專利名稱：一種集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的控制方法及其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計與制造技術(shù)，具體是集風(fēng)式立軸(又稱垂直軸)
風(fēng)機(jī)的控制方法及其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
為了使風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中達(dá)到高的風(fēng)能效率和功率控制，現(xiàn)行的控制方法基本都采用 變漿技術(shù)和偏航技術(shù)，這種方法對水平軸機(jī)型的控制是有效的，但用于立軸機(jī)型、特別是大 型的，這些技術(shù)存在不小的問題一是立軸風(fēng)機(jī)的葉片處于風(fēng)輪圓周上的線速度運(yùn)行，調(diào)節(jié) 漿距角轉(zhuǎn)動葉片時的進(jìn)動扭矩易導(dǎo)致葉片震顫而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)疲勞，降低了風(fēng)機(jī)的安全性和使 用壽命；二是立軸風(fēng)機(jī)的葉片間距離較大，漿距角驅(qū)動機(jī)構(gòu)、特別是液壓或氣動部件在運(yùn)動 與靜止結(jié)合部的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，提高了控制成本、降低了控制可靠性；三是立軸風(fēng)機(jī)沒有偏航現(xiàn) 象、無偏航技術(shù)可言。 為了避免出現(xiàn)上述問題，立軸風(fēng)機(jī)的葉片相對于風(fēng)輪必須是固定的。因此，運(yùn)行中 達(dá)到高的風(fēng)能效率和功率控制就必須采用新的控制方法。 本發(fā)明設(shè)計了一種可調(diào)節(jié)的集風(fēng)系統(tǒng)，提出了一種葉片相對于風(fēng)輪固定的立軸風(fēng) 機(jī)的風(fēng)能效率和功率控制的解決方案。這是一種全新的控制方法，同時還設(shè)計了一種新型 的集風(fēng)式立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的控制方法和實(shí)現(xiàn)所述控制方法的一 種集風(fēng)式立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 本發(fā)明的目的可以通過采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) —種集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的控制方法，其特征是通過調(diào)節(jié)集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的集風(fēng)系統(tǒng) 的方位角度能控制入流風(fēng)速v，而入流風(fēng)速v與相對風(fēng)速u、相對風(fēng)速u與葉片的攻角a 、葉 片的攻角a與風(fēng)輪的驅(qū)動力Fp風(fēng)輪的驅(qū)動力巳與風(fēng)機(jī)功率之間彼此關(guān)聯(lián)，因此通過調(diào)節(jié) 集風(fēng)系統(tǒng)的方位角度能達(dá)到控制風(fēng)機(jī)功率的目的；所述集風(fēng)系統(tǒng)由至少三個風(fēng)導(dǎo)8和驅(qū)動 器件組成，風(fēng)導(dǎo)8由集風(fēng)翼4、導(dǎo)風(fēng)翼5和立柱6構(gòu)成，其特征是集風(fēng)翼4和導(dǎo)風(fēng)翼5兩者分 別連接在立柱6的兩側(cè)、并且兩者均能繞立柱6轉(zhuǎn)動，立柱6豎向并且彼此之間等間距地置 于以風(fēng)機(jī)主軸1的軸心為圓心、以大于風(fēng)輪2半徑+導(dǎo)風(fēng)翼5寬度為半徑的圓周f上，集風(fēng) 翼4位于所述圓周f的外側(cè)、導(dǎo)風(fēng)翼5位于所述圓周f的內(nèi)側(cè)；集風(fēng)翼4轉(zhuǎn)動的方位角9 是立柱6橫截面中心點(diǎn)和主軸1橫截面軸心的連線a與集風(fēng)翼4橫截面中心線b之間的夾 角、導(dǎo)風(fēng)翼5轉(zhuǎn)動的方位角13是所述連線a與導(dǎo)風(fēng)翼5橫截面中心線c之間的夾角；當(dāng)與 集風(fēng)翼4和導(dǎo)風(fēng)翼5連接的所述驅(qū)動器件工作時，集風(fēng)翼4和導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié) 方位角9和方位角P變化而改變?nèi)肓黠L(fēng)速v。 —種集風(fēng)式立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它主要由主軸1、風(fēng)輪2、塔架3、軸承7、基座10、變 速箱11、發(fā)電機(jī)12和集風(fēng)系統(tǒng)組成，其特征是風(fēng)輪2固連在主軸1上，主軸1通過軸承7安裝在塔架3的中心位置，風(fēng)輪2安裝在塔架3的里面，塔架3固定在基座10上面，變速箱 11和發(fā)電機(jī)12安裝在塔架3下面的基座10里面，變速箱11的低速軸與主軸1的底端連 接、變速箱11的高速軸與發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子軸連接，集風(fēng)系統(tǒng)安裝在塔架3上；所述風(fēng)輪2 由至少兩個葉片9和至少四個懸臂13組成，懸臂13的一端與主軸1連接、另一端與葉片9 連接；所述塔架3由至少三根立柱6、至少六根徑向梁16、至少六根橫梁24和至少兩個軸承 座17構(gòu)成，徑向梁16的一端與立柱6固連、另一端與軸承座17固連，橫梁24的兩端與相 鄰的立柱6固連；所述軸承7安裝在軸承座17中間，所述主軸1安裝在所述軸承7的中間； 所述集風(fēng)系統(tǒng)由至少三個風(fēng)導(dǎo)8和驅(qū)動器件組成，風(fēng)導(dǎo)8由集風(fēng)翼4、導(dǎo)風(fēng)翼5和所述塔架 3的立柱6構(gòu)成，集風(fēng)翼4安裝在所述立柱6外側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，集風(fēng)翼4轉(zhuǎn)動的方位 角9是立柱6橫截面中心點(diǎn)和主軸l橫截面軸心的連線a與集風(fēng)翼4橫截面中心線b之 間的夾角，導(dǎo)風(fēng)翼5安裝在所述立柱6的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，導(dǎo)風(fēng)翼5轉(zhuǎn)動的方位角13 是所述連線a與導(dǎo)風(fēng)翼5橫截面中心線c之間的夾角，所述驅(qū)動器件由驅(qū)動器18和傳動裝 置20組成，傳動裝置20與所述導(dǎo)風(fēng)翼5連接或者與所述集風(fēng)翼4連接，驅(qū)動器18通過傳 動裝置20驅(qū)動和控制導(dǎo)風(fēng)翼5的方位角e變化或者驅(qū)動和控制集風(fēng)翼4的方位角9變 化。通過調(diào)節(jié)集風(fēng)翼4的方位角e或?qū)эL(fēng)翼5的方位角13大小來控制入流風(fēng)速v、入流風(fēng) 速v與相對風(fēng)速u、相對風(fēng)速u與葉片的攻角a、葉片的攻角a與風(fēng)輪的驅(qū)動力Fp風(fēng)輪的 驅(qū)動力^與風(fēng)機(jī)功率之間關(guān)聯(lián)，通過調(diào)節(jié)集風(fēng)翼4的方位角e或?qū)эL(fēng)翼5的方位角e控 制風(fēng)能效率和風(fēng)機(jī)功率。
