[发明专利]调桨长的万向风车的伸缩翼

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种风能利用设备领域

背景技术

调桨长的万向风车(201210393482.2)由支架、叶桨、叶桨头、端板、转轴、桨长控制系统几部分组成。2～4个叶桨均匀分布在转轴周围，叶桨通过叶桨头斜向安装在支架上，形成V字形结构，利用叶桨头上的三个相应转轴可以调节叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)，其中：叶桨展向轴线与水平方向的夹角定义为叶桨倾斜度(α)，用角度表示；叶桨的压力线与转轴之间的偏离距离与其最大偏离距离的比值定义为偏心度(β)，用百分数表示；风车静止时翼型弦线与水平方向的夹角定义为安装攻角(γ)，用角度表示。调节叶桨头上的三个转轴，使叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)发生变化，就使叶桨翼型截面的方向、位置发生了变化，从而使叶桨翼型截面上产生的升力的方向和大小发生变化。通过最优化设计和调节，就可以使风车在风力作用下启动旋转以后，随着旋转转速不断增加，使叶桨前缘的线速度增加，这相当于叶桨前缘受到的自然风力又增加了由于风车旋转产生的风力，实现了输出到输入之间的反馈。又由于叶桨通过叶桨头斜向安装在支架上，形成V字形结构，且有一定的偏心度(β)，就使升力型风车的反馈信号与输入信号叠加后加强了原来的输入信号形成了正反馈，从而使风车受到的旋转力矩增加，风车转速增加，又反馈到输入端与输入信号叠加产生正反馈效应，提高了风车效率。

风车用正反馈效应提高了风能转换效率，同时也解决了升力型垂直轴风车不能自启动问题。但是，风能是极不稳定的能源，风速、风强、风向都在随时随地的不断的变化着，这不仅给风能的转化带来很大困难，并且给后续的接受应用，也造成了很大的不利条件。使得风电消纳难、弃风问题严重、风能利用率低等现象，成为我国风电发展过程中存在的重点问题，目前还未得到有效解决

现有风电技术的常规风力发电机为了入网和运行安全，一般采用调桨距的方法来调整风车的功率输出或转速，但这种控制是很不理想的，甚至根本达不到预期目的。由调节桨距，到调节桨叶攻角，再到功率系数，再到输出功率，这一控制过程，既不可靠，也不稳定，根本达不到稳定风车的功率输出或者转速的目的，也不会对风车的安全性在技术方面起多大保证作用。近些年来有一些人根据风车的输出功率与叶片扫风面积成正比这一特性，设想用增加叶片长度的方法来增加扫风面积，以达到增大输出功率，生产更多的能量的目的，设计了可改变叶片长度的相嵌套叠式风车叶片，期望能在低风速条件下提供一种能产生大量能源的大风轮；而在高风速条件下能缩短叶片长度，限制机械负载，形成能够减小功率输出的小风轮，期望用这样方法解决因为自然风力忽大忽小而造成的输出不平稳，发电机不能满负荷运转，以及低电压不能穿越等问题，使风车发出的电不再是所谓的“垃圾电”，不再对电网造成很大的冲击。例如：WO 2003102414Al VARIABLE LENGTH TURBINE BLADE；P2005-188428A 等专利。但，以上所提到的专利都是将可改变长度的叶片应用于水平轴螺旋桨风车，想法虽然好，可是由于水平轴螺旋桨风车的特殊构造，并不适应可改变长度的叶片，所以以上专利并没有取得显著的技术进步，甚至没有具体实施和推广。

调桨长的万向风车(201210393482.2)也应用了可改变长度的伸缩翼来解决入网和运行安全问题，因为万向风车的特殊构造与可改变长度的伸缩翼十分匹配，两者相辅相成，珠联璧合，所以，本发明专利的应用，必将为风电技术带来显著的技术进步。

发明内容

一、伸缩翼的结构

一种调桨长的万向风车的伸缩翼由三段构造基本相同的带弯度的翼型叶桨段组成，每段叶桨段内部都设有滑轮、轨道、钢丝绳、滚珠、弹簧等，底部有控制叶桨伸缩的卷扬机；三段翼型叶桨段相嵌套叠在一起，每段叶桨段都在其内部底端通过连接杆(或连接板)连接有一段与叶桨段长度方向平行且长度与叶桨段长度相当的轨道，三段叶桨段所连接的三段轨道通过滚轮确定叶桨段的横向位置和进行长度方向的滑动；当处于第一层底端的卷扬机通过钢丝绳拉动(或收回)第二层轨道和叶桨段升起(或降落)时，升起的轨道和叶桨段又通过滑轮和钢丝绳同时顶起(或收回)相邻的第三层轨道和叶桨段升起(或降落)，以此类推，可扩展到多段，叶桨就实现了伸缩功能。

轨道间用滑轮减小摩擦并固定轨道和翼型叶桨段的横向位置，以及确定每段之间的最小嵌套量；叶桨间用滚珠减小摩擦，并起支撑作用；