CN103397986B - 利用风速舵控制后倾调速的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，它包括有偏航平台、塔架、发电机、风速舵、风速舵杆和连杆，所述的偏航平台安装在塔架上，至少有一台发电机直接或者间接安装在偏航平台上，发电机通过连杆与风速舵杆相连，风速舵固定在风速舵杆末端。本发明当强风吹来时可提前后倾避风，当强风吹到建筑物时风向会突然改变，避风反应灵敏准确，对风速有较宽的适应性，适合一塔多发。一套一千瓦的模版可以生产一至五千瓦的风力发电机组。一套五千瓦的模版就可以生产出二十五千瓦的风力发电机组。降低了叶片、桨毂、发电机的开发成本。本发明中发电机的数量可以根据实际情况设置成两台、三台、四台或者更多台。

Description

利用风速舵控制后倾调速的风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，特别是利用风速舵调整桨叶后倾来调节风力发电机转速的风力发电机。

技术背景

能源的匮乏环境的污染以及国家对分布式电源的支持政策，使小风电进入平常百姓家。目前小风电调速分定桨距和变桨距两大类，变桨距安全可靠但成本高，定桨距成本低但对转速控制不佳，电压浮动大，由于设计风速低抗强风能力差。大风需要将发电机放倒避风。定桨距有以下几种调速方式，1叶尖失速，2电磁刹车，3侧偏，4后倾，5电磁刹车加侧偏，采用叶尖失速风能利用率低。电磁刹车加侧偏转速控制的还行但对风不准确，还会使风机摆来摆去，降低电机轴承和桨叶使用寿命。而后倾只能手动停车，很少被采用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题而提供一种利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，该发电机风阻小、对风准确，转速稳定，结构简单成本低，大风也不用放倒避风。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：

利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，包括有偏航平台、塔架、发电机、风速舵、风速舵杆和连杆，所述的偏航平台安装在塔架上，至少有一台发电机直接或者间接安装在偏航平台上，发电机通过连杆与风速舵杆相连，风速舵固定在风速舵杆末端。

所述的发电机的数量为一台，所述的发电机通过后倾轴活动安装在偏航平台上，后倾轴位于发电机下部并低于发电机轴心线；发电机前下端安装有前倾限位。

所述的偏航平台用轴承固定在塔架上。

所述的偏航平台上固定安装有尾杆，尾杆尾部设置有方向舵，尾杆的末端与风速舵杆相连。

所述的发电机的数量为四台，每两台发电机为一组，两组发电机上下设置，上、下两组发电机均通过横杆分别与偏航平台上下方安装的上塔筒和下塔筒相连。

所述的偏航平台通过轴承活动安装在塔架上。

所述的下塔筒套装在塔架外面，下塔筒下面两侧焊接有两根横杆，上塔筒上方安装有一根横杆，四台发电机分别通过后倾轴安装在安装架上，安装架安装在横杆上，后倾轴与后倾摇臂相连，后倾摇臂通过销轴与连杆相连，连杆通过连杆轴与风速舵杆相连。

本发明所具有的优点与效果是：

1、本发明利用风速舵控制后倾调速的风力发电机结构简单，采用定桨距叶片，叶片成本低，桨毂简单无需维护。风速舵属于主动对风，当强风吹来时可提前后倾避风，当强风吹到建筑物时风向会突然改变，如果采用侧偏发电机会左右摆动并剧烈震动，甚至会毁坏桨叶，但采用后倾设计强风时桨叶已接近水平，高强度的转动对风对桨叶已不具有破坏性，桨叶后倾减轻了阻力，提高了塔架的抗风能力，避风反应灵敏准确，对风速有较宽的适应性，适合一塔多发。可以一个塔架安装两台或者更多台发电机，一套一千瓦的模版可以生产一至五千瓦的风力发电机组。一套五千瓦的模版就可以生产出二十五千瓦的风力发电机组。降低了叶片、桨毂、发电机的开发成本。本发明中发电机的数量可以根据实际情况设置成两台、三台、四台或者更多台。

2、本发明利用风速舵控制后倾调速的风力发电机的单发电机结构，由于在发电机下部安装有后倾轴并低于发电机轴心线，使发电机可以向后倾斜五十度至六十度，当桨叶旋转时，会像飞机螺旋桨一样产生拉力使风力发电机后倾，后倾轴与发电机轴的距离和使发电机回位的力决定风力发电机的转速，还有一个因素决定桨叶的转速，就是桨叶与风速的相对速度，当风速较大如果负载较小桨叶转速较快，此时相对速度较低，桨叶产生的后倾力较小仍会超速。当风向突然转变或突然变小，此时相对速度较大后倾拉力就大，在不该后倾时后倾，降低了风能利用率。本发明采用风速舵控制后倾和回位，并与桨叶拉力相辅相承，风速舵用连杆轴与发电机后倾轴连接，拉动风力发电机后倾调速。风速舵为翼型，既能感知风速又能产生使发电机后倾和回位的拉力，属于主动型对风。当风速大负载小相对速度较小本应超速时，风速舵能感知风速控制后倾减速，桨叶超过或低于额定转速才会后倾或回位，属于被动型。主动和被动相结合使风力发电机转速稳定，不用控制器转速仍能控制在额定转速，决定转速的主要是风速舵和风速而不是负载，所以负载减小发电机仍能保持额定转速。发电机风阻小、对风准确，转速稳定，结构简单成本低，不但能偏航对风，还能后倾六十度避风，大风也不用放倒避风。适合做成一塔多机式，同功率塔高不变。

