專利名稱：活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種垂直軸風力發(fā)電機組，特別是涉及一種既能在低風速
時自動增大風輪的起動力矩，又能在強風時自動限制風輪轉(zhuǎn)速，并可以在2級 到12級風力時都可以運轉(zhuǎn)發(fā)電的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組。
背景技術：
風力發(fā)電已有一百五十多年的歷史，科學家在分析了大氣環(huán)流模型之后發(fā) 現(xiàn)，大氣低層的對流氣團所包含的風能是非常巨大的，是人類可利用的取之不 盡、用之不竭的再生能源之一，因此，在人類面臨逐漸加劇的能源危機的情況 下，對于風力發(fā)電的研究就越來越具有重大和深遠的現(xiàn)實意義了。
現(xiàn)有技術中，已公開了一些垂直軸風力機的技術，可分為兩個主要類型， 一類是利用翼型的升力做功的升力型風機，最典型的是達里厄(Darrieus)型風 力機，多家垂直軸風機制造技術都是在它的運轉(zhuǎn)原理的基礎上進行少許的改進； 另一類是阻力型風機，其原型是風杯式測風儀的演變，原理就是利用風葉水平 旋轉(zhuǎn)時正反兩面對風的阻力差來做功。垂直軸升力型風機在正常運轉(zhuǎn)時風能利 用率可高達42%，但存在以下缺陷在低風速狀態(tài)時，受力面積較小，所產(chǎn)生 的起動扭矩小，在自然條件下通常要在四級風時才能起動；對于大中型風機通 常需另配電機輔助起動裝置，使得整機結構復雜，成本增高存低風諫降風時 功耗也比較大。垂直軸阻力型風機，其風輪可以獲得較大的起動力矩；但受其 結構限制，圍繞著風輪產(chǎn)生側向推力，使得風輪轉(zhuǎn)速較低。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術中的不足之處而提供一種既能有效地解決垂直軸升力型風葉起動難的問題，提高風能利用率，又能解決在強風時的 限速問題活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組。
木實用新型的目的通過以下技術措施實現(xiàn)提供的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機 組，包括內(nèi)設有發(fā)電機和控制裝置的機艙以及位于所述機艙上部的風葉驅(qū)動總 成，所述風葉驅(qū)動總成由風輪組和垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，所述風輪組設置有 風葉及安裝于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的風葉支架，其中，所述風葉為組合式 風葉，所述組合式風葉由設置于所述風葉支架的升力型葉片及可變槽葉片組成， 所述可變槽葉片由固定葉板和活動葉板組成，所述固定葉板固定于所述風葉支 架，所述活動葉板可轉(zhuǎn)動地連接于所述風葉支架。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的一種優(yōu)選實施方式是，所述風葉 支架由橫向安裝于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的上支架和下支架組成，所述上支 架與下支架通過縱向支架固定連接。
更加優(yōu)選的實施方式是，所述活動葉板連接于所述縱向支架，并可繞所述 縱向支架旋轉(zhuǎn)。
上述的，所述活動葉板的后側設置有偏心配重。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的另一種優(yōu)選實施方式是，所述固 定葉板與所述活動葉板之間設置有彈性限位裝置，以使所述固定葉板與所述活 動葉板之間形成可變的受風槽區(qū)域。
更加優(yōu)選的實施方式是，所述彈性限位裝置是由限位小彈簧和大彈簧連接 成雙段拉力彈簧構成的彈性限位裝置。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的另一種優(yōu)選實施方式是，所述垂 直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與所述風輪組的主支撐點位于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的中部。 所述風輪組的整體重心在中心軸系底部，使得整個風輪重心下移，具有很強的
穩(wěn)定性及抗擺性能。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的另一種優(yōu)選實施方式是，所述風
輪組底部設置有風輪防擺裝置，所述風輪防擺裝置由兩個或者兩個以上的穩(wěn)定 輪組成，所述穩(wěn)定輪可繞所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的主機座的外軌道轉(zhuǎn)動。從而