本發(fā)明還包括以下的技術(shù)方案 所述風(fēng)輪2的另一種結(jié)構(gòu)是由至少兩個葉片9、至少四個懸臂13和至少四個撐臂 21組成，撐臂21的一端與懸臂13連接、另一端與主軸1連接，懸臂13的一端與主軸1連 接、另一端與葉片9連接。所述風(fēng)輪2的另一種安裝方案是沿豎直方向，在所述主軸1上連 接至少兩個風(fēng)輪2。 所述塔架3的另一種結(jié)構(gòu)是由至少三根立柱6、至少六根徑向梁16、至少六根橫梁 24、至少兩個軸承座17和至少三根立柱23構(gòu)成，立柱6的兩端與徑向梁16固連，徑向梁16 的一端與軸承座17固連、另一端與立柱6和立柱23固連或者與橫梁24固連，橫梁24的兩 端與相鄰兩根立柱23固連。 所述風(fēng)導(dǎo)8的另一種結(jié)構(gòu)是由所述集風(fēng)翼4、所述導(dǎo)風(fēng)翼5、所述立柱6、支撐件14 和定位器22組成，其特征是支撐件14固連在立柱6外側(cè)，集風(fēng)翼4安裝在支撐件14豎直 方向的轉(zhuǎn)軸e上，導(dǎo)風(fēng)翼5安裝在立柱6的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，定位器22安裝在支撐 件14上；當(dāng)定位器22處于定位工作狀態(tài)時，集風(fēng)翼4被固定在支撐件14上所述方位角9 的位置上，當(dāng)定位器22處于去定位工作狀態(tài)時，集風(fēng)翼4在風(fēng)的作用下，能繞支撐件14的 豎向轉(zhuǎn)軸e順風(fēng)轉(zhuǎn)動。所述風(fēng)導(dǎo)8的第三種結(jié)構(gòu)是由所述集風(fēng)翼4、所述導(dǎo)風(fēng)翼5、所述立 柱6和所述立柱23組成，集風(fēng)翼4安裝在立柱6與立柱23之間所述方位角9的位置上， 導(dǎo)風(fēng)翼5連接在立柱6的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動。所述風(fēng)導(dǎo)8的第四種結(jié)構(gòu)是僅由連接在 所述立柱6上并繞立柱6轉(zhuǎn)動的所述導(dǎo)風(fēng)翼5組成。所述風(fēng)導(dǎo)8的另一種安裝方案是沿豎 直方向，在所述塔架3上安裝至少兩組風(fēng)導(dǎo)，每組風(fēng)導(dǎo)至少由三個風(fēng)導(dǎo)8組成。
所述傳動裝置20的一種設(shè)計方案是由減速器19、至少兩個導(dǎo)輪組件25、鋼絲繩26 和至少三個鋼絲繩連接件15組成，其特征是導(dǎo)輪組件25安裝在相鄰兩個所述立柱6或者所述立柱23之間橫梁24的中間位置，鋼絲繩26通過連接件15與導(dǎo)風(fēng)翼5連接，鋼絲繩26 經(jīng)過導(dǎo)風(fēng)翼5之間的導(dǎo)輪組件25上的導(dǎo)輪繞接在減速器19輸出軸的動力輪上形成閉合， 減速器19的輸入軸與驅(qū)動器18為電機(jī)的軸連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn) 動。所述傳動裝置20的第二種設(shè)計方案是由連接件27、轉(zhuǎn)軸28和連接件29組成，其特征 是連接件29的一端與轉(zhuǎn)軸28連接、另一端與導(dǎo)風(fēng)翼5連接，連接件27的一端與轉(zhuǎn)軸28連 接、另一端與驅(qū)動器18為步進(jìn)電機(jī)的軸連接，步進(jìn)電機(jī)安裝在立柱6上，當(dāng)所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動時驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn)動。所述傳動裝置20的第三種設(shè)計方案是由驅(qū)動器18為液 壓機(jī)的行程桿構(gòu)成傳動裝置20，其特征是傳動裝置20與驅(qū)動器18為一體，所述液壓機(jī)安裝 在所述徑向梁16或者安裝在所述橫梁24上，所述液壓機(jī)的行程桿與導(dǎo)風(fēng)翼5連接，液壓機(jī) 工作時驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn)動。用以上所述傳動裝置20的三種設(shè)計方案同樣能驅(qū)動 所述集風(fēng)翼4繞立柱6轉(zhuǎn)動，只需將連接導(dǎo)風(fēng)翼5的地方改變?yōu)檫B接集風(fēng)翼4。
本發(fā)明的有益效果 —是在所述集風(fēng)系統(tǒng)中，相鄰的兩個風(fēng)導(dǎo)8之間形成了以集風(fēng)翼4橫截面中心線 b的交點(diǎn)或者導(dǎo)風(fēng)翼5橫截面中心線c的交點(diǎn)為扇心的扇形區(qū)域；風(fēng)經(jīng)過上述扇形區(qū)域時， 流通截面是由大變小的過程，由于流體的伯努利(Bernoulli)效應(yīng)，風(fēng)壓和風(fēng)速是由小變 大的過程，因此，風(fēng)導(dǎo)8所起的一個作用是聚集風(fēng)能、提高風(fēng)速；由于風(fēng)能的功率與風(fēng)速的 立方成正比，所以本發(fā)明的效果之一是提高了吹到風(fēng)機(jī)葉片上的風(fēng)能功率。
二是對采用升推型葉片(這種葉片與風(fēng)作用時既能產(chǎn)生推力、又能產(chǎn)生升力)的 風(fēng)機(jī)，風(fēng)速較小時葉片的動力主要由推力提供、風(fēng)速較大時葉片的動力主要由升力提供，簡 單講相對于風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)方向，葉片的推力來源于順風(fēng)、升力近似來源于逆風(fēng)，產(chǎn)生推力與產(chǎn) 生升力的風(fēng)向是不同的。因此，僅用定向的集風(fēng)系統(tǒng)不能有效利用升推型葉片的性能。在 本發(fā)明所述集風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)導(dǎo)8有調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的功能，對集風(fēng)翼4固定安裝在方位角e 位置的風(fēng)導(dǎo)8，只有導(dǎo)風(fēng)翼5能調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向；當(dāng)集風(fēng)翼4固定安裝在方位角e #0的方 位上時，集風(fēng)翼4形成扇形的扇心與主軸1的軸心不重合，此時的集風(fēng)翼4能形成定向的偏 離主軸1軸心的風(fēng)流導(dǎo)向、但不能調(diào)節(jié)導(dǎo)向，導(dǎo)風(fēng)翼5的作用是在集風(fēng)翼4確定的導(dǎo)向上進(jìn) 一步改變和調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向，方位角e值的確定與風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)的年均風(fēng)速有關(guān)；對集風(fēng)翼 4和導(dǎo)風(fēng)翼5都能繞立柱6轉(zhuǎn)動的風(fēng)導(dǎo)8，改變和調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的范圍更大。風(fēng)導(dǎo)8改變和 調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的另一個作用是在風(fēng)輪2的周圍形成更多的出力風(fēng)流，從而增加葉片的出力 時間。本發(fā)明的效果之二是有效利用升推型葉片的性能，提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用效率。
