CN103726994A - 一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，将连接臂相对偏航旋转座偏心安装，连接臂上位于偏航旋转座后方位置可转动连接有尾舵旋转套，尾舵旋转套以越向上越往偏航旋转座所在一侧靠的方式倾斜布设，尾舵杆固定在该尾舵旋转套上，连接臂上设置有分别位于尾舵杆两侧的第一限位块和第二限位块，尾舵杆上设置有限位板，第一限位块与限位板抵接时，尾舵板与叶片旋转面相互垂直；连接臂相对尾舵杆转动带动第二限位块与限位板抵接时，尾舵板与叶片旋转面相互平行，具有结构简单合理紧凑，安装方便，实施成本低，能根据风速实现自动调节叶片转速、避免出现飞车现象等特点。

Description

一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置

技术领域

 本发明涉及发电设备，具体来说是风力发电机。

背景技术

利用太阳能、风能等自然界可再生资源来代替燃油等有限的能源成为了解决能源问题的重要策略。风力发电机作为利用自然界可再生资源的重要方式之一，其是利用风能转变成电能，再把生产的电能应用到日常生活各领域，现时的风力发电机大都采用螺旋桨式风叶接收风力。然而，该叶片不能太大，如若太大，遇到强风时，风叶将会向发电机主干严重弯曲，甚至打断发电机主干，造成巨大的经济损失，因而发电机的效率受到一定限制；另外，在强风的状态下，容易导致转速失控，超过发电机设定的最高转速后仍然不停，伴随而来的是发电机过电流，严重损坏发电机内部结构，造成飞车现象。因此，传统技术中的风力发电机还有待进一步改善和优化。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其抗强风能力好、不会出现飞车现象。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，包括偏航固定座和尾舵杆，尾舵杆的尾部安装有尾舵板，所述偏航固定座上可转动连接有偏航旋转座，偏航旋转座上设置有连接臂，连接臂的前端安装发电机，发电机前部设置叶片，所述连接臂相对偏航旋转座偏心安装，连接臂上位于偏航旋转座后方位置可转动连接有尾舵旋转套，所述尾舵旋转套以越向上越往偏航旋转座所在一侧靠的方式倾斜布设，所述尾舵杆固定在该尾舵旋转套上，所述连接臂上设置有分别位于尾舵杆两侧的第一限位块和第二限位块，尾舵杆上设置有限位板，所述第一限位块与限位板抵接时，尾舵板与叶片旋转面相互垂直；所述连接臂相对尾舵杆转动带动第二限位块与所述限位板抵接时，尾舵板与叶片旋转面相互平行。

优选所述连接臂相对偏航旋转座偏心30~100mm。

优选所述尾舵旋转套相对连接臂朝偏航旋转座所在一侧倾斜的角度为8~15°。

作为上述技术方案的改进，所述连接臂以前高后低的方式相对所述偏航旋转座倾斜设置。

优选所述连接臂相对偏航旋转座的倾斜角度为3~5°。

所述连接臂的底部设置有加强板，加强板的后端与偏航旋转座固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述限位板为截面呈“L”形状的板，限位板的一L边用于与所述第一限位块抵接，另一L边用于与所述第二限位块抵接，在两L边之间设置有加强三角块。

进一步，所述第一限位块为缓冲橡胶。

本发明的有益效果是：采用上述结构的本发明，由于连接臂相对偏航旋转座偏心安装，叶片迎风时会产生偏心力矩，由于尾舵旋转套是倾斜布设在连接臂上的，当风速较小时，偏心力矩和尾舵板所受风力不足以推动尾舵旋转套相对连接臂转动，尾舵杆便能够通过连接臂带动发电机和叶片一并随偏航旋转座转动，使得叶片捕捉到风向，叶片正面迎风旋转发电；当风速超过预设值如12m/秒时，尾舵旋转套在偏心力矩和尾舵板所受风力的共同作用下相对连接臂转动，从而改变叶片与尾舵板之间的角度关系，叶片与发电机相对尾舵板向连接臂偏心一侧转向，改变了风力在叶片上的切出方向，减小了叶片的迎风、受力面积，叶片转速逐步降低，当风速超过预设值如14m/秒时，叶片和发电机相对尾舵板向连接臂偏心一侧转过90°至叶片旋转面与尾舵板平行，因尾舵板与风向平行，使得叶片也被带动至与风向平行，叶片不再正面迎风而是侧面迎风，风不再在叶片的正面产生作用力，叶片转速逐步降低甚至停止转动，有效避免了叶片高速转动而产生的飞车现象，实现完全避风，使得叶片等部件在强风中可得到有效保护而不至损毁；当风速降低时，因尾舵旋转套倾斜布设在连接臂上，尾舵杆和尾舵板在重力作用下带动尾舵旋转套相对连接臂转动，实现尾舵板的自动复位，尾舵板和尾舵杆又重新带动叶片捕捉风向；本发明在解决抵御强风袭击时，提供了一种结构简单合理紧凑，安装方便，实施成本低，能根据风速实现自动调节叶片转速、避免出现飞车现象的风力发电机用偏航装置。

