CN104005910A - 一种中小型风力发电机避灾及能量调节型尾舵 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可再生能源领域，涉及一种新型中小型风力发电机的高性能调向结构，尾舵由三部分组成：尾杆、控制舵和主舵。主舵截面采用对称翼型，它的空气动力学性能比平板好，偏转时产生的转动力矩要大于平板，所以转向效果比平板尾舵要好。控制舵由两部分组成，水平舵面和垂直舵面，都采用三角形结构。其中水平舵面截面是NACA4412翼型，垂直舵面是平板。水平舵面产生使主舵偏转的力；垂直舵面保持跟风向平行，使水平舵面在水平面40°范围内旋转，保证水平舵面在来风方向产生最大升力维持主舵偏航。本发明构造简单，成本低廉，工作可靠，并能实现轻量化。能够利用风能自动实现风力发电机的避灾、调向及调节吸收的风能。

Description

一种中小型风力发电机避灾及能量调节型尾舵
技术领域
本发明属于可再生能源领域，涉及一种新型中小型风力发电机的高性能调向结构。
背景技术
传统一次能源储量的减少迫使人们去寻找可替代的能源。相比于海洋能、地热能等新能源形式，风能开发技术难度低，相对比较成熟，具有可观的开发前景。传统中小型风机的尾舵主要实现风机的对向功能，使风力发电机的透平旋转面垂直于来风的方向，提高风力发电机的效率。但是在极强风速下，尾舵若采用传统的固定式的单尾舵形式，则风力发电机的转速就会大大超过额定值，产生灾难性后果。此发明就是为了解决这个问题而设计。
 
发明内容
 
本发明的目的是设计一种利用风能实现自动避灾、调向、调节吸收风能能量的中小型风力发电机的新型轻量化尾舵。
本发明的技术方案：
此发明的尾舵由三部分组成：尾杆、控制舵和主舵。主舵截面采用对称翼型（NACA00XX），它的空气动力学性能比平板好，偏转时产生的转动力矩要大于平板，所以转向效果比平板尾舵要好。控制舵由两部分组成，水平舵面和垂直舵面，都采用三角形结构。其中水平舵面截面是NACA4412翼型，垂直舵面是平板。水平舵面产生使主舵偏转的力；垂直舵面保持跟风向平行，使水平舵面在水平面40°范围内旋转，保证水平舵面在来风方向产生最大升力维持主舵偏航。
风速小于一定数值时，控制舵无动作；主舵跟风向是平行的，它的作用跟普通尾舵作用一致即保证风力发电机透平旋转面与风向垂直。风向改变时，尾杆、控制舵和主舵受到风的作用力在水平面内随风偏转，它们最终会尽量平行于风向。
风速超过一定数值时，控制舵开始围绕旋转轴逆时针旋转。控制舵在竖直面内的旋转角度由风速的大小决定，风速越大，控制舵的旋转角度越大，主舵的偏航角度也就越大。控制舵旋转以后，驱动尾杆内部的连杆运动，连杆通过铰链与主舵相连，主舵随之偏转。主舵的转动轴选择在主舵翼型焦点偏后位置，这样有空气动力作为补偿，控制舵就更容易驱动主舵发生偏转。主舵偏转后，最终会跟风向平行，此时尾杆、发电机和透平也会绕风机塔架旋转。结果风机透平的旋转面跟风向有夹角,这将降低风机吸收的风能，以此来控制风机的转速、保护风力发电机、调节风力发电机吸收的能量。
风速超过安全风速时（即灾害性气候来临时），控制舵抬起的最大角度约40°，此时主舵在控制舵的驱动下在水平面内最大偏转约   45°。主舵偏转达到约45°后，尾杆内部的自锁机构会把主舵锁住。灾害性气候过后，可以人为解除自锁机构对主舵的锁定，主舵自行复位。所有工作状态下，控制舵的垂直舵面与主舵都尽量平行于风向。
主舵和控制舵都采用铝合金材质的骨架和蒙皮，用聚氨酯泡沫填充，这样可以保证强度的同时实现尾舵的轻量化。
本发明构造简单，成本低廉，工作可靠，并能实现轻量化。能够利用风能自动实现风力发电机的避灾、调向及调节吸收的风能。
附图说明
附图1是风机尾舵无保护动作时的侧视图。
附图2是本发明在风速超过安全风速，风机尾舵有保护动作时的俯视图。
其中：1：主舵，2：尾杆，3：控制舵水平舵面，4：控制舵垂直舵面，6：铰链，7：控制舵竖直旋转轴，8：控制舵水平旋转轴，9:透平，10：发电机，11：塔架, 12自锁机构,13:支撑结构,14:连杆。
具体实施方式
整个尾舵系统由尾杆2、控制舵、主舵1三部分组成。控制舵由水平舵面3和垂直舵面4组成。13是控制舵竖直旋转轴7和水平旋转轴8的支撑结构。控制舵通过竖直旋转轴7和水平旋转轴8与尾杆2内部的连杆14连接，连杆14通过铰链6与主舵1连接，主舵1与尾杆2之间由转轴5连接。
风速超过设定值时，控制舵水平舵面3可绕水平旋转轴8向上旋转，旋转时带动尾杆2内部连杆14运动，连杆14与铰链6连接，这样连杆14运动后就会通过铰链6拉动主舵1绕轴5旋转。主舵1就会与尾杆2产生夹角。尾杆2、透平9和发电机10就会和主舵1一起绕风机塔架11旋转，直到主舵1再次与风向平行，与此同时控制舵也会绕竖直轴7旋转至控制舵的竖直舵面4与风向相同如图2所示。如果风速超过安全值，尾杆内部的自锁机构12会把主舵1锁住。风速降低后，人为解除尾杆2上的自锁机构12的锁止功能，带动尾杆2内部的连杆，主舵1自动进行复位调整，使其重新平行于来风方向。主舵1只能由位置a旋转到位置b然后恢复到位置a。 

Claims (1)

1.一种中小型风力发电机避灾及能量调节型尾舵，其特征是：整个尾舵系统由尾杆（2）、控制舵、主舵（1）三部分组成，控制舵由水平舵面（3）和垂直舵面（4）组成，（13）是控制舵竖直旋转轴（7）和水平旋转轴（8）的支撑结构，控制舵通过竖直旋转轴（7）和水平旋转轴（8）与尾杆（2）内部的连杆（14）连接，连杆（14）通过铰链（6）与主舵（1）连接，主舵（1）与尾杆（2）之间由转轴（5）连接，尾杆（2）跟发电机（10）能和主舵（1）一起绕风机塔架（11）旋转，尾杆内部设置主舵（1）的自锁机构（12），风速超过设定值时，控制舵水平舵面（3）绕水平旋转轴（8）向上旋转，旋转时带动尾杆（2）内部连杆（14）运动，连杆（14）运动后通过铰链（6）拉动主舵（1）绕轴（5）旋转，主舵（1）与尾杆（2）产生夹角，尾杆（2）、透平（9）、发电机（10）和主舵（1）一起绕风机塔架（11）旋转，直到主舵（1）再次与风向平行，与此同时控制舵也绕竖直轴（7）旋转至控制舵的竖直舵面（4）与风向相同，风速超过安全值，尾杆内部的自锁机构（12）把主舵（1）锁住，风速降低后，人为解除尾杆（2）上的自锁机构（12）的锁止功能，带动尾杆（2）内部的连杆，主舵（1）自动进行复位调整，使其重新平行于来风方向。
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