三是本發(fā)明的集風(fēng)系統(tǒng)既能聚集風(fēng)能、提高風(fēng)速和風(fēng)機(jī)效率，還能在風(fēng)速超過額 定風(fēng)速時，調(diào)節(jié)風(fēng)導(dǎo)8溢出多余的風(fēng)能、保持風(fēng)機(jī)在額定風(fēng)速下運(yùn)行；通過調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)翼5的 方位角P和集風(fēng)翼4的方位角e控制作用在葉片9上的入流風(fēng)速v、相對風(fēng)速u和攻角 a ，從而達(dá)到控制風(fēng)機(jī)功率的目的?，F(xiàn)有的風(fēng)機(jī)功率控制方法是通過調(diào)節(jié)葉片的漿矩角，來 控制葉片的攻角；在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，葉片是運(yùn)動部件，對運(yùn)動部件、特別是大型的，實(shí)施控制涉 及很多問題。與此相比，本發(fā)明的功率控制是通過安裝在塔架上的集風(fēng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，在風(fēng) 機(jī)運(yùn)行時，塔架3和風(fēng)導(dǎo)8相對于控制及其執(zhí)行驅(qū)動機(jī)構(gòu)是靜止的，實(shí)施控制涉及的問題相 對簡單很多。本發(fā)明的效果之三是通過對風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的靜止部件風(fēng)導(dǎo)的調(diào)節(jié)，來控制風(fēng)機(jī) 的功率，這是一個全新的風(fēng)機(jī)功率控制方法。 四是本發(fā)明的主軸1和風(fēng)輪2全部置于塔架3之中，減小了對主軸1和風(fēng)輪2的抗彎矩強(qiáng)度要求，主軸1貫穿整個風(fēng)輪2，使風(fēng)輪2的結(jié)構(gòu)得以簡化和緊湊，因此降低了主 軸1的材料成本和風(fēng)輪的制造成本；由于本發(fā)明的塔架3比通常立軸風(fēng)機(jī)塔架的跨度大，可 采用多立柱結(jié)構(gòu)，而這正是設(shè)置集風(fēng)系統(tǒng)的要求，因此塔架立柱在結(jié)構(gòu)上是一物兩用。本發(fā) 明的主軸1、風(fēng)輪2、塔架3和風(fēng)導(dǎo)8的總體造價與相同容量無集風(fēng)系統(tǒng)的立軸風(fēng)機(jī)相應(yīng)總 體造價差別不大，但本發(fā)明的控制方法帶來的控制可靠性、易實(shí)施性和低成本的優(yōu)勢顯著， 主要體現(xiàn)在本發(fā)明控制方法的實(shí)施過程中不存在控制運(yùn)動部件時產(chǎn)生的進(jìn)動扭矩、陀螺扭 矩、葉片震顫、葉片強(qiáng)度要求相對高、運(yùn)動部件與靜止部件結(jié)合部的傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜、故障率 相對高等問題。本發(fā)明風(fēng)導(dǎo)8設(shè)置在風(fēng)輪2的外面，能在相當(dāng)大程度上減小陣風(fēng)對葉片9 的沖擊，集風(fēng)翼4能在大風(fēng)時自行解除集風(fēng)功能而順風(fēng)轉(zhuǎn)動，減小大風(fēng)對風(fēng)機(jī)的沖擊壓力、 提高風(fēng)機(jī)的安全性，消除了陣風(fēng)和大風(fēng)對葉片沖擊引起風(fēng)機(jī)故障、部件壽命降低、甚至疲勞 斷裂的主要根源。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)對安裝風(fēng)輪2和風(fēng)導(dǎo)8提供了方便，塔架3安裝與常見的 輸電塔安裝相似，塔架3安裝后在頂部安裝起重葫蘆或倒鏈便能吊裝部件，發(fā)電機(jī)12和變 速箱11安裝在塔架3下面，因此不用租用起重吊車，降低安裝和維修成本。本發(fā)明的效果 之四是提高了控制過程的可靠性，減少引發(fā)故障的因素，延長風(fēng)機(jī)壽命，降低控制、葉片、安 裝和維護(hù)成本。


圖1是本發(fā)明中兩種四葉片風(fēng)輪和兩種三葉片風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明中一種四葉片雙風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明中一種四葉片四風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明中一種三葉片六風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明中一種兩葉片四風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖 圖6是本發(fā)明中一種三螺旋葉片風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是本發(fā)明中一種五葉片風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8是本發(fā)明中兩種五棱形塔架的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9是本發(fā)明中兩種四方形塔架的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖10是本發(fā)明中一種六棱形塔架的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11是本發(fā)明中一種三棱形塔架的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖12是本發(fā)明中五種風(fēng)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)和圖(c)屬同一種。 圖13是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)未安裝風(fēng)輪。 圖14是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)未安裝風(fēng)輪。 圖15是本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)未安裝風(fēng)輪。 圖16是本發(fā)明實(shí)施例四(圖a)和實(shí)施例五(圖b)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖17是本發(fā)明實(shí)施例四的風(fēng)導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖18是本發(fā)明實(shí)施例一導(dǎo)風(fēng)翼的驅(qū)動器位置和傳動裝置結(jié)構(gòu)的一個橫截面示意 圖。 圖19是本發(fā)明實(shí)施例二中定位器處在定位工作狀態(tài)(圖a)和去定位工作狀態(tài) (圖b)時，集風(fēng)翼處在不同位置的橫截面示意圖。 圖20是本發(fā)明實(shí)施例一中風(fēng)導(dǎo)的兩種導(dǎo)向的橫截面示意圖，其中的局部放大視圖是在兩種導(dǎo)向狀態(tài)下的集風(fēng)翼方位角e和導(dǎo)風(fēng)翼方位角P與風(fēng)導(dǎo)結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系示意 圖。 圖21是以本發(fā)明實(shí)施例一的風(fēng)輪為例，說明風(fēng)在無集風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)葉片上的作 用力的示意圖。 圖22是以本發(fā)明實(shí)施例一中調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)翼方位角13變化，導(dǎo)致風(fēng)在葉片產(chǎn)生的驅(qū)
