專利名稱：風力發電葉輪的捕風面可調葉片及其葉片的調整方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電的裝置的，具體的是風力發電葉輪的捕風面可調葉片及
其葉片的調整方法。
背景技術：
風在我們這個地球上無處不再，風具有巨大的能量，在遠古人們就利用風能轉變為有用的機械能，用于提水、灌溉、磨面、舂米，利用風帆推動船舶前進。如今人們更加重視風能這種清潔可再生能源，利用風能發電是人們特別重視的課題。自然界的風能大小及方向是變化無常的，且變化非常頻繁，作為風力發電機的機械設備則需要較為穩定的運動，由于葉片捕風面積是固定的，通常當風力小于額定發電量風速時，發電機不能滿負荷發電，甚至葉片不旋轉，當風力大于額定發電量風速時將可能損壞電機或葉片，為此人們在研究調節葉片迎風面上作了大量研究。
發明內容
本發明為實現葉片的捕風面可根據需要方便調整、且結構簡單的目的，提出風力發電葉輪的捕風面可調葉片的技術方案。 本發明的技術方案為，風力發電葉輪的捕風面可調葉片，其特征在于，該葉片的葉片頭與葉片固定連接，葉片由固定葉片與活動葉片可轉動連接，葉片內設有葉片調整裝置，所述的葉片調整裝置與計算機自動控制系統連接。 所述的葉片的結構為橫截面為V形的固定葉片兩端均由鉸鏈可轉動的連接活動葉片，兩活動葉片另端均由鉸鏈可轉動的連接活動葉片，兩活動葉片另端由鉸鏈可轉動的相互連接；葉片頭與固定葉片固定連接，葉片頭外形為光滑曲面，尖端處由封閉面封閉；葉片調整裝置的結構為在葉片端設有電機，電機與傳動軸連接，傳動軸上不可轉動的連接多個齒輪，在固定葉片的內腔設有固定連接的支承，支承上設有支承輪，支承輪與齒輪間設有齒條，齒條外端與連接活動葉片的鉸鏈可轉動連接，電機與計算機自動控制系統連接。所述的V形的固定葉片內腔固定連接有支承板，傳動軸和支承輪連接在支承板上，V形的固定葉片角度P = 50-70° ，支承板右端至連接固定葉片的鉸鏈中心距離L^20毫米。所述葉片頭尖端處封閉面與活動葉片端夾角a = 40-50° 。 風力發電葉輪的捕風面可調葉片的調整方法，具體如下(l)以風電場的平均風速為依據，設計葉片的常規捕風面積；以風電場的最大安全風速為依據，設計葉片的安全捕風面積；將常規捕風面積設計為葉片最大捕風面，將安全捕風面積設計為葉片最小捕風面，根據風速和發電量的需要設計計算機自動控制系統；(2)計算機控制系統根據監測到的實時風速向電機發出正或反轉以及轉動量的指令；當風速小于等于平均風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶動葉片調整裝置將葉片調整為最大捕風面；當風速大于平均風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶動葉片調整裝置將葉片由最大捕風面調小；當風速大于最大安全風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶動葉片調整裝置將葉片
3由最大捕風面調整至最小捕風面；(3)電機帶動調整裝置調節兩活動葉片相互并列，且平 行或相互傾斜，使葉片的捕風面從常規捕風面積至安全捕風面積根據齒條位移量調整。所 述調整裝置為電機帶動傳動軸及與傳動軸固定連接的多個齒輪按指令所需要的量正、反轉 動，齒輪撥動齒條往復運動，拉動連接兩活動葉片的鉸鏈往復運動，調節活動葉片相互平行 或相互傾斜。 目前在設計風力發電機組時，一般捕風面積為定值，以風電場的平均風速為額定 發電量風速。在實踐中，一年中大多數時間的風速小于額定發電量風速，致使發電機組的年 發電效率低下，發電成本提高。當極端天氣出現風速大于最大發電量風速時，輕者燒毀發電 機，重者破壞風力發電系統，有的只能采取掛桿或拉繩完成停機。現有的風力發電機組葉片 通常為固定捕風面積，當風速較小時，葉片轉速較低，甚至不能轉動；風速過大時，葉片轉速 太高，可能發生燒毀發電機或折斷葉片的事故。 本發明是以風電場的平均風速為額定發電量風速為依據，設計葉片的常規捕風面 積；以風電場的最大安全風速為最大安全發電量風速為依據，設計葉片的安全捕風面積； 將常規捕風面積設計為葉片最大捕風面，將安全捕風面積設計為葉片最小捕風面，根據額 定發電量風速和最大安全發電量風速設計計算機自動控制系統；計算機控制系統根據監測 到的實時風速向電機發出指令；當風速小于等于平均風速，計算機控制系統向電機發出指 令，葉片調整裝置將葉片調整為最大捕風面；當風速大于平均風速，計算機控制系統向電機 發出指令，葉片調整裝置將葉片由最大捕風面調小；當風速大于或等于最大發電量風速，計 算機控制系統向電機發出指令，葉片調整裝置將葉片由最大捕風面調整至最小捕風面；捕 風面的調整是由電機帶動調整裝置調節中間兩活動葉片相互并列，且平行或相互傾斜，使 葉片的捕風面從常規捕風面積至安全捕風面積，根據齒條位移量調整。 