CN110374791B - 一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩 - Google Patents

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Abstract

一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩，包括柔性蒙皮、蒙皮支架、喉箍及步进电机；柔性蒙皮包覆在蒙皮支架圆周上，柔性蒙皮内部为空气流道，喉箍同心套装在柔性蒙皮外侧，喉箍调整由步进电机驱动。当自然风速低于风力机设计安全风速时，喉箍的箍带直径缩小，使柔性蒙皮内部的流道面积同步缩小，直到风力机叶轮的叶尖与柔性蒙皮内表面之间间隙达到最小设定值，使空气泄露量减小，且提高了风压，进而提升了风力机的启动性能。当自然风速高于风力机设计安全风速时，喉箍额箍带直径扩大，使柔性蒙皮内部的流道面积同步扩大，直到流道中的风速降低到安全范围内，此时的风力机无需刹车，可持续进行发电，进而提高了风力机的发电量。

Description

一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩。
背景技术
目前，并网运行的大型风力发电机组多为水平轴风力发电机组，水平轴风力机一般靠叶片的升力在旋转剖面的切向分力做功，俗称升力型风力机。
虽然升力型风力机具有高尖速比、高风能利用率的优点，但也具有启动性能较弱的不足，一般的升力型风力机的启动风速都在5m/s以上，个别的升力型风力机的启动风速甚至高达7m/s，如此便导致风力机的发电量和发电范围降低。
为此，技术人员为了克服升力型风力机的启动性能较弱的不足，在传统的水平轴风力机外增设了聚能罩，通过聚能罩可以调高风速，通常可以将风速调高1.5～2倍左右。
但是，传统的聚能罩尽管可以提高风速，但也存在一个局限性，即当自然界风速过大时，由于聚能罩的存在，聚能罩内的风速极易超过风力机叶片的设计最大风速，而此时为了保证风力机的安全，必须对风力机进行刹车，从而停止发电，如此一来，同样也会导致风力机的发电量和发电范围降低。
再有，传统的聚能罩在风载荷中会产生一定的变形和振动，因此为了保证风力机叶轮在旋转过程中的安全，都需要在风力机叶轮的叶尖与聚能罩内壁之间留出较大的安装间隙，由于存在较大的安装间隙，空气泄露量也无法控制在最优范围，在一定程度上也限制的风力机发电量的进一步提高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩，首次将柔性材料引入聚能罩的设计中，使聚能罩的流道面积可随着风速进行改变，进而式聚能罩内部风速实现可调，保证风力机可以最长时间的处于发电状态，进而使风力机的发电量和发电范围得到进一步提高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩，包括柔性蒙皮、蒙皮支架、喉箍及步进电机；所述蒙皮支架采用圆环形结构，风力机架设在蒙皮支架的圆心处，所述柔性蒙皮包覆在蒙皮支架的圆周上，柔性蒙皮的内部空间作为风力机的空气流道；所述喉箍同心套装在柔性蒙皮外侧，所述步进电机架设在蒙皮支架外部，喉箍的调节螺栓与步进电机的电机轴相固连；在所述蒙皮支架的迎风侧设置有风速传感器；在所述步进电机上设置有控制器。
在低风速下，当所述风速传感器检测到自然风速低于风力机的设计安全风速时，由控制器向步进电机发出启动指令，通过步进电机带动喉箍的调节螺栓正向转动，使喉箍的箍带直径缩小，进而使柔性蒙皮内部空气流道的面积同步缩小，直到风力机叶轮的叶尖与柔性蒙皮内表面之间的间隙达到最小设定值，用以减小空气的泄露量，提高风力机叶轮迎风侧的压力，以调高柔性蒙皮内部空气流道中的风速，最终提高风力机的启动性能，同时增加发电量。
在大风速下，当所述风速传感器检测到自然风速高于风力机的设计安全风速时，由控制器向步进电机发出启动指令，通过步进电机带动喉箍的调节螺栓反向转动，使喉箍的箍带直径扩大，进而使柔性蒙皮内部空气流道的面积同步扩大，直到柔性蒙皮内部空气流道中的风速降低到安全范围内，风力机无需刹车且持续进行发电，最终提高风力机的发电量。
本发明的有益效果：
