CN105888962A - 风叶偏转式风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明属风力发电设备技术领域，具体涉及一种风叶偏转式风力发电机，采用的技术方案，主要包括：塔架、发电机、回转体，风轮上内外圆环，在内外圆环之间，轴承固定在内外圆环上，风叶支撑杆固定在轴承上，每个风叶支撑杆上固定一个等腰梯形平面叶片，内外圆环固定在风轮轮毂构架上，构架平均分布在轮毂圆周上，钢丝绳一端固定在发电机延长轴上，另一端固定在构架外沿，尾部V型体转向舵固定在尾部支杆上。其工作原理是：风轮上的每个叶片均与风向呈10°‑45°角，每个叶片在风力作用下，都会产生在风轮旋转方向上的转矩，所有叶片的转矩之和即为风轮的转矩，当风轮的转矩大于发电机的电磁转矩时，风轮的旋转就会带动发电机旋转而发电。

Description

风叶偏转式风力发电机

技术领域

本发明属风力发电设备技术领域，具体涉及一种风叶偏转式风力发电机。

技术背景

目前使用的三风叶风力发电机，风能利用率过小，小风风机不转，大风风机切出，发电量过少，且稳定性极差，对电网安全性危害极大。

发明内容

本发明的目的在于它克服了三风叶风力发电机在风叶扫掠轨迹内的风能利用率过小，且风叶也不利于接受风能等存在的不足，该发明采用的技术方案：风轮中，在内外圆环之间，轴承固定在内外圆环上，叶片支撑杆固定在轴承上，每个等腰梯形平面叶片固定在每个叶片支撑杆上，弹簧套在叶片支撑杆上，弹簧一端固定在圆环上，另一端固定在叶片背风面上，叶片沿半径方向面积逐渐增大，叶片个数4个以上，内、外圆环固定在轮毂构架上，构架平均分布在轮毂圆周上，钢丝绳一端固定在发电机延长轴上，另一端固定在构架外沿，尾部V型体转向舵固定在尾部支杆上，V型体夹角为15°-45°。

风叶偏转式风力发电机采用的理论根据是：在t时间内，以速度为v的气流垂直流过截面积为A时，所具有的动能为 ρ：为空气比重1.33kg/m³，v：风速米/秒，W：风能焦耳，A：叶片面积m²，当叶片与气流方向形成45°角时，叶片上所获风的动能为：(牛顿)，那么叶片在旋转方向上的分力为：(牛顿)，这个分力在以半径为R的风轮转轴上所产生的转矩为：(牛顿米)，当叶片个数为n时，风轮的转矩为：(牛顿米)，当风轮的转矩(牛顿米)大于发电机的电磁转矩(牛顿米)时，风轮的旋转就会带动发电机旋转而发电。

风轮的工作原理：风轮上的每个叶片均与风向呈10°-45°角，每个叶片在风力作用下，都会产生在风轮旋转方向上的转矩，所有叶片的转矩之和即为风轮的转矩，当风轮的转矩大于发电机的电磁转矩时，风轮的旋转就会带动发电机旋转而发电。

弹簧的作用：由于自然风速是不断变化的，当风速等于额定风速时，叶片不会偏转，发电机保持额定功率；当风速大于额定风速时，叶片获得的动能增大，叶片发生偏转，使叶片获得风的动能减小。由于弹簧的作用限制叶片发生偏转，两者作用的结果，会使叶片在旋转方向上的分力基本保持不变，那么风轮的旋转转矩就会保持基本不变，那么发电机的额定功率也会保持基本不变，风速越大，叶片偏转越大，弹簧作用力越大；当风速极大时，叶片偏转最大，弹簧作用力最大，此时叶片与风向最大呈90°角。

钢丝绳的作用：可降低构架强度，减轻构架重量，使构架合理受力，增强大风对风轮的破坏力的抵抗能力。

尾部V型体转向舵的作用：当风轮中有不平衡力矩出现时，V型体转向舵将产生反向不平衡力矩，当反向不平衡力矩大于风轮不平衡力矩时，风轮就会恢复与风向垂直状态，V型体转向舵表面积越大，偏转力越大；V型体转向舵离发电机转向轴越远，偏转力矩越大，V型体转向舵上所产生的偏转力矩，用以抵抗风轮与风向垂直偏差，使风轮迅速及时的与风向垂直，消除摇摆以使风轮平稳旋转。

