CN203717246U - 一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机 - Google Patents

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苏子芃
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Abstract

本实用新型涉及一种垂直轴风力发电机，尤其是一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机，其结构包括垂直轴、对称翼型的叶片，在叶片对称中心位置通过支持翼与垂直轴连接，所述叶片可绕叶片对称中心旋转，在顺时针方向上，与垂直轴连接的支持翼端部与相邻叶片的对称中心一端通过连杆连接。本实用新型使用单独叶片控制的垂直轴转子通过对叶片的调控，让其能够在弱风范围内启动，并且在风速过高的时候确保能够安全关闭转子。

Description

一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机
技术领域
本实用新型涉及一种垂直轴风力发电机。
背景技术
通过空气动力学机翼原理工作的风力发电设备一般需要额外的设备来使转子产生最低的旋转，形成所必需的空气动力学叶片侧面环流，来启动该设备。比较著名设备结构形式是达里厄（Darrieus）垂直轴转子， 并将其与萨沃纽斯（Savonius）低电阻转子结合使用。在弱风情况下，当达里厄转子的叶片无法获得动力的时候，萨沃纽斯低电阻转子就已经能够提供动力了。这种方案的弱点是，当风速更高的时候，在达里厄转子能够启动之后，萨沃纽斯转子将会产生阻碍作用，或者需要通过其他离合设备使其从达里厄转子的转动中分离出去。
垂直轴转子技术也在不断的发展，转子的叶片围绕着叶片轴按照一定的角度垂直排列，并且能够自己随时调节角度，面对风向，这是借助于指向风向侧面出气边缘的叶片，可以调整为与转子轴呈放射状的态势，并且通过风力背压获得驱动脉冲，而指向风向侧面进气边缘的叶片能够使其产生最小的阻力。在风力发电设备风速设计范围内，指向风向侧面出气边缘的叶片可以调整为与圆周轨道一致的方向，并且转子按照机翼原理进行工作。这种结构的转子与达里厄转子不同，其叶片必须准确的与转轴平行排列，以便能够确保实现自我调节功能。这种结构的转子无法达到更高的经济收益，因为叶片的自我调节功能与其自身的叶片支座磨损情况相关。
另外一种结构是，将一个垂直转子的叶片，沿着其固定的运动圆周不再固定为一个方向，而是通过机械装置对叶片的控制，即通过风力和环流速度计算出的气流速度结果进行调节，以便每一个叶片在其运行轨道的每一点上都能够产生正驱动力。尽管通过这种控制方法可以解决一些由于呆板的转子叶片排列产生的例如单独叶片有效扭矩不均衡的现象，但是在弱风启动，带有预设性质的垂直轴转子安全调节，以及垂直轴转子叶片控制的可预见工作范围安全调节方面的问题都没有得到解决。
发明内容
本实用新型的目的在于，使用单独叶片控制的垂直轴转子通过对叶片的调控，让其能够在弱风范围内启动，并且在风速过高的时候确保能够安全关闭转子。
本实用新型的具体技术方案是：一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机，其结构包括垂直轴、对称翼型的叶片，在叶片对称中心位置通过支持翼与垂直轴连接，叶片可绕叶片对称中心旋转，在顺时针方向上，与垂直轴连接的支持翼端部与相邻叶片的对称中心一端通过连杆连接。
按照发明的方案可以解决上述问题，即通过对每一种工作模式下进行必要的，基于计算产生的调控机制，对每一个叶片进行调整，这些计算通过使用测量到的风速，风向，转子的角速度参数，以及围绕转子旋转的固定空间的参照物调控功能来实现的。通过该参照物可以在任何时间，根据风向对每个叶片进行调整。
本实用新型使用单独叶片控制的垂直轴转子通过对叶片的调控，让其能够在弱风范围内启动，并且在风速过高的时候确保能够安全关闭转子。
附图说明
图1 是垂直轴风力发电机的叶片沿着圆周轨迹的转子环流，以及通过风速和旋转速度累加而产生的速度示意图。
图2是本实用新型的结构示意图。
图3 是本实用新型在弱风启动情况下，叶片的状态。
图4 是本实用新型在高风速情况下，叶片状态。
图5 是本实用新型从任何一种运行状态过渡到另一运行状态时，叶片的状态示意图。
具体实施方式
一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机，其结构包括垂直轴、对称翼型的叶片，在叶片对称中心位置通过支持翼与垂直轴连接，叶片可绕叶片对称中心旋转，在顺时针方向上，与垂直轴连接的支持翼端部与相邻叶片的对称中心一端通过连杆连接。
根据图1对转子的设计运行情况，可以对所有的叶片B1,B2,B3进行叶片状态调控，以便可以产生升力A1,A2,A3, 升力与轴心杠杆力h1,h2,h3一起产生相应的正驱动力矩。
根据图2对叶片状态进行α角度调控，则可以使用机械装置，比如液压伺服气缸达到效果，该装置可以基于风速V的测量数值，与固定空间标记N形成的风向角度δ的测量数值，固定空间标记N与旋转标记W形成的旋转角度φ的测量数值，转子的角速度ω测量数值进行计算。
根据图3可以由控制元件E根据测量到的数值结合当时风力情况，为弱风启动确定预期的动力。    当风能超过了外部系统提供的，用于叶片调控的伺服能量，将会启动叶片调控，并且叶片将随着圆周轨道运行进行调控，即顺着风向的叶片如B1通过风力背压脉冲进行驱动，逆着风向的叶片如B3则调节成最小阻力状态，或者调节到如同B2这种能够起到有效推动作用的的状态。
根据图4在出现强风的情况下，所有的叶片都会调整为与转子轴呈放射状的状态，并通过这种调整来关闭风力设备。
叶片调控的技术实施也可通过图5中的伺服马达M1实现，该马达可以根据特殊设定的控制程序，结合风向φ，风度V，轨道速度ω以及叶片在轨道上的位置α进行调控。伺服能量与伺服脉冲将由调控元件E通过线缆L进行传递。

Claims (1)

1.一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机，其结构包括垂直轴、对称翼型的叶片，在叶片对称中心位置通过支持翼与垂直轴连接，其特征在于，所述叶片可绕叶片对称中心旋转，在顺时针方向上，与垂直轴连接的支持翼端部与相邻叶片的对称中心一端通过连杆连接。
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