動力巳變化為例，說明本發(fā)明風(fēng)機(jī)控制方法的原理示意圖。 本發(fā)明說明書和說明書附圖中使用的符號釋義如下 w-自然風(fēng)速，v、 v' _入流風(fēng)速，葉片旋轉(zhuǎn)的相對風(fēng)速， u、 u'-相對風(fēng)速(即入流風(fēng)速+葉片旋轉(zhuǎn)相對風(fēng)速的矢量合成風(fēng)速)， a-立柱6橫截面中心點(diǎn)與主軸1橫截面軸心之間的連線， b_集風(fēng)翼4橫截面中心線，c、 c' _導(dǎo)風(fēng)翼5橫截面中心線， d-葉片弦線，e-支撐件14上的豎直方向的轉(zhuǎn)軸 f-以風(fēng)機(jī)主軸1的軸心為圓心、以大于風(fēng)輪2半徑+導(dǎo)風(fēng)翼5寬度為半徑的圓周 線，立柱6豎向等間距地分布在此圓周上， a 、 a '-葉片的攻角(即d與u、 d與u'之間的夾角)，
|3 -導(dǎo)風(fēng)翼5轉(zhuǎn)動的方位角(即a與c之間的夾角)，
9 -集風(fēng)翼4轉(zhuǎn)動的方位角(即a與b之間的夾角)，
F、F'-相對風(fēng)速iuu'在葉片上產(chǎn)生的作用力，
巳、F/ -F、F'垂直于風(fēng)輪半徑的分力、是風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力， [OOM] F2、F2' _F、F'平行于風(fēng)輪半徑的分力、是風(fēng)輪的軸向力。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 圖13(b)是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，它由圖1(a)所示的主軸1、一個四葉 片風(fēng)輪2和軸承7、圖8(a)所示的五菱形塔架3、圖12(a)和(c)所示的風(fēng)導(dǎo)8、圖18和圖 12(c)所示的驅(qū)動器18和傳動裝置20、圖13(a)所示的基座10、變速箱11和發(fā)電機(jī)12組 成；一個四葉片風(fēng)輪2固連在主軸1上，主軸1通過軸承7安裝在塔架3的中心位置，風(fēng)輪 2安裝在塔架3的里面，塔架3固定在基座10上面，變速箱11和發(fā)電機(jī)12安裝在塔架3下 面的基座10里面，變速箱11的低速軸與主軸1的底端連接、變速箱11的高速軸與發(fā)電機(jī) 12的轉(zhuǎn)子軸連接；風(fēng)輪結(jié)構(gòu)由四個葉片9和八根懸臂13構(gòu)成，懸臂13的一端與主軸1連 接、另一端與葉片9連接；塔架結(jié)構(gòu)由五根立柱6、十根徑向梁16、十根橫梁24和兩個軸承 座17構(gòu)成，徑向梁16的一端與立柱6固連、另一端與軸承座17固連，橫梁24的兩端與相 鄰的立柱6固連；軸承7安裝在軸承座17中間，主軸1安裝在軸承7的中間；集風(fēng)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)是五個集風(fēng)翼4分別安裝在五根立柱6外側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，五個導(dǎo)風(fēng)翼5分別安 裝在五根立柱6的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，五個導(dǎo)風(fēng)翼5的驅(qū)動器18是一個電機(jī)，安裝在 塔架下端一根橫梁24的中間位置，傳動裝置20由一個減速器19、四個導(dǎo)輪組件25、一根鋼 絲繩26和五個鋼絲繩連接件15組成，五個鋼絲繩連接件15分別連接在五個導(dǎo)風(fēng)翼5的下 端，導(dǎo)輪組件25安裝在相鄰兩個立柱6之間下端橫梁24的中間位置，鋼絲繩26通過五個 連接件15分別與五個導(dǎo)風(fēng)翼5連接，鋼絲繩26經(jīng)過導(dǎo)風(fēng)翼5之間的四個導(dǎo)輪組件25上的導(dǎo)輪繞接在減速器19輸出軸的動力輪上形成閉合，減速器19的輸入軸與電機(jī)的軸連接，當(dāng) 電機(jī)轉(zhuǎn)動時驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn)動，每個集風(fēng)翼4有一套驅(qū)動器18和傳動裝置20，驅(qū) 動器18是步進(jìn)電機(jī)，傳動裝置20由連接件27、轉(zhuǎn)軸28和連接件29組成，連接件29的一端 與轉(zhuǎn)軸28連接、另一端與集風(fēng)翼4連接，連接件27的一端與轉(zhuǎn)軸28連接、另一端與步進(jìn)電 機(jī)的軸連接，五個步進(jìn)電機(jī)分別安裝在五根立柱6上，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時驅(qū)動集風(fēng)翼4繞立 柱6轉(zhuǎn)動。實(shí)施例一的特點(diǎn)是導(dǎo)風(fēng)翼5和集風(fēng)翼4都能轉(zhuǎn)動，方位角e和|3均能被調(diào)節(jié) (見圖20)，相當(dāng)于既能調(diào)節(jié)風(fēng)導(dǎo)8的方向位置、又能調(diào)節(jié)風(fēng)導(dǎo)8的彎曲度(即b與c之間 的夾角)，因此調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的范圍大而且控制流向精確性較高。 圖14(b)是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，它由圖l(a)和圖3所示的主軸1、四 個四葉片風(fēng)輪2和軸承7、圖8(a)所示的五菱形塔架3、圖12(f)和圖19所示的風(fēng)導(dǎo)8及 其驅(qū)動器18和傳動裝置20、圖14(a)所示的基座10和發(fā)電機(jī)12組成；四個四葉片風(fēng)輪2 沿豎向相鄰兩個交錯45°固連在主軸1上，主軸1通過軸承7安裝在塔架3的中心位置， 風(fēng)輪2安裝在塔架3的里面，塔架3固定在基座10上面，發(fā)電機(jī)12安裝在塔架3下面的基 座IO里面，主軸1的底端直接與直驅(qū)型的發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子軸連接；風(fēng)輪結(jié)構(gòu)共有十六個葉 片9和三十二根懸臂13構(gòu)成，懸臂13的一端與主軸1連接、另一端與葉片9連接；塔架結(jié) 構(gòu)由五根立柱6、十根徑向梁16、十根橫梁24和兩個軸承座17構(gòu)成，徑向梁16的一端與立 