CN103334874B - 一种用于垂直轴风力发电机的阻流制动叶片 - Google Patents

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Abstract

一种用于垂直轴风力发电机的阻流制动叶片，它包括框架和包覆在框架外侧的蒙皮，其特别之处是：所述叶片上设有可开启、闭合的阻流活扇，所述阻流活扇一侧边与叶片的框架铰接，阻流活扇连接操控装置。本发明叶片设有可开启、闭合的阻流活扇。发电机在正常风速下运转时，阻流活扇处于关闭状态；当风速过高需采用制动减速时，利用操控机构将阻流活扇开启，叶片的结构形状发生变化，叶片的阻风面增大，扰乱空气流向，起到辅助制动的作用。此外在叶片的尾部设置可以根据风速自动翻折的扰流板，当风速较大时，扰流板翻折，叶片弦长变短，叶片迎风面变小，同样可以起到辅助减速刹车作用，扰流板的设置还有利于将发电机的转速自动控制在一个相对稳定的范围内。

Description

一种用于垂直轴风力发电机的阻流制动叶片
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置，特别是用于H型垂直轴风力发电机的具有阻流制动功能的叶片，属风力发电技术领域。
背景技术
随着能源与环境压力的增加，清洁可再生新能源愈来愈受到重视。在各类绿色能源中，风能是前景潜力巨大的可再生能源之一，应用愈加广泛。风力发电机根据主轴安装方位分为水平轴和垂直轴，近年来，垂直轴发电机技术发展迅速，垂直轴发电机可通过对叶片结构的优化设计，增大风阻力，提高风阻力差，使风机即使在较低的风速下仍可以正常启动运行，无需偏航、变浆装置，因而结构相对简单。H型垂直轴发电机的旋转主轴垂直设置，旋转主轴通过斜臂或横杆及拉索与叶片连接，其叶片为直叶片，叶片平行于中心柱，均布于旋转主轴外围。垂直轴风力发电机在风速较大时，需要启用刹车装置控制其转速，使其不能超过风力发电机的额定转速，避免飞车的危险。小型垂直轴风力发电机通常是通过盘式刹车装置控制转速，但是对于大型垂直轴风力发电机其转速的控制就很为困难，尤其当风速高且变化大时，仅依靠盘式刹车装置的电磁阻力很难达到刹车要求，此问题已经成为制约垂直轴风力发电机向大型化发展的瓶颈。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种利用机械装置辅助发电机刹车制动的垂直轴风力发电机阻流制动叶片。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种垂直轴风力发电机阻流制动叶片，它包括框架和包覆在框架外侧的蒙皮，其特别之处是：所述叶片上设有可开启、闭合的阻流活扇，所述阻流活扇一侧边与叶片的框架铰接，阻流活扇连接操控装置。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述阻流活扇由分别位于叶片两个侧面上的两个向相反方向开启的第一阻流活扇和第二阻流活扇组成；所述操控装置包括电机、旋转轴、两排驱动杆和两排连杆，所述电机固定在叶片的框架处，电机输出轴经带传动与旋转轴传动连接，在旋转轴上分布两排驱动杆，其中，各驱动杆的一端固接旋转轴、另一端分别与其位置对应的各连杆的一端铰接，所述各排连杆的另一端分别与所对应的第一阻流活扇或第二阻流活扇铰接。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，叶片的尾部设置扰流板，扰流板为翻折结构，扰流板一侧与叶片的框架铰接，扰流板与叶片连接部位设有数个扭簧。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述阻流活扇的高度尺寸与叶片的高度尺寸匹配。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述阻流活扇沿叶片的高度方向断续设置。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述阻流活扇设置在叶片高度方向的中间部位。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述叶片弦长为L，所述阻流活扇与叶片框架的铰接位置至叶片弦长方向的前端距离D为1/4L，阻流活扇开启端至叶片前端的距离B为1/2L。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述扰流板的长度C为1/4L-1/5L。
上述垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，所述扰流板的翻折方向与叶片的旋转方向相同。
本发明针对解决大型垂直轴风力发电机刹车制动问题设计了一种阻流制动叶片，所述叶片设有可开启、闭合的阻流活扇。发电机在正常风速下运转时，阻流活扇处于关闭状态，此时叶片与普通叶片的性能相同；当风速过高需采用制动减速时，利用操控机构将阻流活扇开启，叶片的结构形状发生变化，叶片的阻风面增大，扰乱空气流向，起到辅助制动的作用。此外在叶片的尾部设置可以根据风速自动翻折的扰流板，当风速较大时，扰流板翻折，叶片弦长变短，叶片迎风面变小，同样可以起到辅助减速刹车作用，扰流板的设置还有利于将发电机的转速自动控制在一个相对稳定的范围内。本发明利用叶片本身结构的变化起到刹车制动作用，其构思巧妙，为解决大型垂直轴风力发电机制动问题提供了可行性方案。
附图说明
图1是本发明所述叶片阻流活扇开启、扰流板翻折状态的示意图；
图2是本发明所述叶片阻流活扇开启、扰流板伸展状态的示意图；
图3是本发明所述叶片阻流活扇关闭、扰流板翻折状态的示意图；
图4是本发明所述叶片阻流活扇关闭、扰流板伸展状态的示意图；
图5是本发明所述叶片阻流活扇设置在叶片高度方向的中间部位的示意图；
