闭面封闭；叶片调整装置的结构为：在叶片端设有电机，电机与传动轴连接，传动轴上不可转动的连接多个齿轮，在固定叶片的内腔设有固定连接的支承，支承上设有支承轮，支承轮与齿轮间设有齿条，齿条外端与连接活动叶片的铰链可转动连接，电机与计算机自动控制系统连接。所述的V形的固定叶片内腔固定连接有支承板，传动轴和支承轮连接在支承板上，V形的固定叶片角度β＝50-70°，支承板右端至连接固定叶片的铰链中心距离L≥20毫米。所述叶片头尖端处封闭面与活动叶片端夹角α＝40-50°。
风力发电叶轮的捕风面可调叶片的调整方法，具体如下：(1)以风电场的平均风速为依据，设计叶片的常规捕风面积；以风电场的最大安全风速为依据，设计叶片的安全捕风面积；将常规捕风面积设计为叶片最大捕风面，将安全捕风面积设计为叶片最小捕风面，根据风速和发电量的需要设计计算机自动控制系统；(2)计算机控制系统根据监测到的实时风速向电机发出正或反转以及转动量的指令；当风速小于等于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片调整为最大捕风面；当风速大于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片由最大捕风面调小；当风速大于最大安全风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片由最大捕风面调整至最小捕风面；(3)电机带动调整装置调节两活动叶片相互并列，且平行或相互倾斜，使叶片的捕风面从常规捕风面积至安全捕风面积根据齿条位移量调整。所述调整装置为电机带动传动轴及与传动轴固定连接的多个齿轮按指令所需要的量正、反转动，齿轮拨动齿条往复运动，拉动连接两活动叶片的铰链往复运动，调节活动叶片相互平行或相互倾斜。
目前在设计风力发电机组时，一般捕风面积为定值，以风电场的平均风速为额定发电量风速。在实践中，一年中大多数时间的风速小于额定发电量风速，致使发电机组的年发电效率低下，发电成本提高。当极端天气出现风速大于最大发电量风速时，轻者烧毁发电机，重者破坏风力发电系统，有的只能采取挂杆或拉绳完成停机。现有的风力发电机组叶片通常为固定捕风面积，当风速较小时，叶片转速较低，甚至不能转动；风速过大时，叶片转速太高，可能发生烧毁发电机或折断叶片的事故。
本发明是以风电场的平均风速为额定发电量风速为依据，设计叶片的常规捕风面积；以风电场的最大安全风速为最大安全发电量风速为依据，设计叶片的安全捕风面积；将常规捕风面积设计为叶片最大捕风面，将安全捕风面积设计为叶片最小捕风面，根据额定发电量风速和最大安全发电量风速设计计算机自动控制系统；计算机控制系统根据监测到的实时风速向电机发出指令；当风速小于等于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，叶片调整装置将叶片调整为最大捕风面；当风速大于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，叶片调整装置将叶片由最大捕风面调小；当风速大于或等于最大发电量风速，计算机控制系统向电机发出指令，叶片调整装置将叶片由最大捕风面调整至最小捕风面；捕风面的调整是由电机带动调整装置调节中间两活动叶片相互并列，且平行或相互倾斜，使叶片的捕风面从常规捕风面积至安全捕风面积，根据齿条位移量调整。
本发明采用的捕风面可调叶片，叶片由固定叶片与活动叶片连接，叶片内设有叶片调节装置。所述的叶片的结构为：横截面为V形的固定叶片两端与4片由铰链可转动连接的活动叶片，使叶片的横截面成为封闭空腔，固定叶片与活动叶片组合可使叶片的横截面由菱形变化为三角形，当调整叶片的横截面为三角形时，叶片的捕风面积最大，当调整叶片的横截面为菱形时，叶片的捕风面积变小。叶片调节装置的结构为：在叶片一端设有电机，电机与传动轴连接，传动轴上连接多个间隔均匀的齿轮，在支承轮与齿轮间设有齿条，齿条外端与4片活动叶片中间的铰链连接，电机与计算机自动控制系统连接。计算机自动控制系统根据需要向电机发出转动指令，电机转动，带动齿轮转动，拉动齿条作往复运动，由于齿条与铰链连接，当齿条向外运动，将推动活动叶片向外伸出，使捕风面外凸，捕风面减小；当齿条向内运动，将拉动活动叶片向内，使捕风面由外凸逐渐变为平面，捕风面增大，当捕风面为两块活动叶片相互平行时，捕风面积最大。为使叶片捕捉到更多的风能，本发明在叶片外端设置了与叶片头，叶片头外形由固定叶片的V形两侧曲面至合拢，叶片头外形为光滑曲面，尖端处封闭，叶片头尖端处封闭面与活动叶片端夹角α为40-50°；为防止两活动叶片内凹，本发明将支承板设计为外伸至活动叶片处，起到对活动叶片的限位作用。本发明可以在风速小于或等于平均风速时，叶片调整为最大捕风面积，这样可以充分发挥设备效率，提高发电效率，降低发电成本，当风速大于最大安全发电量风速时，可将叶片的捕风面积调小，可防止电机烧毁或叶片被折断。本发明结构简单、设计合理，叶片的捕风面积可方便的根据需要调整，保证叶片能安全高效工作。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明使用状态图。
图2是本发明叶片主视图。
图3是本发明A_A剖视图。
图4是去除活动叶片的本发明结构示意图。
图5是图4的局部放大图。
图6是本发明收缩捕风面状态图。
图7是本发明最大捕风面状态图。
