CN201184279Y - 一种活叶减阻型风力发电机组 - Google Patents

Abstract

一种活叶减阻型风力发电机组，包括有风轮和垂直立轴的传动装置，该风轮上设置有风叶，该风叶包括风叶主体和与风叶主体相连的风叶柄，风叶主体包括边槽主架和设置于边槽主架中的活动叶片，活动叶片与边槽主架以铰接的方式相连并形成旋转轴线，旋转轴线与所述的边槽主架的横向中心线形成偏角。能够有效提高风叶驱动总成的风能效率，适合做大中小型风力发电机组。具有结构简单、重量轻、抗强能力好、安装方便、制造成本低等特点。

Description

一种活叶减阻型风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组，特别是涉及一种活叶减阻型风力发电机组。

背景技术

风力发电已有一百五十多年的历史，科学家在分析了大气环流模型之后发现，大气低层的对流气团所包含的风能是非常巨大的，是人类可利用的取之不尽、用之不竭的再生能源之一，因此，在人类面临的逐渐加剧的能源危机的情况下，对于风力发电的研究就越来越具有重大和深远的现实意义了。在一些发达的国家，如美国、荷兰、丹麦、法国、德国、意大利，风力发电在其国内的电力结构中已起到举足轻重的作用了。我国只有少数地区，如新疆达坂城、内蒙古、山东、广东南澳岛及汕尾红海湾、福建漳州的东山岛等地，主要靠进口设备，总装机容量还不到250万KW，在我国的电力结构中所占的比率还不到1％。

目前的风力发电技术中，为了提高风能利用率和降低成本，开始采用垂直轴风力发电机的技术，即风叶驱动总成采用垂直结构，风轮的中心轴为垂直的立轴。垂直轴技术通常以中小功率的风力发电机为应用目标。垂直轴风力发电机常有若干风叶均匀设置在风轮周围，遇风启动工作的时候，风叶围绕垂直轴运动。目前常用的风叶的大小和形状通常是固定不变的，风叶在顺风和逆风状态下的受力面积基本相同。因此逆风时风叶受到的阻力就比较大，风叶转速受到影响，降低了对风能的利用率。本申请人曾提出中国专利申请200720060405.X“活叶减阻型风力发电机组”，其风叶包括边架以及与边架水平铰接的活动叶片，活动叶片在逆风状态下被气流推开，从而减小受风面积，起到减小阻力的作用。但是由于活动叶片与边架是水平铰接的，气流推开活动叶片时需要克服活动叶片本身的重力，所以需要克服的阻力较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决上述现有技术中的不足之处而提供了一种能在逆风状态下活动叶片被气流推开时，活动叶片本身的重力造成的阻力作用减小，活动叶片更容易被打开的活叶减阻型风力发电机组。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种活叶减阻型风力发电机组，包括有风轮和垂直立轴的传动装置，所述的风轮上设置有风叶，所述的风叶包括风叶主体和与所述的风叶主体相连的风叶柄，所述的风叶主体包括边槽主架和设置于所述的边槽主架中的活动叶片，所述的活动叶片与所述的边槽主架以铰接的方式相连并形成旋转轴线，所述的旋转轴线与所述的边槽主架的横向中心线形成偏角α。

优选地，所述的偏角α满足0°＜α＜180°。

进一步地，所述的偏角α满足45°＜α＜135°。

最优选地，所述的偏角α满足α＝90°。

所述的边槽主架上设置有弹性限位装置。所述的活动叶片被所述的旋转轴线分割成面积不相同的左半边叶片和右半边叶片，所述的弹性限位装置设置在面积较小的半边叶片一侧。

所述的弹性限位装置是由弹簧构成的弹性限位装置。

所述的风叶主体设置有一个或者一个以上的所述的活动叶片。所述的风叶主体的形状可以为长方形、矩形、圆形、椭圆形、菱形或者三角形中的一种，也可以根据实际需要设置成其他形状。

所述的风叶柄和所述的风轮以铰接方式相连，所述的风叶柄和所述的风轮的铰接处设置有上下限位作用的限位机构。所述的风叶与水平线之间存在0°～30°的下偏活动角。

在本实用新型活叶减阻型风力发电机组工作过程中，当所述的风叶当旋转到一定位置时，风力推力消退且遇到相对气流，该相对气流的推力把所述的活动叶片打开一定角度，一部分相对气流从中间空隙中穿过，活动叶片的所受阻力减小。由于活动叶片与边槽主架的铰接线与边槽主架的横向中心线存在偏角α，活动叶片被相对气流打开的过程中，活动叶片本身的重力作用带来的阻力减小，尤其是在当偏角α为90°，重力对相对气流的阻碍作用可以忽略不计，因此，活动叶片在逆风状态下很容易被相对气流打开。一部分相对气流从中间空隙中穿过，活动叶片的所受阻力减小。所述的风叶在继续旋转的过程中，所述的活动叶片还受到逐渐增强的反向吹来气流产生的逆推阻力，所述的活动叶片被推开至最大角度，即与风向平行。此时对所述的活动叶片产生阻力的气流都从间隙中通过，所述的活动叶片的受风面积达到最小，所受到的阻力也相应减到最小。受到旋转轴线处弹性限位装置的作用，活动叶片不会再进一步旋转。活动叶片正面受到强风推动时，位于活动叶片一侧的弹性限位装置弹簧被压缩，使活动叶片的另一边形成空隙，一部分高压气流从空隙中漏出，从而减小了一部分推力，起到保护风叶和主机的作用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型活叶减阻型风力发电机组作进一步地详细阐述。