图6是本发明所述叶片阻流活扇沿叶片高度方向断续设置的示意图；
图7是图2A处的局部放大视图；
图8是操控装置运动简图；
图9是本发明叶片使用状态示意图。
图中标号含义如下：1.叶片；2.阻流活扇；2-1.第一阻流活扇；2-2.第二阻流活扇；3.扰流板；4.电机；5.带传动；6.旋转轴；7.驱动杆；8.连杆；9.扭簧；10.斜撑杆；11.风机旋转主轴。
具体实施方式
参看图1，本发明叶片可用于H型垂直轴风力发电机或V型垂直轴风力发电机，所述叶片1包括框架和包覆在框架外侧的蒙皮。叶片1上设有可开启、闭合的阻流活扇2，阻流活扇一侧边与叶片的框架铰接，阻流活扇由位于叶片两侧面上的两个向相反方向开启的第一阻流活扇2-1和第二阻流活扇2-1组成。阻流活扇连接操控装置，由操控装置控制阻流活扇的开闭动作。
参看图1、图8，所述操控装置包括电机4、旋转轴6、两排驱动杆7和两排连杆8，电机固定在叶片的框架处，电机输出轴经带传动5与旋转轴6传动连接，旋转轴上分布两排驱动杆7。其中，各驱动杆7的一端固接旋转轴6、另一端分别与其位置对应的各连杆的一端铰接；所述各排连杆的另一端分别与所对应的第一阻流活扇或第二阻流活扇铰接。如图8所示，当电机经带传动带动旋转轴6顺时针转动一定的角度时，旋转轴带动两排驱动杆7转动，驱动杆带动连杆8运动，将第一阻流活扇和第二阻流活扇打开；当旋转轴6逆时针转动相同的角度时，将第一阻流活扇和第二阻流活扇关闭。
参看图1、图2、图5、图6，第一阻流活扇和第二阻流活扇的设置结构可以如图1、图2所示，其高度尺寸与叶片的高度尺寸匹配；也可以如图5所示，阻流活扇设置在叶片高度方向的中间部位；还可以如图6所示，阻流活扇沿叶片的高度方向断续设置。
参看图1-3和图7，本发明对叶片的另一项重要改进是：叶片1的尾部设置扰流板3，扰流板为翻折结构，扰流板一侧与叶片的框架铰接，扰流板与叶片连接部位设有数个扭簧9。扰流板3的翻折方向与叶片的旋转方向相同。
参看图4，所述叶片1的弦长为L，阻流活扇与叶片框架的铰接位置至叶片弦长方向的前端距离D为1/4L，阻流活扇开启端至叶片前端的距离B为1/2L，扰流板的长度C为1/4L-1/5L。
参看图9，这是本发明叶片用于H型垂直轴风力发电机的示意图。垂直轴风力发电机的风机旋转主轴11连接斜撑杆10，斜撑杆与叶片1固接，叶片顺时针转动。在叶片转动过程中，扰流板3受离心力作用产生顺时针翻折的趋势，但当离心力不够大时，不足以克服扭簧的弹性力，扰流板处于伸展的状态。当风速提高时，叶片转速加快，扰流板所受到的离心力也加大，当离心力增大到克服扭簧的弹性力时，扰流板发生翻转，叶片弦长变短，叶片迎风面变小，一方面起到对叶片减速作用，另一方面翻折的扰流板扰乱空气流向，起到控制叶片转速上升的作用，因此叶片的转速不会再随风速的提高而增大，叶片转速得到控制，使垂直轴发电机在一定的风速范围内保持相对稳定的转速。当风速降低后，离心力减小，扰流板在弹簧力作用下回复的初始延展状态。当风速过大需要采用刹车装置控制垂直轴风力发电机转速时，在启用刹车制动装置的同时，启动电机转动一定角度，打开阻流活扇，增大叶片的阻风面，且扰乱空气流过叶片的流向，阻流活扇起到辅助刹车制动的作用，可以有效减轻刹车装置的负荷，提高风力垂直轴发电机的安全性能。当风速减小，叶片转速降低时，启动电机反向转动一定角度将阻流活扇关闭。本发明叶片用于V型垂直轴风力发电机时的工作过程与H型垂直轴风力发电机类同，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种垂直轴风力发电机阻流制动叶片，它包括框架和包覆在框架外侧的蒙皮，其特征在于：所述叶片（1）上设有可开启、闭合的阻流活扇（2），所述阻流活扇一侧边与叶片的框架铰接，阻流活扇连接操控装置；
所述阻流活扇（2）由分别位于叶片两个侧面上的两个向相反方向开启的第一阻流活扇（2-1）和第二阻流活扇（2-2）组成；所述操控装置包括电机（4）、旋转轴（6）、两排驱动杆（7）和两排连杆（8），所述电机固定在叶片的框架处，电机输出轴经带传动（5）与旋转轴（6）传动连接，在旋转轴上分布两排驱动杆（7），其中，各驱动杆的一端固接旋转轴、另一端分别与其位置对应的各连杆的一端铰接，所述各排连杆的另一端分别与所对应的第一阻流活扇或第二阻流活扇铰接。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：叶片（1）的尾部设置扰流板（3），扰流板为翻折结构，扰流板一侧与叶片的框架铰接，扰流板与叶片连接部位设有数个扭簧（9）。
3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：所述阻流活扇（2）的高度尺寸与叶片的高度尺寸匹配。
4.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：所述阻流活扇（2）沿叶片的高度方向断续设置。
5.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：所述阻流活扇（2）设置在叶片高度方向的中间部位。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：叶片弦长为L，所述阻流活扇（2）与叶片框架的铰接位置至叶片弦长方向的前端距离D为1/4L，阻流活扇开启端至叶片前端的距离B为1/2L。
7.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：所述扰流板（3）的长度C为1/4L-1/5L。
8.根据权利要求7所述的垂直轴风力发电机阻流制动叶片结构，其特征在于：所述扰流板（3）的翻折方向与叶片的旋转方向相同。
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