CN104074677A - 一种变实度垂直轴风力发电机风轮 - Google Patents

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齐保良
杨宝昆
文鹏
赵强
齐明
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Abstract

本发明公开了一种变实度垂直轴风轮。它包括变弦长叶片,变弦长叶片通过叶柄与轮毂相连。本发明使得风力发电机启动风速低,风能利用效率高,并且安全可靠。适用于城市的道路照明、草原牧场的日常用电以及大型风电场等领域。

Description

一种变实度垂直轴风力发电机风轮
技术领域
本发明涉及一种风力发电机风轮,尤其是涉及一种变实度垂直轴风力发电机风轮,其主要用于城市的道路照明、草原牧场的日常用电以及大型风电场等领域。
背景技术
风轮实度影响风力机的性能。风轮实度较大的低速风力机启动力矩大,但风能利用系数低。风能利用系数较高的高速风力发电机风轮实度较小,启动力矩较小。为解决风力发电机风轮启动性能与最大风能利用率在结构上矛盾的问题,一些学者分别从复合风轮和动态改变叶片安装角的角度,对混合动力风力机和变浆距型风力机进行了研究。
混合动力风力机由S型风轮和D式风力机组合而成,是一种垂直轴风力机,具有启动力矩低、可靠性高等优点,但由于S型风轮和D式风力机的空气动力特性不同,导致在任何叶尖速比下都存在一种风轮被拖动旋转,影响了自身性能的发挥。
变浆距型风力机可根据风向及风速的变化合理调整叶片安装角,降低风力机的启动风速,增加风力机转动过程中的驱动力矩从而提高发电效率。目前,水平轴风力机变浆距技术较成熟,并在大型风力发电领域广泛应用。而垂直轴风力机变浆距技术还处于日益完善阶段,由于该类型风力机结构过于复杂并且必须具有对风向装置,降低了垂直轴风力机相对于水平轴风力机的优势。
发明内容
为克服现有垂直轴风力机大起动力矩与高风能利用率结构的不兼容问题,本发明提供一种基于变弦长叶片的变实度风力发电机风轮,通过改变叶片弦长来改变风轮实度,使风力机同时具有大启动力矩和高风能利用系数。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种变实度垂直轴风力发电机风轮,它包括变弦长叶片,变弦长叶片与轮毂之间通过叶柄连接。
所述的变弦长叶片包括叶片前端,叶片前端通过变弦长机构与叶片后端相连。
所述的变弦长机构是线性滑轨结构或液压缸结构。
所述的基于线性滑轨结构的变弦长叶片包括前端叶片,前端叶片固定在线性滑轨的滑块上,线性滑轨的轨道倾斜固定在后端叶片上,后端叶片则安装在叶柄上。
所述的线性滑轨的轨道倾斜安装在后端叶片内侧,前端叶片可沿线性滑轨的轨道相对于后端叶片进行前、后移动。
所述的基于液压缸结构的变弦长叶片包括前端叶片,前端叶片通过叶柄与轮毂相连,后端叶片通过液压缸与前端叶片相连。
所述的液压缸的缸筒水平固定在前端叶片内侧,液压缸的活塞杆则固定在后端叶片上,后端叶片可通过液压缸的伸缩相对于前端叶片进行前、后移动。
所述的前端叶片和后端叶片在闭合时为升力翼型叶片;在处于拉伸状态时,可以是带凹槽的升阻混合叶片,也可以是升力型叶片。
本发明的有益效果:
通过风轮自身空气动力特性或控制系统来实现:当风速较小时,变弦长叶片处于拉伸状态,增大风轮对风阻力,使风力发电机风轮具有较大的启动力矩;当风速逐渐增大时,变弦长叶片处于闭合状态,减小风轮实度使风力机具有较高的风能利用系数。
附图说明
图1为本发明实施例的基本结构示意图,其变弦长机构采用线性滑轨;
图2为本发明实施例的另一种基本结构示意图,其变弦长机构采用液压缸;
图2a为图2的局部剖面放大图;
图2b为升阻混合变弦长叶片拉伸状态放大图;
图2c为变弦长叶片闭合状态的放大图;
其中,1变弦长叶片、2前端叶片、3后端叶片、4滑块、5线性滑轨的轨道、6档杆、7叶柄、8轮毂、9液压缸缸筒、10液压缸活塞。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示,变弦长叶片1由前端叶片2、后端叶片3和变弦长机构组成,变弦长叶片1与轮毂8之间通过叶柄7连接。
如图1所示,线性滑轨的轨道5的一端具有档杆6,另一端倾斜固定在后端叶片3的内侧,滑块4安装在线性滑轨的轨道5上组成线性滑轨,前端叶片2固定在滑块4上,前端叶片2可通过滑块4沿线性滑轨的轨道5滑动。
如图1所示,后端叶片3固定在叶柄7上,叶柄7固定在轮毂8上。
如图2、图2a所示,液压缸缸筒9水平固定在前端叶片2内侧,前端叶片2固定在叶柄(7上,叶柄7固定在轮毂8上。
如图2a所示,液压缸活塞10固定在后端叶片2内侧,后端叶片3可通过液压缸活塞10的伸缩相对于前端叶片2滑动,实现叶片的变弦长目的。
如图2b所示,后端叶片3具有凹槽结构,当变弦长叶片处于拉伸状态时,整个叶片是一种升阻复合叶片。
如图2c所示,变弦长叶片1处于闭合状态时,是一种升力型叶片。
本发明的工作方法为:
附图1是利用线性滑轨原理,后端叶片固定在风力机支架上,线性滑轨的轨道倾斜安装在后端叶片内侧,前端叶片固定在线性滑轨的滑块上。当无风或风速较小时,前端叶片所受的风压载荷小,由于倾斜安装的线性滑轨和前端叶片重力的作用使整个叶片处于拉伸状态,增大风力机的对风阻力,提高启动性能;当风速逐渐增大时,由于前端叶片所受的风压载荷逐渐增强,前端叶片克服自身的重力沿导轨逐渐向后端叶片方向滑动使整个叶片闭合,使风力机在最大风能利用率所对应的实度下工作,提高风力机的最大风能利用效率;当风速逐渐减弱时,由于前端叶片所受的风压载荷逐渐减小,前端叶片由于自身的重力的作用沿导轨逐渐远离后端叶片使整个叶片伸长,增大风力机的对风阻力,提高启动性能。
附图2是利用液压缸原理,前端叶片固定在风力机支架上,液压缸水平安装在前端叶片内侧,后端叶片固定在液压缸上。当无风或风速较小时,液压缸的活塞杆伸长,使变弦长叶片处于拉伸状态,增大风力机的对风阻力,提高启动性能;当风速逐渐增大时,液压缸的活塞杆逐渐缩短,变弦长叶片逐渐闭合,使风力机具有较高的风能利用系数;当风速减弱时,液压缸的活塞杆再次伸长,增大风力机的对风阻力,提高启动性能。其中,液压缸的活塞杆的伸缩是由风力发电机的控制系统根据风速大小对液压系统进行调节来实现的。

