采用空气动力刹车的升力型立轴风车

IPRDB

API 数据接口

专利申请

使用指引 chat嘟嘟

会员体验

联系我们

交流群

现在联系顾问~

采用空气动力刹车的升力型立轴风车
申请号	CN201110407623.7	申请日	2011-12-09	公开(公告)号	CN102536665A	公开(公告)日	2012-07-04
申请人	河海大学; 南京河海科技有限公司;			发明人	赵振宙; 原红红; 黄娟; 郑源; 任岩; 赵振宁;
摘要	本发明公开了一种采用空气动力刹车的升力型立轴风车，包括风车轴以及设置在风车轴上的两片或两片以上的升力叶片，在风车轴上还设置有风速传感器、转速传感器以及中央控制器，升力叶片包括叶片主体以及设置在叶片主体高度方向上不同高度的至少一个尾缘叶片，该尾缘叶片的一端铰接在所述的叶片主体上，尾缘叶片的另一端与一尾缘叶片张角调节机构连接，中央控制器采集所述的风速传感器的风速和转速传感器的转速，并控制张角调节机构调节两片尾缘叶片的张角。尾缘叶片最大开度时，尾缘叶片完全翘起，产生极大的空气动力阻力，起到空气动力刹车的作用。采用该设计可以有效保护立轴风车在大风下的安全性，可以突破立轴风车无法大型化应用的瓶颈。
权利要求	1.一种采用空气动力刹车的升力型立轴风车，包括风车轴以及设置在风车轴上的两片或两片以上的升力叶片，其特征在于：在所述的风车轴上还设置有风速传感器、转速传感器以及中央控制器，所述的升力叶片包括叶片主体以及设置在叶片主体高度方向上不同高度的至少一个尾缘叶片，该尾缘叶片的一端铰接在所述的叶片主体上，尾缘叶片的另一端与一尾缘叶片张角调节机构连接，所述的中央控制器采集所述的风速传感器的风速和转速传感器的转速，并控制所述的张角调节机构调节两片尾缘叶片的张角。 2.根据权利要求1所述的采用空气动力刹车的升力型立轴风车，其特征在于：同一高度上的尾缘叶片为两个。 3.根据权利要求1或2所述的采用空气动力刹车的升力型立轴风车，其特征在于：所述的张角调节机构包括一液压千斤顶、一连杆以及一用于控制液压千斤顶输出行程的执行器，所述的连杆的一端连接在液压千斤顶上，连杆的另一端铰接在其中之一尾缘叶片上。 4.根据权利要求3所述的采用空气动力刹车的升力型立轴风车，其特征在于：所述的连杆为两个，两个连杆的一端分别铰接在两个尾缘叶片上，两个连杆的另一端则铰接在千斤顶上。
说明书全文	采用空气动力刹车的升力型立轴风车技术领域 [0001] 本发明涉及风车技术领域，尤其是一种采用空气动力刹车的升力型叶片立轴风车装置。背景技术 [0002] 与水平轴风车相比，升力型立轴风车转速慢，噪音低；维护费用低；无需对风，不存在偏航功率损失。但升力型立轴风车的风能转化率，低于水平轴风车，因而发展较慢，应用率较低。 [0003] 风能利用系数较低限制了升力型立轴风轮的快速发展。升力型风车不能控制转速以及无法气动刹车使得其大型化应用受到了限制。小型风力机结构较小，可以采用较大的结构尺寸来满足风力机的结构强度，因此安全性问题可以不用太多地的考虑，即使采用定桨距风轮结构或者没有空气动力刹车的结构，也没有太大的安全问题。加上小型风力机成本较低，即使叶片发生损坏，叶片更换也不会产生很大的费用。总的来讲，小型立轴风车一般不设有气动刹车。但是若在大型立轴风车应用，由于制造和维护的成本都在急剧增加，因此其安全性问题必然放在一个更加重要的位置。升力型立轴风车变桨距设计还不够成熟，而且目前变桨距研究设计的目的也是增大升力型风车的出力，并非用于限制在大风下的转速和出力。