[发明专利]可控叶片表面运动速度及方向升力型立轴风力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，特别是一种适合于任意风向的可控叶片表面运动速度及 方向以增加输出扭矩的升力型立轴风力发电装置。

技术背景

风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的 发电方式。近十几年来，世界风力发电以超过30％的速度增长。伴随着世界风电产业的快速 发展，我国也越来越重视风电产业的发展。2005年2月《可再生能源法》的颁布标志着我国 能源策略进入新的时期，同时国家发改委也提出了大功率风力发电产业化的布局，我国丰富 的风能资源也为风电产业提供了发展条件。我国风能资源储量丰富，据初步估算，我国陆上 离地面10米高度层的风能资源可开发量为2.53亿千瓦；近海区域离海面10米高度层的风能 储量约为7.5亿千瓦。

经统计，2005年底，我国风电装机容量126万千瓦，相对于2004年增长64％，2007年中 国除台湾省外新增加风电机组3155台装机容量，装机总量330.4万千瓦。与2006年当年新 增装机133.7万千瓦相比，2007年当年新增装机增长率为147.1％。到2007年底累计装机容 量为590.6千瓦，上网电量估计约52亿千瓦时。2008年我国的装机总量为12152MW比之前 的总量翻了一番，位居世界第3位。

已有的风力发电机，如图1所示，来流攻角较小时，升力系数随着攻角的增大而增大； 当来流攻角大于翼型最大升力攻角(失速攻角)时，流动出现分离，使得升力系数下降，同 时导致压力分布前后不对称，出现所谓的压差阻力，使阻力系数急剧上升。

发明内容

本发明目的在于针对上述根本性的问题而提供一种可控叶片表面运动速度及方向升力型 立轴风力发电装置控制其叶片表面运动速度及方向抑制气流在大攻角的分离，从而提高风力 机的风能利用率。

为了达到上述目的，本发明的构思是：在叶片适当位置(一般为曲率较大的轮廓位置上) 装上1～N个旋转轴或者控制整个叶片表面运动速度及方向(如图2所示)以抑制大攻角下气 流分离。

通过凸轮连杆机构控制叶片在转动过程中与来流保持为一定的理想攻角(大于普通叶片 的最大升力攻角)(如图3所示)，并通过电机控制叶片上旋转轴的转动方向及速度，使叶片 在转动过程中始终与来流方向成大攻角的情况下，气流不发生分离，以提高叶片的升力系数 减小其阻力系数。如图4所示，叶片在HAB和DEF段为主要的做功段，在BCD和FGH段为调 整过渡段，叶片在HAB段时，由攻角调节装置调节叶片攻角与来流方向保持一定的攻角，同 时电机驱动叶片上轮轴顺时针旋转，叶片在BCD段时，叶片旋转过渡，同时电机反转驱动叶 片轮轴由顺时针旋转向逆时针旋转过渡，叶片在DEF段与来流保持一定攻角，同时轮轴逆时 针旋转，在FGH段叶片旋转过渡同时轮轴由逆时针旋转向顺时针过渡(图4中Wi为i位置时 的来流方向，Li为叶片在i位置时产生的升力方向)。

其具体的结构原理如图4、图5、图6所示：风向改变时，尾翼(2)上方的风向标由于 力矩的作用将与风向保持一致，同时调整凸轮(5)的方向。中空的悬臂(6)与发电机主轴 (1)上端法兰盘(9)固联在一起，各悬臂(6)内有一根顶杆(7)，顶杆(7)内端通过一 个滚针(11)顶靠着所述凸轮(5)的凸轮槽(14)中，所述连杆机构是：顶杆(7)外端与 一根连杆(10)铰联，连杆(10)与叶片铰链，使叶片绕旋转中心(12)转动，当法兰盘(9) 在电机主轴(1)上转动时，与悬臂(6)内部的顶杆(7)联在一起的滚针(11)在凸轮(5) 的凸轮槽(14)滚动，滚针(11)驱动顶杆(7)在悬臂(6)内腔中滑动，与顶杆(7)连在 一起的连杆(10)就会驱动叶片围绕叶片旋转中心(12)转动，顶杆(7)上行程开关(15) 驱动伺服电机(8)正转与反转从而改变叶片的攻角及轮轴转向与转速达到预期。

根据以上构思，本发明采用以下技术方案：

一种可控叶片表面运动速度及方向升力型立轴风力发电装置，包括叶片、尾翼和风轮驱 动的电机主轴，其特征在于所述叶片为可控制其表面运动速度及方向和攻角调节的叶片，其 控制表面运动速度及方向和攻角调节是通过一个调控装置来实现的，所述调控装置的结构是： 所述尾翼带动一个凸轮，所述凸轮驱动一个连杆机构，所述连杆机构驱动叶片随转动相位的 变化调整与来流的攻角以及其轮轴的转向和转速，实现风能的高效利用。