本发明的适用于水平轴风力机的柔性聚能罩，首次将柔性材料引入聚能罩的设计中，使聚能罩的流道面积可随着风速进行改变；在自然风速小于风力机的设计安全风速时，聚能罩的流道面积可调整到最小设定值，即有利于流道的密封，又可提高迎风侧的风压，进而提高风力机的启动性能，同时也使发电量得到进一步增加；在自然风速大于风力机的设计安全风速时，可增大聚能罩的流道面积，以使流道内的风速降低到安全范围内，此时风力机无需刹车，可持续进行发电，只有当流道面积达到最大值时，还无法将流道内的风速降低到安全范围时，才需要风力机刹车，以保护风力机叶轮的安全；如此，保证了风力机可以最长时间的处于发电状态，进而使风力机的发电量和发电范围得到进一步提高。
附图说明
图1为本发明的一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩的正视图；
图2为本发明的一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩(流道面积最小时)的侧视图；
图3为本发明的一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩(流道面积最大时)的侧视图；
图中，1—柔性蒙皮，2—蒙皮支架，3—喉箍，4—步进电机，5—风力机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩，包括柔性蒙皮1、蒙皮支架2、喉箍3及步进电机4；所述蒙皮支架2采用圆环形结构，风力机5架设在蒙皮支架2的圆心处，所述柔性蒙皮1包覆在蒙皮支架2的圆周上，柔性蒙皮1的内部空间作为风力机5的空气流道；所述喉箍3同心套装在柔性蒙皮1外侧，所述步进电机4架设在蒙皮支架2外部，喉箍3的调节螺栓与步进电机4的电机轴相固连；在所述蒙皮支架2的迎风侧设置有风速传感器；在所述步进电机4上设置有控制器。
本实施例中，风力机5的叶轮旋转直径为300mm，蒙皮支架2迎风侧的直径为360mm，蒙皮支架2背风侧的直径为400mm，柔性蒙皮1采用厚度为0.3mm的橡胶膜，喉箍3箍带的最大调整直径为370mm。
在低风速下，当所述风速传感器检测到自然风速低于风力机5的设计安全风速时，由控制器向步进电机4发出启动指令，通过步进电机4带动喉箍3的调节螺栓正向转动，使喉箍3的箍带直径缩小，进而使柔性蒙皮1内部空气流道的面积同步缩小，直到风力机5叶轮的叶尖与柔性蒙皮1内表面之间的间隙达到最小设定值，用以减小空气的泄露量，提高风力机5叶轮迎风侧的压力，以调高柔性蒙皮1内部空气流道中的风速，最终提高风力机5的启动性能，同时增加发电量。
在大风速下，当所述风速传感器检测到自然风速高于风力机5的设计安全风速时，由控制器向步进电机4发出启动指令，通过步进电机4带动喉箍3的调节螺栓反向转动，使喉箍3的箍带直径扩大，进而使柔性蒙皮1内部空气流道的面积同步扩大，直到柔性蒙皮1内部空气流道中的风速降低到安全范围内，风力机5无需刹车且持续进行发电，最终提高风力机5的发电量。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种适用于水平轴风力机的柔性聚能罩，其特征在于：包括柔性蒙皮、蒙皮支架、喉箍及步进电机；所述蒙皮支架采用圆环形结构，风力机架设在蒙皮支架的圆心处，所述柔性蒙皮包覆在蒙皮支架的圆周上，柔性蒙皮的内部空间作为风力机的空气流道；所述喉箍同心套装在柔性蒙皮外侧，所述步进电机架设在蒙皮支架外部，喉箍的调节螺栓与步进电机的电机轴相固连；在所述蒙皮支架的迎风侧设置有风速传感器；在所述步进电机上设置有控制器；
在低风速下，当所述风速传感器检测到自然风速低于风力机的设计安全风速时，由控制器向步进电机发出启动指令，通过步进电机带动喉箍的调节螺栓正向转动，使喉箍的箍带直径缩小，进而使柔性蒙皮内部空气流道的面积同步缩小，直到风力机叶轮的叶尖与柔性蒙皮内表面之间的间隙达到最小设定值，用以减小空气的泄漏 量，提高风力机叶轮迎风侧的压力，以调高柔性蒙皮内部空气流道中的风速，最终提高风力机的启动性能，同时增加发电量；
在大风速下，当所述风速传感器检测到自然风速高于风力机的设计安全风速时，由控制器向步进电机发出启动指令，通过步进电机带动喉箍的调节螺栓反向转动，使喉箍的箍带直径扩大，进而使柔性蒙皮内部空气流道的面积同步扩大，直到柔性蒙皮内部空气流道中的风速降低到安全范围内，风力机无需刹车且持续进行发电，最终提高风力机的发电量。
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