柱6固連、另一端與軸承座17固連，橫梁24的兩端與相鄰的立柱6固連；軸承7安裝在軸 承座17中間，主軸1安裝在軸承7的中間；集風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是五個集風(fēng)翼4分別安裝在五 根立柱6外側(cè)并固連在立柱6上、下段的兩個支撐件14豎直方向的轉(zhuǎn)軸e上，五個定位器 22分別安裝在五根立柱6外側(cè)并固連在立柱6下段的支撐件14上，當(dāng)定位器22處于定位 工作狀態(tài)時，集風(fēng)翼4被固定在支撐件14上所述方位角e的位置上，當(dāng)定位器22處于去 定位工作狀態(tài)時，集風(fēng)翼4在風(fēng)的作用下，能繞支撐件14的豎向轉(zhuǎn)軸e順風(fēng)轉(zhuǎn)動，五個導(dǎo)風(fēng) 翼5分別連接在五根立柱6的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，每個導(dǎo)風(fēng)翼5有一套驅(qū)動器18和傳 動裝置20，驅(qū)動器18是步進(jìn)電機(jī)，傳動裝置20由連接件27、轉(zhuǎn)軸28和連接件29組成，連 接件29的一端與轉(zhuǎn)軸28連接、另一端與導(dǎo)風(fēng)翼5連接，連接件27的一端與轉(zhuǎn)軸28連接、 另一端與步進(jìn)電機(jī)的軸連接，五個步進(jìn)電機(jī)分別安裝在五根立柱6上，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時 驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn)動。實(shí)施例二的特點(diǎn)是導(dǎo)風(fēng)翼5能轉(zhuǎn)動，而集風(fēng)翼4在定位器22 處于定位工作狀態(tài)時是固定的，只有方位角13能被調(diào)節(jié)，相當(dāng)于風(fēng)導(dǎo)8的方向位置是固定 的、風(fēng)導(dǎo)8的彎曲度能調(diào)節(jié)，集風(fēng)翼4方位角e值的確定與風(fēng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的年均風(fēng)速有關(guān)， 調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的范圍和流向精確性比本發(fā)明實(shí)施例一的小一些，但驅(qū)動和控制系統(tǒng)相對簡 單；集風(fēng)翼4能在大風(fēng)時，通過控制定位器22處于去定位工作狀態(tài)，順風(fēng)轉(zhuǎn)動到風(fēng)速w2的 方向上而解除其集風(fēng)功能(見圖19)，以減小大風(fēng)對風(fēng)機(jī)的沖擊力。本發(fā)明實(shí)施例二適用于 風(fēng)況變化較大的地區(qū)。 圖15(b)是本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，它由圖l(a)和圖2所示的主軸1、兩個 四葉片風(fēng)輪2和軸承7、圖8 (b)所示的五菱形塔架3、圖12 (b)所示的風(fēng)導(dǎo)8、圖15 (a)所示 的驅(qū)動器18、傳動裝置20、基座10和發(fā)電機(jī)12組成；兩個四葉片風(fēng)輪2沿豎向交錯45°固 連在主軸1上，主軸1通過軸承7安裝在塔架3的中心位置，風(fēng)輪2安裝在塔架3的里面， 塔架3固定在基座10上面，發(fā)電機(jī)12安裝在塔架3下面的基座10里面，主軸1的底端直 接與直驅(qū)型發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子軸連接；風(fēng)輪結(jié)構(gòu)由八個葉片9和十六根懸臂13構(gòu)成，懸臂13的一端與主軸1連接、另一端與葉片9連接；塔架結(jié)構(gòu)由五根立柱6、十根徑向梁16、十根橫 梁24、兩個軸承座17和五根立柱23構(gòu)成，立柱6的兩端與徑向梁16固連，徑向梁16的一 端與軸承座17固連、另一端與立柱6和立柱23固連，橫梁24的兩端與相鄰兩根立柱23固 連；軸承7安裝在軸承座17中間，主軸1安裝在軸承7的中間；集風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是五個集風(fēng) 翼4分別安裝在五根立柱6與五根立柱23之間所述方位角e的位置上，五個導(dǎo)風(fēng)翼5分 別連接在五根立柱6的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，每個導(dǎo)風(fēng)翼5有一套驅(qū)動器18和傳動裝置 20，驅(qū)動器18是步進(jìn)電機(jī)，傳動裝置20由連接件27、轉(zhuǎn)軸28和連接件29組成，連接件29的 一端與轉(zhuǎn)軸28連接、另一端與導(dǎo)風(fēng)翼5連接，連接件27的一端與轉(zhuǎn)軸28連接、另一端與步 進(jìn)電機(jī)的軸連接，五個步進(jìn)電機(jī)分別安裝在五根立柱6上，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5 繞立柱6轉(zhuǎn)動。本發(fā)明實(shí)施例三的特點(diǎn)是集風(fēng)翼4是固定的、導(dǎo)風(fēng)翼5能轉(zhuǎn)動，只能調(diào)節(jié)方 位角P，相當(dāng)于風(fēng)導(dǎo)8的方向位置是固定的、風(fēng)導(dǎo)8的彎曲度能調(diào)節(jié)，集風(fēng)翼4方位角e值 的確定與風(fēng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的年均風(fēng)速有關(guān)，調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的范圍和流向精確性與本發(fā)明實(shí)施 例二的相同，但驅(qū)動和控制系統(tǒng)的成本比本發(fā)明實(shí)施例二的低；它的塔架是雙立軸結(jié)構(gòu)，提 高了風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性和安全性，適用于風(fēng)力較大的地區(qū)。 圖16(a)是本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖，它由圖l(c)和圖4所示的主軸1、六個 三葉片風(fēng)輪2和軸承7、圖9(b)所示的四方形塔架3、圖12(d)所示的風(fēng)導(dǎo)8、圖17所示的 風(fēng)導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動器18和傳動裝置20、圖16(a)所示的基座10、變速箱11和發(fā)電機(jī)12組 成；六個三葉片風(fēng)輪2沿豎向相鄰兩個交錯60°固連在主軸1上，主軸1通過軸承7安裝在 塔架3的中心位置，風(fēng)輪2安裝在塔架3的里面，塔架3固定在基座10上面，變速箱11和 發(fā)電機(jī)12安裝在塔架3下面的基座10里面，變速箱11的低速軸與主軸1的底端連接、變 速箱11的高速軸與發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子軸連接；風(fēng)輪結(jié)構(gòu)由十八個葉片9和三十六根懸臂13 構(gòu)成，懸臂13的一端與主軸1連接、另一端與葉片9連接；塔架結(jié)構(gòu)由四根立柱6、十六根 徑向梁16、十六根橫梁24、四個軸承座17和四根立柱23構(gòu)成，徑向梁16的一端與軸承座 17固連、八根位于塔架3上下端的徑向梁16另一端與立柱6和立柱23固連、八根位于塔 架3中段的徑向梁16另一端與橫梁24固連，四根立柱6的兩端與八根位于塔架3上下端 的徑向梁16固連，橫梁24的兩端與相鄰兩根立柱23固連；軸承7安裝在軸承座17中間， 主軸1安裝在軸承7的中間；集風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在四根立柱6的每根內(nèi)側(cè)沿豎直方向連接 三個導(dǎo)風(fēng)翼5，這三個導(dǎo)風(fēng)翼5之間彼此被固連形成一個大風(fēng)導(dǎo)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，在每個 大風(fēng)導(dǎo)的上下兩端各連接一個液壓機(jī)，即液壓機(jī)為驅(qū)動器18、液壓機(jī)的行程桿為傳動裝置 20，八個液壓機(jī)分別安裝在八根徑向梁16上，液壓機(jī)工作時驅(qū)動大風(fēng)導(dǎo)繞立柱6轉(zhuǎn)動。