附图说明

图1是本发明在尾舵板与叶片旋转面垂直时的结构示意图；

图2是图1的另一角度示意图；

图3是图1的主视图；

图4~图5是本发明的工作原理分析示意图；

图6是本发明在尾舵板与叶片旋转面平行时的结构示意图；

图7是图6的另一角度示意图；

图8是本发明中偏航旋转座、连接臂和尾舵旋转套的连接结构示意图；

图9是图8沿连接臂轴向方向的投影视图；

图10是图8沿垂直于连接臂轴向方向的投影视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

参照图1~图10，本发明的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，包括偏航固定座1和尾舵杆2，尾舵杆2的尾部安装有尾舵板3，所述偏航固定座1上安装有偏航旋转座4，偏航旋转座4可在水平面内转动，在本实施例中，偏航旋转座4为一筒状部件，偏航旋转座4套置在偏航固定座1上设置的立轴（未绘示）上，其中偏航旋转座4的两端部与立轴轴承连接，所述偏航旋转座4上设置有连接臂5，连接臂5的前端安装有发电机6，发电机6前部设置叶片7，叶片7转动使得发电机6内部形成磁力线切割运动，从而产生电动势，风力发电机叶片与发电机的发电原理和结构为现有成熟技术，此处不再赘述；所述连接臂5相对偏航旋转座4偏心安装，连接臂5可相对偏航旋转座4往左侧或右侧偏心，其中所谓左侧和右侧是指以叶片7所在一方为前方、尾舵板3所在一方为后方，由此得到偏航旋转座4的左侧和右侧，可参见图2中的方向箭头所示；在本实施例中，连接臂5相对偏航旋转座4向左侧偏心设置；连接臂5上位于偏航旋转座4后方位置设置有尾舵旋转套8，尾舵旋转套8相对连接臂5可转动，具体结构可以是在连接臂5上设置一立杆，尾舵旋转套8套置在该立杆上即可，所述尾舵旋转套8以越向上越往偏航旋转座4所在一侧靠的方式倾斜布设，在本实施例中，尾舵旋转套8越向上越往连接臂5的右侧靠，所述尾舵杆2固定在该尾舵旋转套8上，本实施例中，尾舵杆2通过连接片22与尾舵旋转套8连接。

所述连接臂5上设置有分别位于尾舵杆2两侧的第一限位块9和第二限位块10，在本实施例中，连接臂5的后端在尾舵旋转套8倾斜的一侧即靠右侧设置第一限位块9，连接臂5在尾舵旋转套8倾斜的相反一侧即靠左侧侧壁上设置第二限位块10，所述尾舵杆2上设置有限位板21，限位板21可设置在尾舵杆2的底端，第一限位块9与限位板21抵接时，尾舵板3与叶片7的旋转面相互垂直，该处的叶片7的旋转面指的是叶片7在带动发电机6内部形成磁力线切割运动时的旋转面；当连接臂5相对尾舵杆2转动带动第二限位块10与限位板21抵接时，尾舵板3与叶片7的旋转面相互平行，此时连接臂5相对尾舵杆2转过的角度Z=90°，如图6所示。

根据叶片7的大小、尾舵杆2和尾舵板3的重量以及尾舵杆2的长度等因子，所述连接臂5相对偏航旋转座4向左侧偏心的距离优选y=30~100mm，所述尾舵旋转套8相对连接臂5向右侧倾斜的角度θ优选设置为8~15°，在本实施例中，连接臂5相对偏航旋转座4向左侧偏心65mm，尾舵旋转套8相对连接臂5向右侧倾斜12°。

作为本实施例的进一步优选，所述连接臂5以前高后低的方式相对所述偏航旋转座4倾斜设置，连接臂5相对偏航旋转座4的倾斜角度优选为3~5°，最好是4°，即连接臂5与偏航旋转座4之间的夹角X=85°~87°，最好是86°，如图10所示；将连接臂5相对偏航旋转座4倾斜设置，使得安装在连接臂5前端的叶片7向上仰，这种结构能够大大的减小叶片7在转动时的振动和噪音，减小因振动带来的零部件之间的磨损等，提高风力发电机的使用寿命。

在本实施例中，所述连接臂5的底部设置有加强板51，加强板51的后端与偏航旋转座4固定连接，加强板51用于提高连接臂5的强度，避免受力弯曲变形，影响正常发电甚至损坏机组。

本发明的工作原理如下：图中的箭头A表示风向，由于连接臂5相对偏航旋转座4偏心安装，叶片7迎风时会产生偏心力矩，该偏心力矩使得叶片7和连接臂5等具有以偏航旋转座4的中心线B为转轴向连接臂5偏心的一侧即左侧转动的趋势，如图4中的箭头C所示；假设叶片7迎风时在偏心力矩的作用下，叶片7带动连接臂5向左侧转动了一个角度，如图5所示，则尾舵板3随连接臂5的转动而不再与风向A平行，风对尾舵板3具有作用力，使得尾舵板3和尾舵杆2具有向连接臂5偏心一侧即左侧转动的趋势，如箭头D所示；由于尾舵旋转套8是倾斜布设在连接臂5上的，当风速较小时，偏心力矩和尾舵板3所受风力不足以推动尾舵旋转套8相对连接臂5转动，尾舵板3所受风力使得尾舵杆2能够克服连接臂5因偏心带来的转动，尾舵板3在风力作用下转动到与风向A保持平行，使得叶片7正面迎风旋转发电；