本發明采用的捕風面可調葉片，葉片由固定葉片與活動葉片連接，葉片內設有葉 片調節裝置。所述的葉片的結構為橫截面為V形的固定葉片兩端與4片由鉸鏈可轉動連接 的活動葉片，使葉片的橫截面成為封閉空腔，固定葉片與活動葉片組合可使葉片的橫截面 由菱形變化為三角形，當調整葉片的橫截面為三角形時，葉片的捕風面積最大，當調整葉片 的橫截面為菱形時，葉片的捕風面積變小。葉片調節裝置的結構為在葉片一端設有電機， 電機與傳動軸連接，傳動軸上連接多個間隔均勻的齒輪，在支承輪與齒輪間設有齒條，齒條 外端與4片活動葉片中間的鉸鏈連接，電機與計算機自動控制系統連接。計算機自動控制 系統根據需要向電機發出轉動指令，電機轉動，帶動齒輪轉動，拉動齒條作往復運動，由于 齒條與鉸鏈連接，當齒條向外運動，將推動活動葉片向外伸出，使捕風面外凸，捕風面減小； 當齒條向內運動，將拉動活動葉片向內，使捕風面由外凸逐漸變為平面，捕風面增大，當捕 風面為兩塊活動葉片相互平行時，捕風面積最大。為使葉片捕捉到更多的風能，本發明在葉 片外端設置了與葉片頭，葉片頭外形由固定葉片的V形兩側曲面至合攏，葉片頭外形為光 滑曲面，尖端處封閉，葉片頭尖端處封閉面與活動葉片端夾角a為40-50° ;為防止兩活動 葉片內凹，本發明將支承板設計為外伸至活動葉片處，起到對活動葉片的限位作用。本發明 可以在風速小于或等于平均風速時，葉片調整為最大捕風面積，這樣可以充分發揮設備效 率，提高發電效率，降低發電成本，當風速大于最大安全發電量風速時，可將葉片的捕風面 積調小，可防止電機燒毀或葉片被折斷。本發明結構簡單、設計合理，葉片的捕風面積可方 便的根據需要調整，保證葉片能安全高效工作。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1是本發明使用狀態圖。 圖2是本發明葉片主視圖。 圖3是本發明A_A剖視圖。 圖4是去除活動葉片的本發明結構示意圖。 圖5是圖4的局部放大圖。 圖6是本發明收縮捕風面狀態圖。 圖7是本發明最大捕風面狀態圖。 圖中(l)為葉片，(2)為葉片頭，(3)為活動葉片，(4)為活動葉片，(5)為鉸鏈， (6)為固定葉片，(7)為齒輪，(8)為齒條，(9)為支承板，(10)支承輪，(11)為傳動軸，(12) 為電機、(13)為封閉面。
具體實施方案 以風電場的平均風速為依據，設計葉片的常規捕風面積；以風電場的最大安全風 速為依據，設計葉片的安全捕風面積；將常規捕風面積設計為葉片最大捕風面，將安全捕風 面積設計為葉片最小捕風面，根據風速和發電量的需要設計計算機自動控制系統；計算機 控制系統根據監測到的實時風速向電機(12)發出正或反轉以及轉動量的指令；當風速小 于等于平均風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶動葉片調整裝置將葉片調整為 最大捕風面；當風速大于平均風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶動葉片調整裝 置將葉片由最大捕風面調小；當風速大于最大安全風速，計算機控制系統向電機發出指令， 電機帶動葉片調整裝置將葉片由最大捕風面調整至最小捕風面；電機帶動調整裝置調節兩 活動葉片(3)相互并列，且平行或相互傾斜，使葉片的捕風面從常規捕風面積至安全捕風 面積根據齒條位移量調整。 葉片(1)的葉片頭(2)與葉片固定連接，葉片由固定葉片(6)與活動葉片可轉動 連接，葉片內設有葉片調節裝置，橫截面為V形的固定葉片(6)角度I3 = 40-70° ，V形的固 定葉片兩端均由鉸鏈(5)可轉動的連接活動葉片(4)，兩活動葉片(4)另端均由鉸鏈(5)可 轉動的連接活動葉片(3)，兩活動葉片(3)另端由鉸鏈(5)可轉動的相互連接；葉片頭(2) 與固定葉片(6)固定連接，葉片頭外形為光滑曲面，尖端處由封閉面(13)封閉，片頭尖端處 封閉面與活動葉片端夾角a = 40-50° ;葉片調節裝置的結構為在葉片端設有電機(12)， 電機與傳動軸(11)連接，傳動軸上不可轉動的連接3-5個間隔均勻的齒輪(7)，齒輪的數量 及間隔可根據葉片的長度需要設計，在固定葉片(6)的內腔設有固定連接的支承(9)，支承 上設有兩個支承輪(IO)，支承輪與齒輪間設有齒條(8)，齒條外端與連接活動葉片(3)的鉸 鏈(5)可轉動連接，支承板右端至連接固定葉片的鉸鏈中心距離L > 20毫米，L的具體尺 寸以活動葉片(3)和(4)不向內凹為宜，外伸的支承板起到對活動葉片(4)的限位作用，可 有效防止活動葉片向內折。電機(12)與計算機自動控制系統連接。