本 發(fā)明實(shí)施例四的特點(diǎn)在于它的風(fēng)導(dǎo)結(jié)構(gòu)是由豎向固連的三個導(dǎo)風(fēng)翼5構(gòu)成的連接在立柱 6內(nèi)側(cè)并能繞立軸6轉(zhuǎn)動的、無彎曲度或者說是平面的、方向位置能調(diào)節(jié)的大風(fēng)導(dǎo)，調(diào)節(jié)風(fēng) 流導(dǎo)向的范圍大、但流向精確性比本發(fā)明實(shí)施例一的低，風(fēng)導(dǎo)、驅(qū)動和控制系統(tǒng)的成本相對 低，塔架也是雙立軸結(jié)構(gòu)，適用于大機(jī)型。 圖16(b)是本發(fā)明實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖，它由圖5所示的主軸1、四個兩葉片風(fēng) 輪2和軸承7、圖11所示的三菱形塔架3、圖12(e)所示的風(fēng)導(dǎo)8、圖16(b)所示的驅(qū)動器 18、傳動裝置20、基座10、變速箱11和發(fā)電機(jī)12組成；四個兩葉片風(fēng)輪2沿豎向相鄰兩個 交錯90°固連在主軸1上，主軸1通過軸承7安裝在塔架3的中心位置，風(fēng)輪2安裝在塔架 3的里面，塔架3固定在基座10上面，變速箱11和發(fā)電機(jī)12安裝在塔架3下面的基座10里面，變速箱11的低速軸與主軸1的底端連接、變速箱11的高速軸與發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子軸 連接；風(fēng)輪結(jié)構(gòu)由八個葉片9和十六根懸臂13構(gòu)成，懸臂13的一端與主軸1連接、另一端 與葉片9連接；塔架結(jié)構(gòu)由三根立柱6、六根徑向梁16、六根橫梁24、兩個軸承座17構(gòu)成， 徑向梁16的一端與軸承座17固連、另一端與立柱6固連，橫梁24的兩端與相鄰兩根立柱 6固連；軸承7安裝在軸承座17中間，主軸1安裝在軸承7的中間；集風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是三個 導(dǎo)風(fēng)翼5分別安裝在三根立柱6上并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，三個導(dǎo)風(fēng)翼5的上端分別連接三個 液壓機(jī)，即液壓機(jī)為驅(qū)動器18、液壓機(jī)的行程桿為傳動裝置20，三個液壓機(jī)分別安裝在塔 架上端的三根徑向梁16上，液壓機(jī)工作時驅(qū)動導(dǎo)風(fēng)翼5繞立柱6轉(zhuǎn)動。本發(fā)明實(shí)施例五的 特點(diǎn)是立柱6置于導(dǎo)風(fēng)翼5的中間，導(dǎo)風(fēng)翼5能繞立柱6轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于風(fēng)導(dǎo)8的方向位置能 調(diào)節(jié)、風(fēng)導(dǎo)8的彎曲度被固定為平面(即b與c之間的夾角二 180° )，調(diào)節(jié)風(fēng)流導(dǎo)向的范 圍大、但流向精確性比本發(fā)明實(shí)施例一的低，塔架、風(fēng)導(dǎo)、驅(qū)動和控制系統(tǒng)的成本相對低。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例一對本發(fā)明控制方法的原理作詳細(xì)的描述。
圖20是本發(fā)明實(shí)施例一集風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)導(dǎo)8在兩種導(dǎo)向狀態(tài)下的橫截面示意圖，結(jié) 合其中的局部放大視圖可見，圓周f的圓心是風(fēng)輪2和主軸1的軸心、圓周f的半徑大于風(fēng) 輪2的半徑+導(dǎo)風(fēng)翼5的寬度，五根立柱6豎向并且彼此等間距地分別在圓周f上，五個集 風(fēng)翼4分別連接在五根立柱6上位于圓周f的外側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動、五個導(dǎo)風(fēng)翼5分別 連接在五根立柱6上位于圓周f的內(nèi)側(cè)并能繞立柱6轉(zhuǎn)動，集風(fēng)翼4轉(zhuǎn)動的方位角e是立 柱6橫截面中心點(diǎn)和主軸1橫截面軸心的連線a與集風(fēng)翼4橫截面中心線b之間的夾角、 導(dǎo)風(fēng)翼5轉(zhuǎn)動的方位角13是所述連線a與導(dǎo)風(fēng)翼5橫截面中心線c之間的夾角；圖20(a) 是五個集風(fēng)翼4和五個導(dǎo)風(fēng)翼5均按順時針方向轉(zhuǎn)動的風(fēng)流導(dǎo)向示意圖，圖20 (b)是五個 集風(fēng)翼4和五個導(dǎo)風(fēng)翼5均按逆時針方向轉(zhuǎn)動的風(fēng)流導(dǎo)向示意圖。 在立軸風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，每旋轉(zhuǎn)一周，葉片的攻角a經(jīng)歷36(T的變化，a只有在約 《±30°范圍內(nèi)，風(fēng)作用在葉片上才能產(chǎn)生升力、驅(qū)動風(fēng)輪，在其他的角度范圍內(nèi)，葉片處 于失速狀態(tài)、無力驅(qū)動風(fēng)輪，所以在立軸風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，風(fēng)輪上的葉片以輪換接力的方式驅(qū)動 風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。大體上，對四葉片風(fēng)輪在某一時刻只有兩個葉片對風(fēng)輪提供動力。因此，在下面 本發(fā)明控制方法原理的描述和圖示中，只分析本發(fā)明實(shí)施例一中兩個葉片上風(fēng)作用力變化 的狀況。 圖22(a)是本發(fā)明實(shí)施例一集風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)導(dǎo)8，以圖20(a)所示的導(dǎo)向?yàn)槠鹗紶?