附图说明

图1是风力发电机整体结构图

图2是风力发电机风轮结构图

图3是风力发电机轮毂构架结构图

图4是风力发电机尾部V型体主视图

图5是风力发电机尾部V型体俯视图

图6是风力发电机塔架主视图

图7是风力发电机塔架俯视图

图8是风力发电机叶片平面图

图中1.发电机 2.风叶 3.外圆环 4.回转体 5.V型体转向航 6.塔架 7.尾部支杆 8.发电机延长轴

9.钢丝绳 10.塔架独杆 11.塔架独杆辅助杆 12.轴承 13.弹簧14.叶片限位器

15.叶片支撑杆 16.叶片固定螺丝 17.铰链 18.内圆环 19.尾部支杆穿孔，α＝15°-45°角

20.V型体转向舵骨架 21.V型体转向舵迎风面 22.V型体转向舵支撑杆 23.构架 24.内外圆环固定螺丝

25.轮毂圆盘 26.基座 27.连接法兰

具体实施方式

图6图7中，塔架6牢固固定在基座26上，发电机1及回转体4固定在连接法兰27上。

图2中，轴承12固定在外圆环3上，叶片支撑杆15固定在轴承12上，风叶2固定在叶片支撑杆15上，弹簧13一端固定在圆环上，另一端固定在风叶2背风面上，叶片限位器14固定在圆环上。

图3中构架23固定在轮毂圆盘25上，

图3轮毂构架固定在发电机1轴上。

图2风轮固定在图3轮毂构架上。

图1中钢丝绳9一端固定在发电机延长轴8上，另一端固定在构架23外沿。

图1V型体5固定在尾部支杆7上。

本发明风叶偏转式风力发电机有益效果是：达到了微风风机可发电，大风风机不切出，发电量高且稳定，对电网安全性无危害的目的。

本发明风叶偏转式风力发电机适用于微型、小型、中型、大型风力发电机。

Claims (8)

1.该发明采用的技术方案：风轮中，在内外圆环之间，轴承固定在内外圆环上，叶片支撑杆固定在轴承上，每个等腰梯形平面叶片固定在每个叶片支撑杆上，弹簧套在叶片支撑杆上，弹簧一端固定在圆环上，另一端固定在叶片背风面上，叶片沿半径方向面积逐渐增大，叶片个数4个以上，内、外圆环固定在轮毂构架上，构架平均分布在轮毂圆周上，钢丝绳一端固定在发电机延长轴上，另一端固定在构架外沿，尾部V型体转向舵固定在尾部支杆上，V型体夹角为15°-45°。

2.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征在于：采用的理论根据是，在t时间内，以速度为v的气流垂直流过截面积为A时，所具有的动能为 $W=\frac{1}{2}m{v}^{2}t=\frac{1}{2}\left(\mathrm{\ρAv}\right)v^{2}t=\frac{1}{2}\mathrm{\ρA}{v}^{3}t.$ ρ：为空气比重1.33kg/m³，v：风速米·/秒，W：风能焦耳，A：叶片面积m²，当叶片与气流方向形成45°角时，叶片上所获风的动能为：(牛顿)，那么叶片在旋转方向上的分力为： (牛顿)，这个分力在以半径为R的风轮转轴上所产生的转矩为： (牛顿米)，当叶片个数为n时，风轮的转矩为：(牛顿米)，当风轮的转矩(牛顿米)大于发电机的电磁转矩(牛顿米)时，风轮的旋转就会带动发电机旋转而发电。

3.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征在于：风轮的工作原理是，风轮上的每个叶片均与风向呈10°-45°角，每个叶片在风力作用下，都会产生在风轮旋转方向上的转矩，所有叶片的转矩之和即为风轮的转矩，当风轮的转矩大于发电机的电磁转矩时，风轮的旋转就会带动发电机旋转而发电。

4.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征是：内外圆环之间布置等腰梯形平面叶片，叶片形状沿半径方向上面积逐渐增大，叶片个数4个以上，叶片布置在叶片支撑杆上，叶片支撑杆固定在轴承上，轴承布置在内外圆环上。

5.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征在于：弹簧套在叶片支撑杆上，弹簧一端固定在圆环上，另一端固定在叶片背风面上，弹簧用来调整叶片平面与风向的角度，风力大时，风叶偏转角大些，风小时，风叶偏转角小些，从而达到发电机额定功率基本保持不变。

6.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征在于：尾部支杆上布置V型体转向舵，其迎风面之间的夹角15°-45°角，迎风面为长方形平面。用来调整风叶平面与风向垂直偏差，使风轮不摇摆，且迅速调整风轮平面与风向始终处在垂直状态。

7.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征在于：叶片限位器限制叶片平面与风向呈10°-45°角上。当当地平均风速大时，叶片平面与风向限制在靠近45°角上，当当地平均风速小时，叶片平面与风向限制在靠近10°角上。

8.根据权利要求1所述的风叶偏转式风力发电机，其特征在于：构架平均布置在轮毂圆周上，内外圆环布置在构架上，钢丝绳一端固定在发电机延长轴上，另一固定在构架外沿，它们用来构成风轮，钢丝绳用来增强风轮对大风的抵抗能力。