5限制了風輪的擺動。
在本實用新型活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組工作過程中，在靜態(tài)和低速狀態(tài)時 活動葉板在彈簧拉力的作用下，形成前小后大的受風槽，在風力的推動下，形 成較大轉(zhuǎn)矩并配合升力型葉片起動風輪運轉(zhuǎn)發(fā)電。
當風速增大風輪轉(zhuǎn)速進一步提高時，外端的升力型葉片獲得了較高的風能 利用率，活動葉板的線速度大于風速時，活動葉板在偏心配重離心力的作用下， 就克服限位小彈簧的拉力，使活動葉板打開一定的角度， 一部分相對氣流從中 間空隙中穿過，此時該活動葉板處于飄逸狀態(tài)，產(chǎn)生的阻力最小。
當風葉在強風作用下高速旋轉(zhuǎn)時，活動葉板在偏重配重的作用下，離心力 進一步加大，克服大彈簧的拉力，使活動葉板偏轉(zhuǎn)一個角度，形成一個前大后 小的阻力風槽，而且離心力越大槽底封閉性也就越好，冋轉(zhuǎn)阻力也就越大，該 阻力有效地減小了在每個葉片上由于升力所形成的轉(zhuǎn)矩，從而限制了風輪的超 速運轉(zhuǎn)，當強風減弱，隨著轉(zhuǎn)速減小離心力也減小，在大彈簧的作用下活動葉 板又回到原工作位置上。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，由于采用升力型風葉與阻力型風葉共同組成 風輪組，利用阻力型風葉起動扭矩大的優(yōu)點在低風時起動風輪，實現(xiàn)微風發(fā)電， 利用升力型風葉轉(zhuǎn)速高，風能利用率高的優(yōu)點綜合有效利用風能。不但有效解 決了垂直軸升力型風葉起動難的問題，提高了風能利用率，而且還解決了在強 風時的限速問題；同時主軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)提高了支承點，使整個風輪重心下移，具 有很強的穩(wěn)定性和抗擺性能，該結構既提高了風能效率，又解決了主軸強度及 穩(wěn)定性的問題，同時采用分體組合的結構形式方便了運輸及安裝。


利用附圖對本實用新型作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本實用 新型的任何限制。
圖1是本實用新型活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的內(nèi)部簡要示意圖； 圖2是本實用新型活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的內(nèi)部結構示意圖；圖3是本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組沿風輪中心線的局部剖視圖； 圖4是圖3所示的B-B剖視圖5是圖3所示的A-A剖視圖6是本實用新型活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組受微風推動時圖5的工作狀態(tài)
圖7是木實用新型活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組受正常風速推動時圖5的工作 狀態(tài)圖8是本實用新型活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組受強風時圖5的工作狀態(tài)具體實施方式
結合以下實施例對本實用新型作進一步描述。
圖l、圖2和圖3所示的本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，包括機艙 7和位于機艙7上部的風葉驅(qū)動總成2，機艙7內(nèi)設有發(fā)電機6和控制裝置，風 葉驅(qū)動總成2由風輪組3和垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)1組成。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組如圖3所示，所述的風輪組3設置 有風葉以及安裝于所述的垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)1上的風葉支架，具體地，如圖5 所示，所述風葉為組合式風葉，由安裝在風葉支架最外端的升力型葉片9和可 變槽葉片組成，所述可變槽葉片由固定葉板10和活動葉板11組成，固定葉板 IO與活動葉板11之間設置有雙段拉力彈簧13，可形成可變的受風槽區(qū)域。其 中，升力型葉片9及固定葉板10與風葉支架是完全固定的，升力型葉片9與下 支架8的夾角a (如圖3所示)可視實際需5fe5te Oa。 ^iL^m。 )， m 角度為90° 。
