[发明专利]一种集风式立轴风机的控制方法及其风力发电机组

说明书

技术领域

本发明属于风力发电机组的设计与制造技术，具体是集风式立轴(又称垂直轴)风机的控制方法及其风力发电机组。

背景技术

为了使风机在运行中达到高的风能效率和功率控制，现行的控制方法基本都采用变浆技术和偏航技术，这种方法对水平轴机型的控制是有效的，但用于立轴机型、特别是大型的，这些技术存在不小的问题：一是立轴风机的叶片处于风轮圆周上的线速度运行，调节浆距角转动叶片时的进动扭矩易导致叶片震颤而产生结构疲劳，降低了风机的安全性和使用寿命；二是立轴风机的叶片间距离较大，浆距角驱动机构、特别是液压或气动部件在运动与静止结合部的机构复杂，提高了控制成本、降低了控制可靠性；三是立轴风机没有偏航现象、无偏航技术可言。

为了避免出现上述问题，立轴风机的叶片相对于风轮必须是固定的。因此，运行中达到高的风能效率和功率控制就必须采用新的控制方法。

本发明设计了一种可调节的集风系统，提出了一种叶片相对于风轮固定的立轴风机的风能效率和功率控制的解决方案。这是一种全新的控制方法，同时还设计了一种新型的集风式立轴风力发电机组。

发明内容

本发明的目的是设计一种集风式立轴风机的控制方法和实现所述控制方法的一种集风式立轴风力发电机组。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：

一种集风式立轴风机的控制方法，其特征是通过调节集风式立轴风机的集风系统的方位角度能控制入流风速v，而入流风速v与相对风速u、相对风速u与叶片的攻角α、叶片的攻角α与风轮的驱动力F₁、风轮的驱动力F₁与风机功率之间彼此关联，因此通过调节集风系统的方位角度能达到控制风机功率的目的；所述集风系统由至少三个风导8和驱动器件组成，风导8由集风翼4、导风翼5和立柱6构成，其特征是集风翼4和导风翼5两者分别连接在立柱6的两侧、并且两者均能绕立柱6转动，立柱6竖向并且彼此之间等间距地置于以风机主轴1的轴心为圆心、以大于风轮2半径+导风翼5宽度为半径的圆周f上，集风翼4位于所述圆周f的外侧、导风翼5位于所述圆周f的内侧；集风翼4转动的方位角θ是立柱6横截面中心点和主轴1横截面轴心的连线a与集风翼4横截面中心线b之间的夹角、导风翼5转动的方位角β是所述连线a与导风翼5横截面中心线c之间的夹角；当与集风翼4和导风翼5连接的所述驱动器件工作时，集风翼4和导风翼5绕立柱6转动，调节方位角θ和方位角β变化而改变入流风速v。

一种集风式立轴风力发电机，它主要由主轴1、风轮2、塔架3、轴承7、基座10、变速箱11、发电机12和集风系统组成，其特征是：风轮2固连在主轴1上，主轴1通过轴承7安装在塔架3的中心位置，风轮2安装在塔架3的里面，塔架3固定在基座10上面，变速箱11和发电机12安装在塔架3下面的基座10里面，变速箱11的低速轴与主轴1的底端连接、变速箱11的高速轴与发电机12的转子轴连接，集风系统安装在塔架3上；所述风轮2由至少两个叶片9和至少四个悬臂13组成，悬臂13的一端与主轴1连接、另一端与叶片9连接；所述塔架3由至少三根立柱6、至少六根径向梁16、至少六根横梁24和至少两个轴承座17构成，径向梁16的一端与立柱6固连、另一端与轴承座17固连，横梁24的两端与相邻的立柱6固连；所述轴承7安装在轴承座17中间，所述主轴1安装在所述轴承7的中间；所述集风系统由至少三个风导8和驱动器件组成，风导8由集风翼4、导风翼5和所述塔架3的立柱6构成，集风翼4安装在所述立柱6外侧并能绕立柱6转动，集风翼4转动的方位角θ是立柱6横截面中心点和主轴1横截面轴心的连线a与集风翼4横截面中心线b之间的夹角，导风翼5安装在所述立柱6的内侧并能绕立柱6转动，导风翼5转动的方位角β是所述连线a与导风翼5横截面中心线c之间的夹角，所述驱动器件由驱动器18和传动装置20组成，传动装置20与所述导风翼5连接或者与所述集风翼4连接，驱动器18通过传动装置20驱动和控制导风翼5的方位角β变化或者驱动和控制集风翼4的方位角θ变化。通过调节集风翼4的方位角θ或导风翼5的方位角β大小来控制入流风速v、入流风速v与相对风速u、相对风速u与叶片的攻角α、叶片的攻角α与风轮的驱动力F₁、风轮的驱动力F₁与风机功率之间关联，通过调节集风翼4的方位角θ或导风翼5的方位角β控制风能效率和风机功率。

本发明还包括以下的技术方案：