3、本发明利用风速舵控制后倾调速的风力发电机的四台发电机结构，是在偏航平台下设有下塔筒，下塔筒下部两端焊有横杆，两端各装一台发电机。在偏航平台上装有上塔筒，上塔架上再装一横杆，两端再装两台发电机，平行设置的两台发电机中间的后方各分别设置有风速舵，用于分别控制上下各两台发电机的转速。由于发电机处于较佳高度，既能捕获大风又能适应小风，年发电量更高，多台并连电压稳定可以不用控制器和蓄电池，直接带动三相水泵抽水罐溉为农民降低成本。小风电的安装都比较靠近住户，单台大功率尺寸大发生事故危害大，分解成多个小的发电机则安全一些，维护也方便。如果安装四台独立的一千瓦风力发电机，要比安装一台四千瓦风力发电机年发电量更高，因为它比一台四千瓦的风速要求低，所以发电时间长。

附图说明

图1为实施例1所示的本发明结构示意图；

图2为实施例2所示的本发明的侧视图；

图3为实施例2所示的本发明的正视图；

图4为实施例2所示的本发明的俯视图。

图中：1、桨叶，2、塔架，3、下塔筒，4、下横杆，5、发电机，6、上塔筒，7、上横杆8、后倾轴，9、销轴，11、后倾摇臂，12、连杆，13、方向舵，14、风速舵轴，15、连杆轴，16、风速舵杆，17、风速舵，18、偏航平台，19尾杆，20、安装架，23、前倾限位。

实施例1：

如图一所示，利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，包括有偏航平台18、塔架2、发电机5、风速舵17、风速舵杆16和连杆12，偏航平台18用轴承固定在塔架2上用于偏航对风，发电机5的数量为一台，发电机5通过后倾轴8活动安装在偏航平台18上，既可以水平转动对风又可以后倾避风，后倾角度可以设定。后倾轴8位于发电机下部并低于发电机轴心线。发电机前下端安装有前倾限位23，防止发电机回位过量。尾杆19固定在偏航平台18上用于对风，尾杆19尾部有方向舵13，风速舵17固定在风速舵杆16末端，风速舵杆16用风速舵轴14活动安装在尾杆19末端，连杆12一端由销轴9连接在发电机5上，另一端通过连杆轴15与风速舵杆16相连。当强风吹来，风速舵17向右摆动并通过连杆12拉动发电机5向右倾斜，迫使桨叶1与风形成一定夹角降低桨叶的有效面积减小扭力，达到降低转速的目的，后倾角度大小取决于风速舵的面积、翼型和风速。当风速降低依靠风速舵的重力将发电机推回。

实施例2：

如图2-4所示，利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，包括有偏航平台18、塔架2、发电机5、风速舵17、风速舵杆16和连杆12，所述的发电机的数量为四台，每两台发电机为一组，两组发电机上下设置。

所述的偏航平台18通过轴承活动安装在塔架2上，偏航平台18下方焊接有下塔筒3，下塔筒3为桶状并套在塔架2外面，下塔筒3下面两侧焊接两根下横杆4，位于下方的两台发电机5通过后倾轴8安装在安装架20上，安装架20安装在下横杆4的外侧端，后倾轴8与后倾摇臂11相连，后倾摇臂11通过销轴9与连杆12相连，连杆12通过连杆轴15与风速舵杆16相连。下塔筒下部一侧连接有一根尾杆19，尾杆19尾部设置有方向舵13，风速舵杆16用风速舵轴14活动安装在尾杆19末端，风速舵17固定在风速舵杆16末端。

偏航平台18上方安装有上塔架6，上塔架6上方安装有一根上横杆7，位于上方的两台发电机5通过后倾轴8安装在安装架20上，安装架20安装在上横杆7的两端，后倾轴8与后倾摇臂11相连，后倾摇臂11通过销轴9与连杆12相连，连杆12通过连杆轴15与风速舵杆16相连。上横杆7与尾杆19相连，尾杆19尾部设置有方向舵13，风速舵杆16用风速舵轴14活动安装在尾杆19末端，风速舵17固定在风速舵杆16末端。

本实施例中发电机的数量也可以根据实际情况设置成两台、三台或者更多台。

Claims (2)

1.利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，其特征在于：包括有偏航平台、塔架、发电机、风速舵、风速舵杆和连杆，所述的偏航平台通过轴承活动安装在塔架上，所述的发电机的数量为四台，四台发电机分别通过后倾轴安装在安装架上，每两台发电机为一组，两组发电机上下设置，上、下两组发电机均通过横杆分别与偏航平台上下方安装的上塔筒和下塔筒相连，发电机通过连杆与风速舵杆相连，风速舵固定在风速舵杆末端，下塔筒下部一侧连接有一根尾杆，当后倾轴安装在发电机下部并低于发电机轴心线，发电机通过后倾轴活动安装在偏航平台上时，尾杆固定在偏航平台上，风速舵杆用风速舵轴活动安装在尾杆末端；当后倾轴与后倾摇臂相连时，位于下方的两台发电机通过后倾轴安装在安装架上时，尾杆尾部设置有方向舵，风速舵固定在风速舵杆末端。

2.根据权利要求1所述的利用风速舵控制后倾调速的风力发电机，其特征在于：所述的下塔筒套装在塔架外面，下塔筒下面两侧焊接有两根横杆，上塔筒上方安装有一根横杆，安装架安装在横杆上，后倾轴与后倾摇臂相连，后倾摇臂通过销轴与连杆相连，连杆通过连杆轴与风速舵杆相连。