附图说明

图1为本实用新型活叶减阻型风力发电机组的内部简要示意图；

图2为本实用新型活叶减阻型风力发电机组第一实施例的内部结构示意图；

图3为本实用新型活叶减阻型风力发电机组第二实施例的内部结构示意图；

图4为本实用新型活叶减阻型风力发电机组第三实施例的内部结构示意图；

图5为本实用新型活叶减阻型风力发电机组第一实施例沿风轮中心线的局部剖视图；

图6为本实用新型活叶减阻型风力发电机组第二实施例沿风轮中心线的局部剖视图；

图7为本实用新型活叶减阻型风力发电机组风轮受风力推动时风叶不同位置状态俯视图；

图8为本实用新型活叶减阻型风力发电机组另一实施例中风轮受风力推动时风叶不同位置状态俯视图；

图9为图7所示的风叶主体的F向视图；

图10为图7所示的风叶主体的E向视图；

图11为图7所示的风叶主体的H向视图；

图12为图7所示的风叶主体的I向视图；

图13为图7所示的风叶主体的P向视图；

图14为图7所示的风叶主体在强风状态下的E向视图；

图15a和图15b分别为风叶主体的不同实施例示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型活叶减阻型风力发电机组结构简要示意图。本实用新型活叶减阻型风力发电机组包括风叶驱动总成1、发电机3、连接在风叶驱动总成1和发电机3之间的增速装置2以及连接在发电机上3的控制装置。图2、图3和图4为本实用新型活叶减阻型风力发电机组不同实施例的内部结构示意图，增速装置2、发电机3和控制装置设置在机舱4内部。其中在第一实施例、第二实施例和第三实施例中，增速装置2、发电机3、控制装置和机舱4的连接方式有所不同。由于在本实用新型中，增速装置2、发电机3、控制装置与机舱4之间连接关系和功能均为现有风力发电机组的公知技术，在此不再详细叙述。

如图5和图6所示，风叶驱动总成1位于机舱4的上部，风叶驱动总成1由风轮和带有垂直立轴的传动装置组成，其中该风轮上设置有多个风叶。

风叶包括风叶主体5以及与风叶主体5铰接的风叶柄6，风叶主体5包括和活动叶片7和边槽主架8。如图7和图8所示具体实施例中，可以根据需要设置一个或者多个活动叶片7。图7为只有一个活动叶片7时，风叶受风力推动下不同位置状态俯视图。图8为具有多个活动叶片7时，风叶受风力推动下不同状态俯视图。

图9和图10分别为风叶主体5在F向和E向的示意图。活动叶片7与边槽主架8以铰接的方式相连并形成旋转轴线9，旋转轴线9与边槽主架8的横向中心线81形成偏角α。在本实施例中，取α＝90°。但在其他实施例中，α的取值范围为0°＜α＜180°，其中较佳实施例为45°＜α＜135°。图15a和图15b分别表示了α为45°和135°时的风叶结构。

旋转轴线9把活动叶片7分成左半边叶片71和右半边叶片72，其中左半边叶片71的面积大于右半边叶片72。边槽主架8上设置了弹性限位装置，在本实施例中，采用弹簧作为弹性限位装置。弹簧101位于右半边叶片72靠近旋转轴线9处，弹簧102位于右半边叶片72的另一侧。

如图7所示，此处，假定一个水平的风力吹向风轮风叶时，风轮所受推动力可按1/4圆分为A、B、C、D四个不同受力区，其中：

(1)A区为直接推动的风力区

风叶受到风力气流为推动力的作用时，活动叶片7的旋转轴线左半边叶片71所受到的推力大于旋转轴线右半边叶片72所受到的推力。在弹簧102的限位作用下，活动叶片7状态如图11所示。在形成的受风槽里，风叶接受风力气流的推动带动风轮作顺时针方向旋转。

(2)B区为气流弱推动与相对阻力减阻区。

当风叶转至B区时，由于各风叶之间的间隔，有一股比A区较弱的风力继续推动风叶，风力推力逐渐减弱直到推力消失，但风叶继续旋转时迎面就出现一种相对阻力，也就是相对气流。因为左半边叶片71的受力面积大于右半边叶片72的受力面积，左半边叶片71受到的推力大于右半边叶片72收到的推力，加上此时弹簧102不能起到限位作用，该相对气流的推力将活动叶片7打开一定角度，活动叶片7和边槽主架8之间形成一定的中间空隙。该相对气流从活动叶片7和边槽主架8的中间空隙穿过，此时活动叶片7受风面积减小，受到的阻力相对减小。