態(tài)，在風(fēng)輪2以圓弧箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)過程中，調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)翼5按順時針方向轉(zhuǎn)動至虛線所示 的位置，即圖22(a)中由c轉(zhuǎn)動到c')的過程中，流經(jīng)迎風(fēng)面上三個集風(fēng)翼4之間形成的兩 個扇形區(qū)域的自然風(fēng)速w的主要風(fēng)流由實(shí)線所示的流向改變到虛線所示的流向；為了清楚 地比較，圖22(a)將導(dǎo)風(fēng)翼5開始調(diào)節(jié)時刻和終止調(diào)節(jié)時刻的風(fēng)輪2位置置于相同的角度 方位上；流經(jīng)下方和右方兩個葉片上的入流風(fēng)速由v改變到v'、相對風(fēng)速由u改變到u'、葉 片的攻角由a改變到a '，在葉片上產(chǎn)生作用力由F改變到F'、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力由&改 變到^'、風(fēng)輪的軸向力由F2改變到F2'，可見調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)翼5按順時針方向轉(zhuǎn)動的效果是減小 葉片攻角、減小風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力和增大風(fēng)輪的軸向力，即圖22(a)中a > a'、巳〉F/、 F2<F2';同理，調(diào)節(jié)集風(fēng)翼4按順時針方向轉(zhuǎn)動也得到相同的效果。圖22(b)是本發(fā)明實(shí) 施例一集風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)導(dǎo)8，以圖20(a)所示的導(dǎo)向?yàn)槠鹗紶顟B(tài)，在風(fēng)輪2以圓弧箭頭所示方 向旋轉(zhuǎn)過程中，調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)翼5按逆時針方向轉(zhuǎn)動至虛線所示的位置，即圖22 (b)中由c轉(zhuǎn)動到c'時，流經(jīng)迎風(fēng)面上三個集風(fēng)翼4之間形成的兩個扇形區(qū)域的自然風(fēng)速w的主要風(fēng)流由 實(shí)線所示的流向改變到虛線所示的流向；為了清楚比較，圖22(b)將導(dǎo)風(fēng)翼5開始調(diào)節(jié)時刻 和終止調(diào)節(jié)時刻的風(fēng)輪2位置置于相同的角度方位上；流經(jīng)下方和右方兩個葉片上的入流 風(fēng)速由v改變到v'、相對風(fēng)速由u改變到u'、葉片的攻角由a改變到a'，在葉片上產(chǎn)生作 用力由F改變到F'、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力由^改變到F/ 、風(fēng)輪的軸向力由F2改變到F2'，可 見調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)翼5按逆時針方向轉(zhuǎn)動的效果是增大葉片攻角、增大風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力和減小 風(fēng)輪的軸向力，即圖22(b)中a < a '、 & < F/、 F2 > F2';同理，調(diào)節(jié)集風(fēng)翼4按逆時針 方向轉(zhuǎn)動也得到相同的效果。由上述的分析可見，逆時針方向轉(zhuǎn)動導(dǎo)風(fēng)翼5或集風(fēng)翼4將 提高葉片的風(fēng)能利用效率、增大風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力Fp從而提高風(fēng)機(jī)的功率；順時針方向轉(zhuǎn) 動導(dǎo)風(fēng)翼5或集風(fēng)翼4將降低葉片的風(fēng)能利用效率、減小風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力F15從而降低風(fēng) 機(jī)的功率。因此，通過調(diào)節(jié)集風(fēng)系統(tǒng)方位角度的方法，能達(dá)到控制風(fēng)能效率和風(fēng)機(jī)功率的目 的。 圖21是以本發(fā)明實(shí)施例一的風(fēng)輪2為例，在沒有集風(fēng)系統(tǒng)的情況下，風(fēng)在葉片上 產(chǎn)生的作用力示意圖，這種情況下的入流風(fēng)向與自然風(fēng)向一致，即v與w平行，風(fēng)在下方葉 片產(chǎn)生的作用力狀況與圖22所示的有集風(fēng)系統(tǒng)的下方葉片的狀況比較相近，但風(fēng)在右方 葉片產(chǎn)生的作用力狀況差別較大，在圖22所示的有集風(fēng)系統(tǒng)的右方葉片上風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū) 動力F工比圖21所示無集風(fēng)系統(tǒng)的右方葉片上風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力巳大得多。由此可見，集 風(fēng)系統(tǒng)對自然風(fēng)向的改變使風(fēng)輪迎風(fēng)面上的相對風(fēng)速u，在更大范圍上處于葉片攻角a的 出力范圍中，這提高了葉片的出力時間和風(fēng)能利用效率，并且在相當(dāng)程度上補(bǔ)償了風(fēng)導(dǎo)對 其附近的自然風(fēng)速w速度降低的不利影響。
權(quán)利要求
一種集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的控制方法，其特征是通過調(diào)節(jié)集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的集風(fēng)系統(tǒng)的方位角度能控制入流風(fēng)速(v)，而入流風(fēng)速(v)與相對風(fēng)速(u)、相對風(fēng)速(u)與葉片的攻角(α)、葉片的攻角(α)與風(fēng)輪的驅(qū)動力(F1)、風(fēng)輪的驅(qū)動力(F1)與風(fēng)機(jī)功率之間彼此關(guān)聯(lián)，因此通過調(diào)節(jié)集風(fēng)系統(tǒng)的方位角度能達(dá)到控制風(fēng)機(jī)功率的目的；所述集風(fēng)系統(tǒng)由至少三個風(fēng)導(dǎo)(8)和驅(qū)動器件組成，風(fēng)導(dǎo)(8)由集風(fēng)翼(4)、導(dǎo)風(fēng)翼(5)和立柱(6)構(gòu)成，其特征是集風(fēng)翼(4)和導(dǎo)風(fēng)翼(5)兩者分別連接在立柱(6)的兩側(cè)、并且兩者均能繞立柱(6)轉(zhuǎn)動，立柱(6)豎向并且彼此之間等間距地分布在以風(fēng)機(jī)主軸(1)的軸心為圓心、以大于風(fēng)輪(2)半徑+導(dǎo)風(fēng)翼(5)寬度為半徑的圓周(f)上，集風(fēng)翼(4)位于所述圓周(f)的外側(cè)、導(dǎo)風(fēng)翼(5)位于所述圓周(f)的內(nèi)側(cè)；集風(fēng)翼(4)轉(zhuǎn)動的方位角(θ)是立柱(6)橫截面中心點(diǎn)和主軸(1)橫截面軸心的連線(a)與集風(fēng)翼(4)橫截面中心線(b)之間的夾角、導(dǎo)風(fēng)翼(5)轉(zhuǎn)動的方位角(β)是立柱(6)橫截面中心點(diǎn)和主軸(1)橫截面軸心的連線(a)與導(dǎo)風(fēng)翼(5)橫截面中心線(c)之間的夾角；當(dāng)與集風(fēng)翼(4)和導(dǎo)風(fēng)翼(5)連接的所述驅(qū)動器件工作時，集風(fēng)翼(4)和導(dǎo)風(fēng)翼(5)繞立柱(6)轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