權利要求
風力發電葉輪的捕風面可調葉片，其特征在于，該葉片(1)的葉片頭(2)與葉片固定連接，葉片由固定葉片(6)與活動葉片(3)和(4)可轉動連接，葉片內設有葉片調整裝置，所述的葉片調整裝置與計算機自動控制系統連接。
2. 如權利要求1所述的風力發電葉輪的捕風面可調葉片，其特征在于，所述的葉片的 結構為橫截面為V形的固定葉片(6)兩端均由鉸鏈(5)可轉動的連接活動葉片(4)，兩活 動葉片(4)另端均由鉸鏈(5)可轉動的連接活動葉片(3)，兩活動葉片(3)另端由鉸鏈(5) 可轉動的相互連接；葉片頭(2)與固定葉片(6)固定連接，葉片頭外形為光滑曲面，尖端處 由封閉面(13)封閉；葉片調整裝置的結構為在葉片端設有電機(12)，電機輸出軸與傳動 軸(11)連接，傳動軸上不可轉動的連接齒輪(7)，在固定葉片(6)的內腔設有固定連接的支 承(9)，支承上設有支承輪(IO)，支承輪與齒輪間設有齒條(8)，齒條外端與連接活動葉片 (3)的鉸鏈(5)可轉動連接，電機(12)與計算機自動控制系統連接。
3. 如權利要求2所述的風力發電葉輪的捕風面可調葉片，其特征在于，所述的V形的固 定葉片(6)內腔固定連接有支承板(9)，傳動軸(11)和支承輪(10)連接在支承板上，V形 的固定葉片(6)角度13 = 50-70° ，支承板右端至連接固定葉片的鉸鏈中心距離L^20毫 米。
4. 如權利要求2所述的風力發電葉輪的捕風面可調葉片，其特征在于，所述葉片頭尖 端處封閉面與活動葉片端夾角a = 40-50° 。
5. 風力發電葉輪的捕風面可調葉片的調整方法，其特征在于，具體方法如下(1) 以風電場的平均風速為依據，設計葉片的常規捕風面積；以風電場的最大安全風 速為依據，設計葉片的安全捕風面積；將常規捕風面積設計為葉片最大捕風面，將安全捕風 面積設計為葉片最小捕風面，根據風速和發電量的需要設計計算機自動控制系統；(2) 計算機控制系統根據監測到的實時風速向電機(12)發出正或反轉以及轉動量的 指令；當風速小于等于平均風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶動葉片調整裝置 將葉片調整為最大捕風面；當風速大于平均風速，計算機控制系統向電機發出指令，電機帶 動葉片調整裝置將葉片由最大捕風面調小；當風速大于最大安全風速，計算機控制系統向 電機發出指令，電機帶動葉片調整裝置將葉片由最大捕風面調整至最小捕風面；(3) 電機帶動調整裝置調節兩活動葉片(3)相互并列，且平行或相互傾斜，使葉片的捕 風面從常規捕風面積至安全捕風面積根據齒條位移量調整。
6. 如權利要求5所述的風力發電葉輪的捕風面可調葉片的調整方法，其特征在于，所 述調整裝置為電機帶動傳動軸(11)及與傳動軸固定連接的多個齒輪(7)按指令所需要的 量正、反轉動，齒輪撥動齒條(8)往復運動，拉動連接兩活動葉片(3)的鉸鏈(5)往復運動， 調節活動葉片(3)相互平行或相互傾斜。
全文摘要
本發明為風力發電葉輪的捕風面可調葉片及其葉片的調整方法，葉片頭與葉片連接，葉片由固定葉片與活動葉片可轉動連接，葉片內設有葉片調整裝置，葉片調整裝置與自動控制系統連接。其調整方法為將常規捕風面積設計為最大捕風面，將安全捕風面積設計為最小捕風面，根據需要設計計算機自動控制系統；計算機控制系統根據風速向電機發出指令；電機帶動葉片調整裝置按需調整葉片。本發明可以在風速小于或等于平均風速時，葉片調整為最大捕風面積；當風速大于最大安全發電量風速時，可將葉片的捕風面積調小。本發明結構簡單、設計合理，葉片的捕風面積可方便的根據需要調整，保證葉片能安全高效工作。
文檔編號F03D7/04GK101718251SQ201010039198
公開日2010年6月2日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者李金芬 申請人:李金芬