CN205592064U - 叶片自动开闭的立轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风力发电设备技术领域，特别涉及一种叶片自动开闭的立轴风力发电机，包括拉线盘设置在地面、拉线盘上设置拉线、拉线的另一端连接抱箍、抱箍设置在立杆上，立杆上端设置叶轮轴，叶轮轴上设置上下圆盘，上下圆盘的底面固定叶片支架，叶片支架上设置风力板，风力板包括两个叶片和一个转轴，两个叶片一个为固定叶片，一个为动叶片，动叶片绕转轴转动，叶片支架的最外端边线的中心位置设置悬线，悬线的另一端设置在叶轮轴最上方，本实用新型与现有风力发电机相比实现了叶片的自动开闭，降低了成本，提高了发电效率。

Description

叶片自动开闭的立轴风力发电机

技术领域

本实用新型属于风力发电设备技术领域，特别涉及一种叶片自动开闭的立轴风力发电机。

背景技术

在日趋严峻的环保压力下，可再生能源的大量使用已是大势所趋，绿色发展是国家发展战略的核心，不断增强风力发电是国家产业调整的重点方向，限制煤电或逐步淘汰煤电不仅有政策的需求，还必须有经济上的优势，风力发电在成本上也要有与煤电相竞争的能力才行，不仅在风资源的一、二类区域，而且要在三、四类等外区域都有发展潜力才行，国内风力发电规模与风资源的利用水平还有很大的拓展空间。然而我国有一项对风力发电发展不利的指标就是平均弃风率达10.5%，原因在于所在风区网架负荷低；制约风力发电的另一个瓶颈是成本，风电场投资造价高是主要原因。目前我国所采用的风力发电机多为水平轴风力发电机和立轴风力发电机，水平轴风力发电机的功率已经大型化和成熟化，在此基础上已不能再大幅度降低造价；立轴发电机的研究起步较晚，目前还没有大型的立轴风机，立轴风力发电机多为阻力型立轴风力发电机，立轴风力发电机的叶片有型、型、型、型，主要考虑是叶片乘风时兜风增大出力，逆风时顺风降低阻力，对于固定的阻力型叶片，要增大叶片的面积来增加功率的同时，逆风阻力也随着增加，为解决这对矛盾，有人提出对叶片进行机械控制的具有叶片开闭功能的阻力型立轴风力发电机。其原理是叶片在乘风区段叶片支架上的数个单叶片闭合形成整体风力板，达到最大乘风出力，而在逆风区段，单个叶片打开形成顺风通道，逆风阻力最小化，依次来获得气流的最大功率，而机械装置的投入也增大了立轴风力发电机的成本。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术中存在的不足而提供的一种叶片自动开闭的立轴风力发电机，实现了叶片的自动开闭，提高了风力发电机的发电效率，减少了成本的投入。

本实用新型的目的是这样实现的：一种叶片自动开闭的立轴风力发电机，包括拉线盘设置在地面、拉线盘上设置拉线、拉线的另一端连接抱箍、抱箍设置在立杆上，其特征在于：立杆上端设置叶轮轴，叶轮轴上设置上下圆盘，上下圆盘的底面固定叶片支架，叶片支架上设置风力板，风力板包括两个叶片和一个转轴，两个叶片一个为固定叶片，一个为动叶片，动叶片绕转轴转动，叶片支架的最外端边线的中心位置设置悬线，悬线的另一端设置在叶轮轴最上方。

所述的上下圆盘的形状和质量相同。

所述的叶片支架的形状和质量相同，叶片等间距分布在上下圆盘上，叶片支架成对出现。

所述的风力板固定在叶片支架的距离相等，风力板在叶片支架上的位置相同，风力板数量由叶片支架的长度确定。

所述的固定叶片与动叶片的形状和质量相同。

所述的固定叶片之间的距离小于动叶片的宽度。

在一定转角范围内同气流的作用与自身离心力的作用相配合的动叶片自动转动，形成乘风区内动叶片关闭，逆风区内动叶片打开，从而实现风力板在乘风区的最大出力，在逆风区的最小阻力，使得风力发电机获得有效的风功率提取。叶片自动开闭的立轴风力发电机的功率简化推算如下：

叶片在乘风区段内的受风动能阻力及附加阻力求算如下：

1、气流单位质量对叶片上的动能传递的压力可用下式表达：

其中：为风速

R=8.31

2、单位气流质量在兜风单位体积内动能的附加压力为：

3、乘风区内叶片板受到正面与背面的气压差计算式为：

4、叶片在乘风区内任意位置上受到单位质量气流的压力：

式中：为乘风区内风力板与气流方向的夹角。

乘风区内叶片面积上的质量流及叶片受到质量流的压力；

乘风区气流的质量流：

式中：

H为板高，R为叶轮半径。

5、乘风区内叶片受到的质量流的压力：

6、乘风区内风力板（一组叶片）对轴的力矩：

式中：r为矢径，，为风力板到轴的平均半径。

7、乘风区内单个风力板的功率

式中：

单个风力板在乘风区内的平均功率求算：

令：则：，

则有：

式中：n为叶轮上风力板的个数。

9、叶轮的功率：

10、叶片自动开闭立轴风机的电功率：

式中：为叶轮的效率，一般

为增速机发电机效率，

11、故立轴风力发电机发电功率完整表达式如下：

因：

进一步简化后：

式中：为风速，为乘风区的截面面积，为风力板三角形兜风体积，为风力板个数，为风力板的平均回转半径，为风速与风轮线速度的比值，，取优值，风场温度变化不大取288k。

给定风速和风力发电机的结构参数以后，可求得叶片自动开闭的立轴风力发电机的发电功率，通过理论计算表明：在相同尺寸上叶片自动开闭的立轴发电机比普通立轴风力发电机的发电效率提高12%；在乘风面积和掠风面积相同时比水平立轴发电机高30%。