)方位角(θ)和方位角(β)變化而控制入流風(fēng)速(v)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述控制方法的一種集風(fēng)式立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要由主軸a)、風(fēng)輪(2)、塔架(3)、軸承(7)、基座(10)、變速箱(11)、發(fā)電機(jī)(12)和集風(fēng)系統(tǒng)組成，其特征是風(fēng)輪(2)固連在主軸(1)上，主軸(1)通過軸承(7)安裝在塔架(3)的中心位置，風(fēng)輪(2)安裝在塔架(3)的里面，塔架(3)固定在基座(10)上面，變速箱(11)和發(fā)電機(jī)(12)安裝在塔架(3)下面的基座(10)里面，集風(fēng)系統(tǒng)安裝在塔架(3)上；所述風(fēng)輪(2)由至少兩個葉片(9)和至少四個懸臂(13)組成，懸臂(13)的一端與主軸(1)連接、另一端與葉片(9)連接；所述塔架(3)由至少三根立柱(6)、至少六根徑向梁(16)、至少六根橫梁(24)和至少兩個軸承座(17)構(gòu)成，徑向梁(16)的一端與立柱(6)固連、另一端與軸承座(17)固連，橫梁(24)的兩端與相鄰的立柱(6)固連；所述軸承(7)安裝在軸承座(17)中間，所述主軸(1)安裝在所述軸承(7)的中間；所述集風(fēng)系統(tǒng)由至少三個風(fēng)導(dǎo)(8)和驅(qū)動器件組成，風(fēng)導(dǎo)(8)由所述集風(fēng)翼(4)、所述導(dǎo)風(fēng)翼(5)和所述塔架(3)的立柱(6)構(gòu)成，集風(fēng)翼(4)連接在所述立柱(6)外側(cè)并能繞立柱(6)轉(zhuǎn)動，導(dǎo)風(fēng)翼(5)連接在所述立柱(6)內(nèi)側(cè)并能繞立柱(6)轉(zhuǎn)動，當(dāng)與集風(fēng)翼(4)和導(dǎo)風(fēng)翼(5)連接的所述驅(qū)動器件工作時，集風(fēng)翼(4)和導(dǎo)風(fēng)翼(5)繞所述立柱(6)轉(zhuǎn)動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的集風(fēng)系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)導(dǎo)(8)由所述集風(fēng)翼(4)、所述導(dǎo)風(fēng)翼(5)、所述立柱(6)、支撐件(14)和定位器(22)組成，支撐件(14)固連在立柱(6)夕卜側(cè)，集風(fēng)翼(4)安裝在支撐件(14)豎直方向的轉(zhuǎn)軸(e)上，導(dǎo)風(fēng)翼(5)連接在立柱(6)內(nèi)側(cè)并能繞立柱(6)轉(zhuǎn)動，定位器(22)安裝在支撐件(14)上；當(dāng)定位器(22)處于定位工作狀態(tài)時，集風(fēng)翼(4)被固定在支撐件(14)上所述方位角(e)的位置上；當(dāng)定位器(22)處于去定位工作狀態(tài)時，集風(fēng)翼(4)在風(fēng)的作用下繞支撐件(14)的豎向轉(zhuǎn)軸(e)順風(fēng)轉(zhuǎn)動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的集風(fēng)系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)導(dǎo)(8)由所述導(dǎo)風(fēng)翼(5)和所述立柱(6)組成，導(dǎo)風(fēng)翼(5)連接在所述立柱(6)上并能繞立柱(6)轉(zhuǎn)動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是所述塔架(3)由至少三根立柱(6)、至少六根徑向梁(16)、至少六根橫梁(24)、至少兩個軸承座(17)和至少三根立柱(23)構(gòu)成；所述立柱(6)的兩端與所述徑向梁(16)固連，所述徑向梁(16)的一端與所述軸承座 (17)固連、另一端與所述立柱(6)和所述立柱(23)固連或者與橫梁(24)固連，所述橫梁 (24)的兩端與相鄰兩根所述立柱(23)固連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)力要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是所述風(fēng)導(dǎo)(8)由所述 集風(fēng)翼(4)、所述導(dǎo)風(fēng)翼(5)、所述立柱(6)和所述立柱(23)組成，集風(fēng)翼(4)安裝在立柱 (6)與立柱(23)之間所述方位角(9 )的位置上，導(dǎo)風(fēng)翼(5)連接在立柱(6)的內(nèi)側(cè)并能繞 立柱(6)轉(zhuǎn)動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是所述風(fēng)輪(2)由至少兩個葉片(9)、 至少四個懸臂(13)和至少四個撐臂(21)組成；撐臂(21)的一端與懸臂(13)連接、另一端 與主軸(1)連接，懸臂(13)的一端與主軸(1)連接、另一端與葉片(9)連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)力要求7所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于沿豎直方向，在所述 主軸(1)上連接一至十五個所述風(fēng)輪(2)，每個風(fēng)輪(2)由二至十二個葉片(9)組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是所述塔架(3)由三至 二十四根立柱(6)組成或由三至二十四根立柱(6)和三至二十四根立柱(23)組成。
10. 根據(jù)權(quán)力要求2、權(quán)力要求3、權(quán)力要求4、權(quán)力要求6或權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組，其特征在于沿豎直方向，在所述塔架(3)的立柱(6)上連接一至十五個所述集風(fēng)翼 (4)和導(dǎo)風(fēng)翼(5)或連接一至十五個所述導(dǎo)風(fēng)翼(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的控制方法及其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)集風(fēng)式立軸風(fēng)機(jī)的集風(fēng)系統(tǒng)的方位角度控制入流風(fēng)速、相對風(fēng)速、葉片的攻角、風(fēng)輪的驅(qū)動力，從而能控制風(fēng)能效率和風(fēng)機(jī)功率；一種集風(fēng)式立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它主要由主軸、風(fēng)輪、塔架、軸承、基座、變速箱、發(fā)電機(jī)和集風(fēng)系統(tǒng)組成，集風(fēng)系統(tǒng)主要由導(dǎo)風(fēng)翼、集風(fēng)翼和驅(qū)動、控制器件組成，通過調(diào)節(jié)和控制導(dǎo)風(fēng)翼和集風(fēng)翼的方位角，達(dá)到控制風(fēng)能效率和風(fēng)機(jī)功率的目的。
文檔編號F03D3/06GK101694205SQ20091020681
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者李鋒 申請人:李鋒;