Claims (8)

1.一种变实度垂直轴风力发电机风轮,其特征在于:它包括变弦长叶片(1),变弦长叶片前端(2)通过变弦长机构与变弦长叶片后端(3)相连;变弦长叶片(1)与轮毂(8)之间通过叶柄(7)连接。
2.如权利要求1所述的变弦长机构是线性滑轨机构或液压缸机构。
3.如权利要求2所述的线性滑轨机构的变弦长叶片包括前端叶片(2),前端叶片(2)固定在线性滑轨的滑块(4)上,线性滑轨的轨道(5)一端设有档杆(6),另一端则倾斜固定在后端叶片(3)上,后端叶片(3)则安装在叶柄(7)上。
4.如权利要求2或3所述的线性滑轨的轨道(5)向后倾斜安装在后端叶片(3)内侧,前端叶片(2)可沿线性滑轨的轨道(5)相对于后端叶片(3)进行前、后移动。
5.如权利要求1所述的液压缸机构的变弦长叶片包括前端叶片(2),前端叶片(2)通过叶柄(7)与轮毂(8)相连,后端叶片(3)通过液压缸与前端叶片(2)相连。
6.如权利要求5所述的液压缸的缸筒(10)水平固定在前端叶片(2)内侧,液压缸的活塞杆(9)则固定在后端叶片(3)上,后端叶片(3)可通过液压缸的伸缩相对于前端叶片(2)进行前、后移动。
7.如权利要求1所述的前端叶片(2)和后端叶片(3)在闭合时为升力翼型直叶片
8.如权利要求1所述的前端叶片(2)和后端叶片(3)在处于拉伸状态时,可以是升阻混合叶片,也可以是升力型叶片。
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