因此，其出发点与水平轴风车的变桨距设计理念完全不同。这就造成大型立轴风车在大风下，无法利用空气动力学来控制风车转速，甚至出现在高风速下使风车不能完全停下来以及飞车的局面，因此大型风车的安全性没有保障，从而极大限制了升力型风车的快速发展。在没有空气动力刹车的条件下，立轴风车无法大型化应用。 [0004] 要想突破此瓶颈，必须解决升力型立轴风车空气动力刹车问题，使该类能够在大风下借组空气动力刹车来灵活停机和减速。发明内容 [0005] 本发明所要解决的技术问题是提供了采用空气动力刹车装置的高性能升力型立轴风车。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种采用空气动力刹车的升力型立轴风车，包括风车轴以及设置在风车轴上的两片或两片以上的升力叶片，其特征在于：在所述的风车轴上还设置有风速传感器、转速传感器以及中央控制器，所述的升力叶片包括叶片主体以及设置在叶片主体高度方向上不同高度的至少一个尾缘叶片，该尾缘叶片的一端铰接在所述的叶片主体上，尾缘叶片的另一端与一尾缘叶片张角调节机构连接，所述的中央控制器采集所述的风速传感器的风速和转速传感器的转速，并控制所述的张角调节机构调节两片尾缘叶片的张角。 [0007] 同一高度上的尾缘叶片为两个。 [0008] 所述的张角调节机构包括一液压千斤顶、一连杆以及一用于控制液压千斤顶输出行程的执行器，所述的连杆的一端连接在液压千斤顶上，连杆的另一端铰接在其中之一尾缘叶片上。 [0009] 所述的连杆为两个，两个连杆的一端分别铰接在两个尾缘叶片上，两个连杆的另一端则铰接在千斤顶上。 [0010] 所述的尾缘叶片打开的开度由反馈给中央控制器的转速信号所决定。 [0011] 所述的控制信号执行机构可以接受到风车的转速信号、风速信号，可以执行驱动液压系统工作的命令。 [0012] 与现有技术相比，本发明立轴风车的有益效果是：1、风车叶片采用分体式叶片设计，尾缘叶片可以打开，也可以合拢。当风车起动时和正常运行时尾缘叶片合拢，整体具有流线型，产生升力，推动风轮旋转。此时风车与其他升力型立轴风车无异。此效果可以保证叶片设计不影响风轮的正常工作。 [0013] 2、当风速超过风车设计风速，而且转速超过风车设计转速时，转速传感器和风速传感器将触动中央控制器，发出执行降速命令信号到命令执行器，然后触动液压千斤顶工作，尾缘叶片小幅度打开，破坏了升力叶片机翼翼型，阻力增大，风车转速下降。若转速因风大仍未下降，液体千斤顶继续推动尾缘打开，直到转速恒定。此效果可以保证风车在额定风速外恒速恒功率运行。 [0014] 3、当风速很大超过设计可承受风速，或者需要风车停机的时候，此时命令执行系统将执行停机命令，液压千斤顶推动尾缘快速完全打开，上下翼面与弦线垂直，翘起的翼面将产生极大的空气动力阻力，使风轮转速急剧降低。此时，配合机械刹车使风轮完全停止。若没有气动刹车风轮纯利用机械刹车则无法完成制动，甚至无法减速，极有可能造成风车飞车，进而造成风车损坏。此效果可以使风轮利用空气动力阻力来气动刹车。 [0015] 4、采用空气动力刹车，可以使升力型立轴风车大型化，可以运行在更高的风速下，也可以经受住更高的风载荷，风机运行更加安全可靠。附图说明 [0016] 图1是本发明具有两片升力叶片的立轴风车示意图。 [0017] 图2是本发明具有两片升力叶片的立轴风车俯视示意图。 [0018] 图3 是本发明升力叶片减速运行结构示意图。 [0019] 图4 是本发明升力叶片尾翼叶片两侧可打开设计的刹车运行示意图。 [0020] 图5是本发明升力叶片尾翼叶片单侧打开设计的刹车运行示意图。 [0021] 其中：1、叶片；2、风速传感器；3、支撑杆；4、发电机；5、风机轴；6、转速传感器；7、塔架；8、叶片内部支架；9、连杆；10、尾缘叶片转轴；11、叶片本体；12、尾缘叶片；13、命令执行器；14、液压千斤顶；15、连杆根部转轴；16、中央控制器。具体实施方式 [0022] 下面结合附图，对本发明作详细说明。如图1所示，本发明采用空气动力刹车的升力型风车装置，包括风车叶片1、叶片支撑杆3、发电机4、风车轴5和塔架7。在风车轴5上通过支撑杆3安装有2片或2片以上的升力型叶片2，升力型叶片2由叶片本体11和尾缘叶片12，尾缘叶片设置在叶片主体11高度方向上，既可以设置一个沿整体高度的尾缘叶片12，也可以是两个沿高度方向上的两个对称的整体尾缘叶片，还可以在不同高度分别设置尾缘叶片，尾缘叶片个数以及具体的设置方案依制动力要求而定。风速传感器2固定于风机顶部，测量高度高于风机叶片叶尖高度；转速传感器6固定于塔架7上，相对于风机轴5处于静止状态，用于测量风车转速信号。 [0023] 如图2所示，风速信号传感器2和转速传感器6及时传信号给中央控制器16，如果风速小于额定设计风速同时转速小于额定转速，风车尾缘叶片12处于闭合状态；如果风速小于额定风速，但转速大于额定转速一定时间，触动命令执行器13，液压千斤顶打开尾缘叶片12。在慢速打开尾缘叶片的同时，转速信号和风速信号将反馈信号于中央控制器16，如果转速有下降趋势但仍高于额定转速，或者转速无下降趋势，则中央控制器16给予风车命令执行器13信号，继续打开尾缘叶片12。如果反馈信号显示，尾缘叶片12打开到转速等于或低于额定转速，则停止打开尾缘叶片12，保持该转速运行。如果风速信号检测到风速几秒内远大于设计风速，则中央控制器13给出执行命令，迅速全部打开尾缘叶片12，采用气动刹车。 [0024] 如图3所示为尾缘叶片12部分打开后，破坏了叶片机翼的流线型流场，产生较大阻力，起到减速的作用。 [0025] 如图2所示为叶片后缘12全部打开后，严重破坏了叶片机翼的流线型流场，产生极大阻力，起到刹车的作用。 [0026] 如图3所示，叶片2内部有内支架8，起加固叶片的作用，与叶片支撑杆3相固定。在内部还固定有信号命令执行器13、液压千斤顶14、连杆9。命令执行器13给出执行命令信号且触动液压千斤顶14工作，推动连杆9向前或向后。向前推进，则通过连杆顶端转轴和连杆根部转轴15，使尾缘叶片12绕尾缘叶片转轴10向外旋转一角度，叶片打开；如果向后收缩，则尾缘叶片12合拢。 [0027] 在尾缘全部打开后，转速急剧下降，到一定低速时，机械刹车动作，可安全制动风轮。 [0028] 本发明为采用了空气动力刹车的立轴风车，由分体式设计的升力叶片1、叶片支撑杆3、发电机4、风车轴5、塔架7、风速传感器2、转速传感器6和中央控制16组成。其中，叶片1内部主要由命令执行器13、液压千斤顶14、连杆9以及可以分开合拢的尾缘叶片12组成。传感器检测的信号，通过中央控制器16给命令执行器13发出执行命令信号，液压千斤顶14在命令执行器触动下推动连杆9打开尾缘叶片12或者合拢尾缘叶片12。当叶片12打开后，将破坏叶片流线型流场产生阻力；当尾缘叶12片全部打开后，则产生极大的空气阻力，风车无法转动，起到空气动力刹车的作用。采用该空气动力刹车可以有效保护立轴风车在大风下的安全性，可以突破立轴风车无法大型化应用的瓶颈。