(3)双重阻力区

当风叶转至如图7所示C区时，不但有上述相对阻力，还有反向吹过来的风力气流产生的逆推阻力，该逆推阻力由B区到C区是由弱到强.直至C位置时，此时逆推阻力最大。如图12所示，此时风叶受到上述相对阻力和逆推阻力的双重作用，也相当于给了活动叶片7推力，活动叶片7进一步打开，直到被推开至最大角度，与弹簧101接触，气流从活动叶片7和边架主槽8的中间空隙中穿过。此时，活动叶片7的受风面积达到最小，所受到的阻力也减到最小，起到最大的减阻作用.

(4)D区为迎风减阻区

当风叶转至D区，风叶为逆向风力气流，此时活动叶片7受弹簧101的限位作用，无法再进一步旋转。如图12所示，风力气流从活动叶片7和边架主槽8中间空隙穿过，阻力减到最小状态。随着旋转角度增大，上述逆推阻力逐渐减弱直至消失，风叶在只存在相对阻力下的情况下旋转，此时活动叶片7和边槽主架8中间仍存在孔隙，减小相对阻力的作用.当风叶接近A区时，活动叶片7慢慢回到图11的状态。

为使采用上述结构的风力发电机组具有很好的抗强风性能，图5所示，风叶柄6以铰接的形式安装在风轮上，风叶柄6和风轮的铰接处设置具有上下限位作用的限位机构。风叶柄6与水平线之间存在一个0°～30°的活动角，其中最佳下偏活动角为5°～15°。

当风叶受到上升气流产生冲击时，该风叶可以自由向上摆动，从而减少风叶对风轮主轴产生的直接冲击，另一方面，当风叶受到强气流的推动时，风轮的转速转得很快，此时，风叶受离心力的作用向上摆动，摆至接近水平面时，此时，风叶的同心度为零，也是最好的抗强状态。

在强风状态下，当活动叶片7受到正向强风推动时，如图14所示，活动叶片7的受风面受强推力作用，把限位弹簧102压缩到极限，活动风片7的左半边叶片71向外翻转，活动叶片7和边槽主架之间形成空隙，一部分高压气流从空隙中漏出，从而减小了一部分推力，起到保护风叶和主机的作用。

在本实用新型活叶减阻型风力发电机组的其他实施例中，可以根据需要设置风轮上风叶的个数。其中风叶个数为3、4或者5时，所达到的效果较佳。

风叶的形状可以加工成长方形、矩形、圆形、椭圆形、菱形或者三角形等形状中的一种，也可以根据实际需要设置成其他任意形状。风叶柄和风轮之间的连接可以采用铰接以外的其他连接方式。

由于本实用新型的活动叶片和边槽主架之间的旋转轴线与边槽主架的横向中心线存在偏角，与现有技术相比，相对气流打开活动叶片时不需要克服活动叶片的重力作用或需要克服的活动叶片的重力较小，从而更容易打开活动叶片，起到减小阻力的作用。弹性限位装置在强风状态下起到卸压的作用，同时在本实用新型的工作过程中对活动叶片起缓冲作用。

最后应当说明的是，以上实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应对理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种活叶减阻型风力发电机组，包括有风轮和垂直立轴的传动装置，所述的风轮上设置有风叶，所述的风叶包括风叶主体和与所述的风叶主体相连的风叶柄，所述的风叶主体包括边槽主架和设置于所述的边槽主架中的活动叶片，其特征在于：所述的活动叶片与所述的边槽主架以铰接的方式相连并形成旋转轴线，所述的旋转轴线与所述的边槽主架的横向中心线形成偏角α。

2.根据权利要求1所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于：所述的偏角α满足0°＜α＜180°。

3.根据权利要求2所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于：所述的偏角α满足45°＜α＜135°。

4.根据权利要求3所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于：所述的偏角α满足α＝90°。

5.根据权利要求1或2所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于，所述的边槽主架上设置有弹性限位装置。

6.根据权利要求5所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于，所述的活动叶片被所述的旋转轴线分成面积不相同的左半边叶片和右半边叶片，所述的弹性限位装置设置于面积较小的半边叶片一侧。

7.根据权利要求5所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于：所述的弹性限位装置是由弹簧构成的弹性限位装置。

8.根据权利要求1或2所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于：所述的风叶主体设置有一个或者一个以上的所述的活动叶片。

9.根据权利要求1或2所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于：所述的风叶柄和所述的风轮以铰接方式相连，所述的风叶柄和所述的风轮的铰接处设置有上下限位作用的限位机构。

10.根据权利要求1或2所述的活叶减阻型风力发电机组，其特征在于，所述的风叶与水平线之间存在0°～30°的下偏活动角。

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