当风向改变时，若风向由左侧往右侧吹，尾舵板3和尾舵杆2往右转动，因限位板21与第一限位块9的作用，使得连接臂5和尾舵杆2跟随偏航旋转座4联动转动，直到尾舵板3转动至与新的风向平行，此时叶片7正面迎风；若改变后的风向为由右侧往左侧吹，因尾舵旋转套8相对连接臂5往右侧倾斜设置，较小的风速不足以驱使尾舵旋转套8相对连接臂5转动，故连接臂5和尾舵杆2亦跟随偏航旋转座4联动转动，直至尾舵板3与新的风向平行，叶片7正面迎风，实现了叶片7通过尾舵板3自动捕捉风向。

当风速超过预设值如12m/秒时，尾舵旋转套8在偏心力矩和尾舵板3所受风力的作用下相对连接臂5转动，从而改变叶片7与尾舵板3之间的角度关系，叶片7与发电机6相对尾舵板3向连接臂5的偏心一侧转向，改变了风力在叶片7上的切出方向，减小了叶片7的迎风、受力面积，风对叶片7的作用力变小，叶片7转速逐步降低，实现了叶片7的自动调速；

当风速超过预设值如14m/秒时，叶片7和发电机6相对尾舵板3向连接臂5的偏心一侧转过90°，如图6所示，此时，尾舵板3与风向A平行，使得叶片7也被带动至与风向A平行，叶片7不再正面迎风而是侧面迎风，风不再在叶片7的正面产生作用力，叶片7的继续转速逐步降低甚至停止转动，有效避免了叶片高速转动而产生的飞车现象，实现完全避风，使得叶片等部件在强风中可得到有效保护而不至损毁；

当风速降低时，因尾舵旋转套8倾斜布设在连接臂5上，尾舵杆2和尾舵板3在重力作用下自动复位，在复位的过程中，尾舵板3因不与风向A平行而受到风力作用，尾舵杆2推动连接臂5逐渐向右侧转动，使得叶片7逐渐迎风，当尾舵杆2和尾舵板3完全复位至如图4所示状态时，尾舵杆2上的限位板21与第一限位块9抵接，尾舵板3与叶片7的旋转面相互垂直，尾舵板3和尾舵杆2又重新带动叶片7正常捕捉风向。

在本实施例中，所述限位板21为截面呈“L”形状的板，限位板21的一L边用于与所述第一限位块9抵接，另一L边用于与所述第二限位块10抵接，在两L边之间设置有加强三角块23。为减小尾舵杆2复位时的冲击力和带来的振动，本发明所述第一限位块9为缓冲橡胶，从而实现复位软着陆。

本发明在解决抵御强风袭击时，提供了一种结构简单合理紧凑，安装方便，实施成本低，能根据风速实现自动调节叶片转速、避免出现飞车现象的风力发电机用偏航装置。 

以上所述，只是本发明的较佳实施方式，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，包括偏航固定座和尾舵杆，尾舵杆的尾部安装有尾舵板，所述偏航固定座上可转动连接有偏航旋转座，偏航旋转座上设置有连接臂，连接臂的前端安装发电机，发电机前部设置叶片，其特征在于：所述连接臂相对偏航旋转座偏心安装，连接臂上位于偏航旋转座后方位置可转动连接有尾舵旋转套，所述尾舵旋转套以越向上越往偏航旋转座所在一侧靠的方式倾斜布设，所述尾舵杆固定在该尾舵旋转套上，所述连接臂上设置有分别位于尾舵杆两侧的第一限位块和第二限位块，尾舵杆上设置有限位板，所述第一限位块与限位板抵接时，尾舵板与叶片旋转面相互垂直；所述连接臂相对尾舵杆转动带动第二限位块与所述限位板抵接时，尾舵板与叶片旋转面相互平行。

2.根据权利要求1所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述连接臂相对偏航旋转座偏心30~100mm。

3.根据权利要求1所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述尾舵旋转套相对连接臂朝偏航旋转座所在一侧倾斜的角度为8~15°。

4.根据权利要求1所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述连接臂以前高后低的方式相对所述偏航旋转座倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述连接臂相对偏航旋转座的倾斜角度为3~5°。

6.根据权利要求5所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述连接臂的底部设置有加强板，加强板的后端与偏航旋转座固定连接。

7.根据权利要1~6中任一项所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述限位板为截面呈“L”形状的板，限位板的一L边用于与所述第一限位块抵接，另一L边用于与所述第二限位块抵接，在两L边之间设置有加强三角块。

8.根据权利要求7所述的一种有效抵御强风袭击的风力发电机用偏航装置，其特征在于：所述第一限位块为缓冲橡胶。

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