風葉支架由橫向安裝在所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的上支架14和下支架8組 成，所述上支架14和下支架8通過縱向支架固定連接，所述活動葉板ll連接 于所述縱向支架，并可繞所述縱向支架旋轉(zhuǎn)。以上的，所述活動葉板ll后側設 有偏心配重12，通過活動葉板11旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力和匹配的雙段拉力彈簧13可以改變槽口的方向和形狀，該雙段拉力彈簧13由限位小彈簧和大彈簧組成
(如圖5所示)，限位小彈簧和大彈簧固定連接在一起，該雙段拉力彈簧13在 起動、正常運轉(zhuǎn)及超速三種狀態(tài)下，彈簧的長度有所變化。在靜態(tài)和低速狀態(tài) 時活動葉板11在雙段拉力彈簧13拉力的作用下，狀態(tài)如圖5、圖6所示，形成 前小后大的受風槽，即形成所謂的阻力型風葉，在風力的推動下可形成較大轉(zhuǎn) 矩，并配合升力型葉片9起動風輪組3運轉(zhuǎn)發(fā)電。
圖6、圖7、圖8為本實用新型的工作原理圖。升力型風葉的工作原理是根 據(jù)達里厄斯結構的貝特定律，由于在旋轉(zhuǎn)時冀形葉片正面與背面的壓力差所產(chǎn) 生的升力形成驅(qū)動力，但這種結構的特點是起動困難，強風時速度難于控制， 因為升力型風葉在強風時線速度可以超過風速的4-8倍，嚴重超速將導致風葉 折斷或發(fā)電系統(tǒng)的損毀等嚴重后果。針對這種情況，活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組 把阻力型風葉與升力型風葉有機地結合，在低風狀態(tài)時，如圖6所示，活動葉 板11在彈簧13拉力的作用下，形成前小后大的受風槽，受風槽受風面積較大， 同時升力型風葉片9上也受到較大的推動力矩，實現(xiàn)了微風風輪起動并發(fā)電。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組如圖7所示，當風速增大風輪轉(zhuǎn)速 提高，升力型葉片9的風能利用效率達到較高水平，活動葉板ll的線速度大于 風速時，在偏心配重12的作用下，活動葉板11受到較大離心力的作用，克服 限位小彈簧的拉力使活動葉板11與固定葉板10之間形成一定的空隙，氣流從 活動葉板11與固定葉板10兩個葉片中間穿過，阻力最小，使升力型葉片9有 較高的轉(zhuǎn)速，保證較高的風能利用率。
如圖8所示，當風輪在強風作用下高速旋轉(zhuǎn)時，活動葉板ll受離心力的進 一步增大進而克服大彈簧的拉力，使活動葉板ll再轉(zhuǎn)過一定角度，形成前大后 小的純阻力風槽，該阻力將有效減小風輪組3的轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)速處于安全范 圍之內(nèi)。當強風減弱后，風輪組3的轉(zhuǎn)速也會隨之下降，風葉在雙段拉力彈簧 13的拉力作用下，自動恢復到如圖7所示的工作狀態(tài)。
圖4所示的本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組的下支架8的斷面結構， 這種形狀的支架在回轉(zhuǎn)中阻力較小，其次還將產(chǎn)生一定的向上升力，該升力可
8以減小整個風輪組對主軸承的負載，延長主軸承的使用壽命，另外，所述風輪
組3底部還設置有風輪防擺裝置4，所述風輪防擺裝置4由兩個或兩個以上的穩(wěn)
定輪組成，所述穩(wěn)定輪可繞所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)1的主機座的外軌道轉(zhuǎn)動，
當風輪組3在高速旋轉(zhuǎn)或突然陣風產(chǎn)生的沖擊負載情況下，從而限制了風輪組3 的擺動，提高了風輪組3的強度和運轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性，使風輪組3與主機座的工 作運行更為安全可靠。
此外，由于風力強弱及持續(xù)的時間長短具有隨機性，以及出于控制、調(diào)試 或檢修的目的，而要暫時性的停止風輪工作時，如圖3所示，可以自動或手動 起動安裝在主軸上的剎車裝置5，其自動控制功能在控制器中已經(jīng)設定，這樣確 保了風輪運行及檢修的安全性。
本實用新型的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組可以滿足風力發(fā)電機運行外界條件 的國際標準
1、 最高風速為35m/s，高寒地區(qū)為40m/s;
2、 機組正常運行的溫度范圍為-2(TC +5(TC，高寒地區(qū)為-25"C +45'C;
3、 機組運行的最高海拔為4000m;
4、 相對濕度為95%;
5、 相對于未受化學污染的大氣，北方地區(qū)還應考慮大氣中的沙塵等條件。 最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非
