[实用新型]一种可调叶片角位移的新型下风向风力机叶片系统

说明书

本实用新型属于风力发电设备技术领域，具体涉及一种可调叶片角位移的新型下风向风力机叶片系统。

随着化石能源的日益枯竭，寻找替代能源成为世界各国能源领域相关工作的重中之重。风能是一种清洁的可再生能源，近十年来在我国飞速发展，在能源结构的比例也越来越高。然而利用风能的一个很大的局限是经济风速范围较窄。一般来说，3～20m/s的风速是目前风力发电机的所能适应的经济风速。风力发电机的启动风速为3～4m/s，切出风速（停机风速）为25m/s左右。当风速低于启动风速时，风力机不能发电；当风速超过切出风速时，风力发电机必须停机。扩大风速适用范围在工程应用中有很大的实际意义。

风力发电机是把风能转化为电能的装置，工作在一定的风速范围之内。人们希望，无论风速如何变化，风力发电机的转速保持恒定并且不能超过上限值。这就要求风力发电机在风速变大时，降低叶片的能量捕获，并且减少叶片受到的冲击。改变叶片角位移，进而改变叶片迎风角度是一种行之有效的调节风力机功率的方式。

改变叶片本体的面积（比如打孔、折叠和拉伸等方式）对叶片的强度影响较大，尤其在大风速下容易造成叶片损坏，而且加工制造和运行过程中改变叶片面积的难度较大，特别是运行过程由于风力作用，每个叶片的不同部件相互挤压很难相对移动，变面积调节较为困难。

风力机按照轴的方向分为水平轴风力机和垂直轴风力机。对于水平轴风力机，根据叶片和机舱相对于来流风的位置又可以分为上风向风力机和下风向风力机。上风向风力机需要偏航系统，下风向风力机可以自动对风，所以不需要偏航系统。而且，在极端大风速下，上风向风力机存在叶片与机舱相撞的危险，下风向风力机则不存在这种危险。

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可调叶片角位移的新型下风向风力机叶片系统，能够根据风速调节叶片角位移，而且调节方便，从而扩大风力发电机的风速适用范围。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种可调叶片角位移的新型下风向风力机叶片系统，包括安装在机舱外近风侧的风速感应装置1、安装在机舱内和风速感应装置1电连接的控制器2、安装在机舱外远风侧的轮毂3、通过转轴6和轮毂3相连接的叶片主体4以及安装在转轴6两侧并和其连接的执行机构5，所述执行机构5和控制器2电连接。

所述轮毂3上有三个转轴6分别连接三个叶片主体4，并且叶片主体4随着转轴6同步同角度转动。

所述轮毂3上有三个转轴6分别连接三个叶片主体4，并且叶片主体4随着转轴6同步同角度转动。

通过控制器2控制执行机构5使得转轴6的转动并不是随着风速的增减连续转动，而是转轴6带动叶片主体4，使得叶片主体4与风力机水平轴之间的夹角Ф有固定的角度取值。

把夹角Ф从90°到0°划分为10个区间，其固定的角度取值为90°、72°、63°、57°、51°、45°、39°、33°、27°、18°和0°。

本实用新型的工作原理为：风速感应装置1将速度信号传递给控制器2，控制器2发出指令，命令执行机构5解除对转轴6的锁定，然后带动转轴6转动，而与转轴6相连的三个叶片主体4则随着转轴6同步同角度转动。

和现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

采用本实用新型系统能够在风速过大时降低风力发电机的能量捕获，保证风力机工作在额定参数附近，从而扩大风力发电机的风速适用范围。而且，由于下风向风力机的先天优势使得叶片在风速较大时沿着顺风方向收拢，角位移减小，风阻不会突然增大过多，叶片受到的冲击比较稳定；在风速由大变小的过程中，叶片朝着逆风方向展开，风阻不会突然减小过多，叶片受到的冲击较小，调节也比较稳定。这样，叶片在整个运行过程中承受的载荷不会突变，所以增强了叶片的安全性和稳定性。

图1是正常风速时本实用新型叶片主体处于正常工况位置的示意图。

图2是风速增大时本实用新型叶片主体角位移为Ф时的示意图。

图3是风速过大，超过叶片承受范围时本实用新型叶片主体完全收合并且风力机停机时的状态示意图。

图4是本实用新型逆风方向的视图。

图4是本实用新型逆风方向的视图。

图5是角位移Ф随风速大小V的函数关系示意图（图中V表示来流风速，V₀表示当风力机原工况正常运行时的最大可承受风速，Ф表示叶片与风力机水平轴的夹角，该图是10个档位的情况）。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。