本实用新型具有如下积极效果：

1.叶片自动开闭的立轴风力发电机乘风出力的能力的设计理论的基本原则是：乘风面积与乘风力矩是风机出力能力的最佳条件，立轴风力发电机的叶片排列的宽度、高度、乘风力矩、风力板数量等参数变化极易拓展，风力发电机的出力能力空间易于提升，可实现立轴风力发电机的大型化发展。

2、叶片自动开闭的立轴风力发电机的设备较轻，叶片自动开闭的立轴风力发电机的变速箱发电机在地面无需荷重的塔筒，支撑叶轮的立杆断面尺寸大为缩小，叶轮的迎风阻力仅为叶片的乘风阻力及过渡段的叶片断面阻力，无需强大稳固的地基投入，立杆的稳定可以使用拉索加固，自动回转也减少了机械控制开闭的投入，设备成本大幅度降低。

3、叶片自动开闭的立轴风力发电机的叶轮对来风的风向在360°内均可，无需迎风机构，叶片形状单一，单个叶片尺寸小，制造简单，成组叶片安装在叶片支架上，叶片支架荷重小，并且通过叶轮轴上的悬线来支撑强化，叶片支架仅用于传递转矩，对叶片支架承受风力的弯矩要求降低，在叶片自动开闭的立轴风力发电机逆风区回转阻力很小的条件下，乘风区的出力几乎全部转化为旋转动力，在风资源较好风场，可获得较高的单机功率，在一般的风场中也可以获得需要的单机功率，可满足于各个风资源环境下的使用环境。

4、叶片自动开闭的立轴风力发电机在叶片乘风区关闭，逆风区打开，从而实现乘风区的最大出力和逆风区的最小阻力，在相同尺寸上比普通立轴发电机的发电效率高12%，在乘风面积与掠风面积相同时比水平轴风力发电机的发电效率高30%。

附图说明

图1为叶片自动开闭的立轴风力发电机结构示意图。

图2为叶片自动开闭的立轴风力发电机的正面结构示意图。

图3为叶片自动开闭的立轴风力发电机工作状态的结构示意图。

图4为叶片自动开闭的立轴风力发电机的叶片结构示意图。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2、图3、图4所示，一种叶片自动开闭的立轴风力发电机包括拉线盘9和与拉线盘连接的拉线1，将拉线盘埋入土中固定，拉线1通过抱箍10与立杆2连接，立杆2竖立在地面，拉线起到稳固立杆2的作用， 立杆2与叶轮轴4转动连接，下圆盘3和上圆盘5固定在叶轮轴4上，下圆盘3和上圆盘5形状和质量相同，将叶片支架6固定在上下圆盘上，叶片支架6在圆盘上等间距对称分布，将风力板8安装在叶片支架上，风力板8由两组叶片组成，固定在叶片支架6上的叶片称为固定叶片12，在固定叶片12一侧有一个转轴13，另一组叶片绕转轴13转动，称为动叶片11，固定叶片12和动叶片11形状和质量相同，固定叶片12与相邻固定叶片12之间的距离不得超过叶片的宽度，固定叶片的数量可根据叶片支架的长度而定，且每个叶片支架6中风力板8的数量相同，安装在叶片支架上的位置相同，通过悬线7和叶片支架6来保证风力板8的平衡，悬线7的一端连接在叶片支架6的最外端边线的中心位置，另一端连接在叶轮轴4上。

本实用新型在工作状态时，如图3所示，在乘风区段叶片，风力板8依靠转动的离心力自动关闭，关闭后的风力板8在乘风区段受到气流的贴合在相邻一组的固定叶片12上，在逆风区段风力板8受到逆风气流的正面冲击力大于叶片的离心力，动叶片11与固定叶片12合在一起，从而实现风力板8的自动开闭。在乘风区段内风力板8关闭，逆风区段风力板8打开，实现了风力板在乘风区段的最大出力，在逆风区段的最小阻力，获得有效的风功率提取。

以上所述仅为实用新型的优选实施例，并不用以限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种叶片自动开闭的立轴风力发电机，包括拉线盘设置在地面、拉线盘上设置拉线、拉线的另一端连接抱箍、抱箍设置在立杆上，其特征在于：立杆上端设置叶轮轴，叶轮轴上设置上下圆盘，上下圆盘的底面固定叶片支架，叶片支架上设置风力板，风力板包括两个叶片和一个转轴，两个叶片一个为固定叶片，一个为动叶片，动叶片绕转轴转动，叶片支架的最外端边线的中心位置设置悬线，悬线的另一端设置在叶轮轴最上方。

2.根据权利要求1所述的叶片自动开闭的立轴风力发电机，其特征在于：上下圆盘的形状和质量相同。

3.根据权利要求1所述的叶片自动开闭的立轴风力发电机，其特征在于：叶片支架的形状和质量相同，叶片等间距分布在上下圆盘上，叶片支架成对出现。

4.根据权利要求1所述的叶片自动开闭的立轴风力发电机，其特征在于：风力板固定在叶片支架的距离相等，风力板在叶片支架上的位置相同，风力板数量由叶片支架的长度确定。

5.根据权利要求1所述的叶片自动开闭的立轴风力发电机，其特征在于：固定叶片与动叶片的形状和质量相同。

6.根据权利要求1所述的叶片自动开闭的立轴风力发电机，其特征在于：固定叶片之间的距离小于动叶片的宽度。