图中：(1)为叶片，(2)为叶片头，(3)为活动叶片，(4)为活动叶片，(5)为铰链，(6)为固定叶片，(7)为齿轮，(8)为齿条，(9)为支承板，(10)支承轮，(11)为传动轴，(12)为电机、(13)为封闭面。
具体实施方案
以风电场的平均风速为依据，设计叶片的常规捕风面积；以风电场的最大安全风速为依据，设计叶片的安全捕风面积；将常规捕风面积设计为叶片最大捕风面，将安全捕风面积设计为叶片最小捕风面，根据风速和发电量的需要设计计算机自动控制系统；计算机控制系统根据监测到的实时风速向电机(12)发出正或反转以及转动量的指令；当风速小于等于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片调整为最大捕风面；当风速大于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片由最大捕风面调小；当风速大于最大安全风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片由最大捕风面调整至最小捕风面；电机带动调整装置调节两活动叶片(3)相互并列，且平行或相互倾斜，使叶片的捕风面从常规捕风面积至安全捕风面积根据齿条位移量调整。
叶片(1)的叶片头(2)与叶片固定连接，叶片由固定叶片(6)与活动叶片可转动连接，叶片内设有叶片调节装置，横截面为V形的固定叶片(6)角度β＝40-70°，V形的固定叶片两端均由铰链(5)可转动的连接活动叶片(4)，两活动叶片(4)另端均由铰链(5)可转动的连接活动叶片(3)，两活动叶片(3)另端由铰链(5)可转动的相互连接；叶片头(2)与固定叶片(6)固定连接，叶片头外形为光滑曲面，尖端处由封闭面(13)封闭，片头尖端处封闭面与活动叶片端夹角α＝40-50°；叶片调节装置的结构为：在叶片端设有电机(12)，电机与传动轴(11)连接，传动轴上不可转动的连接3-5个间隔均匀的齿轮(7)，齿轮的数量及间隔可根据叶片的长度需要设计，在固定叶片(6)的内腔设有固定连接的支承(9)，支承上设有两个支承轮(10)，支承轮与齿轮间设有齿条(8)，齿条外端与连接活动叶片(3)的铰链(5)可转动连接，支承板右端至连接固定叶片的铰链中心距离L≥20毫米，L的具体尺寸以活动叶片(3)和(4)不向内凹为宜，外伸的支承板起到对活动叶片(4)的限位作用，可有效防止活动叶片向内折。电机(12)与计算机自动控制系统连接。

Claims (6)

1.风力发电叶轮的捕风面可调叶片，其特征在于，该叶片(1)的叶片头(2)与叶片固定连接，叶片由固定叶片(6)与活动叶片(3)和(4)可转动连接，叶片内设有叶片调整装置，所述的叶片调整装置与计算机自动控制系统连接。
2.如权利要求1所述的风力发电叶轮的捕风面可调叶片，其特征在于，所述的叶片的结构为：横截面为V形的固定叶片(6)两端均由铰链(5)可转动的连接活动叶片(4)，两活动叶片(4)另端均由铰链(5)可转动的连接活动叶片(3)，两活动叶片(3)另端由铰链(5)可转动的相互连接；叶片头(2)与固定叶片(6)固定连接，叶片头外形为光滑曲面，尖端处由封闭面(13)封闭；叶片调整装置的结构为：在叶片端设有电机(12)，电机输出轴与传动轴(11)连接，传动轴上不可转动的连接齿轮(7)，在固定叶片(6)的内腔设有固定连接的支承(9)，支承上设有支承轮(10)，支承轮与齿轮间设有齿条(8)，齿条外端与连接活动叶片(3)的铰链(5)可转动连接，电机(12)与计算机自动控制系统连接。
3.如权利要求2所述的风力发电叶轮的捕风面可调叶片，其特征在于，所述的V形的固定叶片(6)内腔固定连接有支承板(9)，传动轴(11)和支承轮(10)连接在支承板上，V形的固定叶片(6)角度β＝50-70°，支承板右端至连接固定叶片的铰链中心距离L≥20毫米。
4.如权利要求2所述的风力发电叶轮的捕风面可调叶片，其特征在于，所述叶片头尖端处封闭面与活动叶片端夹角α＝40-50°。
5.风力发电叶轮的捕风面可调叶片的调整方法，其特征在于，具体方法如下：
(1)以风电场的平均风速为依据，设计叶片的常规捕风面积；以风电场的最大安全风速为依据，设计叶片的安全捕风面积；将常规捕风面积设计为叶片最大捕风面，将安全捕风面积设计为叶片最小捕风面，根据风速和发电量的需要设计计算机自动控制系统；
(2)计算机控制系统根据监测到的实时风速向电机(12)发出正或反转以及转动量的指令；当风速小于等于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片调整为最大捕风面；当风速大于平均风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片由最大捕风面调小；当风速大于最大安全风速，计算机控制系统向电机发出指令，电机带动叶片调整装置将叶片由最大捕风面调整至最小捕风面；
(3)电机带动调整装置调节两活动叶片(3)相互并列，且平行或相互倾斜，使叶片的捕风面从常规捕风面积至安全捕风面积根据齿条位移量调整。
6.如权利要求5所述的风力发电叶轮的捕风面可调叶片的调整方法，其特征在于，所述调整装置为电机带动传动轴(11)及与传动轴固定连接的多个齿轮(7)按指令所需要的量正、反转动，齿轮拨动齿条(8)往复运动，拉动连接两活动叶片(3)的铰链(5)往复运动，调节活动叶片(3)相互平行或相互倾斜。
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