對本實用新型保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地 說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修 改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的實質(zhì)和范圍。
權利要求1、活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，包括內(nèi)設有發(fā)電機和控制裝置的機艙以及位于所述機艙上部的風葉驅(qū)動總成，所述風葉驅(qū)動總成由風輪組和垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，所述風輪組設置有風葉及安裝于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的風葉支架，其特征在于所述風葉為組合式風葉，所述組合式風葉由設置于所述風葉支架的升力型葉片及可變槽葉片組成，所述可變槽葉片由固定葉板和活動葉板組成，所述固定葉板固定于所述風葉支架，所述活動葉板可轉(zhuǎn)動地連接于所述風葉支架。
2、 根據(jù)權利要求l所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述風葉支架由橫向安裝于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的上支架和下支架組成，所述上 支架與下支架通過縱向支架固定連接。
3、 根據(jù)權利要求2所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述活動葉板連接于所述縱向支架，并可繞所述縱向支架旋轉(zhuǎn)。
4、 根據(jù)權利要求1或2或3所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述活動葉板的后側設置有偏心配重。
5、 根據(jù)權利要求l所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述固定葉板與所述活動葉板之間設置有彈性限位裝置，以使所述固定葉板與所述活 動葉板之間形成可變的受風槽區(qū)域。
6、 根據(jù)權利要求5所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述彈性限位裝置是由限位小彈簧和大彈簧連接成雙段拉力彈簧構成的彈性限位裝置。
7、 根據(jù)權利要求l所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述垂 直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與所述風輪組的主支撐點位于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的中部。
8、 根據(jù)權利要求1所述的活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，其特征在于所述風 輪組底部設置有風輪防擺裝置，所述風輪防擺裝置由兩個或者兩個以上的穩(wěn)定 輪組成，所述穩(wěn)定輪可繞所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的主機座的外軌道轉(zhuǎn)動。
專利摘要活葉調(diào)速型風力發(fā)電機組，包括內(nèi)設有發(fā)電機和控制裝置的機艙以及位于所述機艙上部的風葉驅(qū)動總成，所述風葉驅(qū)動總成由風輪組和垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成，所述風輪組設置有風葉及安裝于所述垂直立軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的風葉支架，其中，所述風葉為組合式風葉，所述組合式風葉由設置于所述風葉支架的升力型葉片及可變槽葉片組成，所述可變槽葉片由固定葉板和活動葉板組成。本實用新型采用升力型風葉與阻力型風葉相結合的組合式風葉，利用阻力型風葉起動扭矩大優(yōu)點在低風時起動風輪，實現(xiàn)微風發(fā)電，利用升力型風葉轉(zhuǎn)速高，風能利用率高的優(yōu)點綜合有效利用風能，不但有效解決垂直軸升力型風葉起動難的問題，提高了風能利用率，而且還解決了在強風時的限速問題。
文檔編號F03D9/00GK201281003SQ200820202580
公開日2009年7月29日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權日2008年10月28日
發(fā)明者劉少忠 申請人:劉少忠