[实用新型]一种风力机的复合转子系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力机的风轮转子系统，特别是涉及一种可控制双转子复合转子系统。

背景技术

风力机技术领域面临的一项突出困难就是对低风速风能缺乏有效捕获能力，因而制约了风力机的使用空间。由于在低风速条件下缺乏足够启动力矩而不能捕获低速风能，对于水平轴风力机而言，一般认为3-4米/秒是一个瓶颈，低于此数值的风能由于不能被有效捕获，形成不了理想的旋转扭矩用以驱动发电机等，一般是割舍掉了。然而，据统计在人类方便开发的地区，风速小于4米/秒的地区占总土地面积的比例不低于85％，也就是意味着在绝大多数地区和绝大多数地域范围里，普通风力机是缺乏使用价值的。因此，如何有效捕获低风速风能，是摆在风力机行业的一个共同技术难关。

以下根据相关知识背景和背景技术进行说明。本说明书中多处用到“翼型”、“升力”、“阻力”、“升/阻比”、“攻角”、“转速”、“尖速比”、“尖速比与风能转换效率的关系”、“风能捕获效率”等多个名词以及相关知识和原理，这些知识和原理是空气动力学领域和风力发电领域里的常用概念和常识性知识，故不作详细展开论述。经典的文献有《风工程与工业空气动力学》(贺德馨等编著，国防工业出版社出版)，《风能技术(Wind Energy Handbook)》(Tony Burton等著，科学工业出版社出版)等。

根据空气动力学有关翼型和升力的常识性原理，我们知道：对翼型一定的桨叶而言，当风速一定的前提下，改变桨叶的攻角，可以同步改变桨叶的升/阻比和浆矩，但升阻比和浆矩同时又和桨叶的回转速度相关；

桨叶保持大攻角时，它在低风速或低转速条件下产生较大的旋转扭矩，另一方面，由于阻力的大小与速度的平方成正比，所以在高风速或高转速条件下产生很大的助力扭矩，它事实上成为了阻碍转子转动的阻尼；

桨叶保持小攻角时，它在高风速、高转速条件下产生很大的升力扭矩和较小的阻力扭矩，但它在低风速条件下只能产生很小的旋转扭矩，对转子的启动帮助很有限。

所以可以概括地说：单独对一副转子而言，它是难以做到既能方便低速启动又能兼顾高转速时高效率两全齐美的。

有研究者曾做过尝试：把一个高速转子和一个低速转子串联，刚性安装在一个主轴上，希望借此能够兼顾低速易启动和高速高效率，但理论和事实都证明这个思路是不可行的，因为：如果兼顾低速易启动就自然会采取诸如增大攻角、增多叶片数量和增加受风面积等措施，这样的结果一方面确实增大了启动力矩，但另一方面，当转子旋转加快后，它所产生的气动阻力也随之大为增大，不仅使自身速度被制约，更重要的是它还拖累主力转子的旋转速度，这便使得高风速高转速情形下的捕风效率反而下降，甚至得不偿失--所以，将两个转子一体化刚性叠加的方案是欠缺实际价值的。

有一项专利号为200520061167的专利，它的设计思想是这样的：一种用于风力发电的框架式多级风轮机，风轮组由多级不同直径的框架式风轮同轴线依次安装构成，每一风轮与一齿轮箱的连接，通过该齿轮箱中的一竖直轴将各风轮的绕水平轴线的转动转换成绕垂直轴线的转动，并向支撑架的底部传送；支撑架设于一承载转动架之上，该承载转动架通过一回转装置设于一与地基相连的环形稳定框之上；所述承载转动架的主承载架的一端设有一发电机，该发电机的轴与一指向承载转动架中心的水平轴连接，该水平轴通过一对锥形齿轮与齿轮箱中向下设置的竖直轴连接。该发明构思的意图是多风轮多级利用风能，但是它的关键弊端是没有将各个风轮进行可控地分离控制利用，因为其几个风轮的功率、转速、扭矩等是不一样的，但该发明将它们机械性地连接在一个封闭系统内，同时输入到一个主轴上，所以实际工作情形是这样的：本来应该高速的风轮被低速风轮拖累而不能按应有转速旋转，产生不了最佳出功，应该低速旋转的风轮被其它风轮强制性牵引，而被迫高速旋转，产生过大的气动阻尼，所以也不能理想地出功，总之，各个转子相互牵扯拖累，它是无法达到有效利用风能的发明目的的，另外，其庞大而复杂的的结构，使其经济性、可靠性、实用性都受到影响。申请号为200610157178.2的专利，它是与前述200520061167的专利为同一发明人，其内容主要是为200520061167专利解决传动优化问题，对如本文所述其它各项弊端并没有改观。

总之，就已经公开的各种技术路线而言，都不能解决能同时用一台风力机同时兼顾解决低速和高速高效率风能利用这一难题的。

实用新型内容