低风速下使用的风力发电机的制作方法_2

文档序号:9872174阅读:来源:国知局
。额外桨叶2的轮毂/套13和轮毂/套13与中空圆柱形凸件11之间的轴承12也在图中示出。旋转轴4由轴承5旋转支撑。
[0034]额外桨叶2优选设有用于调控、稳定和使能量输出最优化的系统,其优选基于:a)桨叶叶剖面方向(桨距角/击打角度)相对风向的持续变化(“主动桨距控制”),或b)更简单地,气流脱离的被动系统(“被动失速控制”),其中桨叶安装于轮毂/套上固定和被扭曲,其外形从根部至尖端可以形成不同的桨距角;或C)上述a和b的组合。上述额外桨叶2的控制系统相对于已知桨叶I的控制系统独立操作。所述额外桨叶2配合已知桨叶I设置。
[0035]因此,在很多设置例子中,额外桨叶2的根部都有圆形的截面形状,而且额外桨叶2也可以安装于圆状的凸缘座6中,凸缘座6使得额外桨叶2可以绕其纵轴平滑地旋转,从而持续地改变叶剖面的桨距角和气流脱离的强度等等。
[0036]图4示出风力发电机的轴的截面B-B,其中也示出必须设置的重量平衡块15,从而使得“桨叶-重量平衡块”系统可以实现静态和动态平衡。系统中的额外桨叶2优选在风力发电机待用状态或低风速时进行连接,使得额外桨叶2优选处于待用状态,并且沿着塔3垂直连接安装。
[0037]在拆卸分离时,额外桨叶2也是处于此待用并且沿着塔3垂直连接安装的状态,使得其不会受风力影响,避免引至旋转扭力或风压造成额外的阻力,令整座风力发电机系统超出负荷。
[0038]额外桨叶2的垂直位置优选是通过把重量平衡块15移向旋转中心和移向额外桨叶2的旋转轴4和轮毂/套13而实现。这种移动(伸缩系统16的收缩)也可以优选地通过关闭伸缩系统16的液压机构来实现。此外,上述步骤也可以通过设有齿条和齿轮的机动齿轮组(图中未示)来实现,其改变“额外桨叶2-重量平衡块15”系统的平衡状态,使重力中心由风力发电机的旋转轴4转移至额外桨叶2。
[0039]藉由此重力中心的转移,额外桨叶2如摆动渐渐慢下来的钟摆,然后最终停于沿着塔3的垂直位置。以下因素促进此动作的实现:a)通过“主动桨距控制”(如有的话)使额外桨叶2相对于风向恰当地定位(桨距角);和b)独立的制动系统。
[0040]连接也可以通过一机电旋转装置实现,不过接接可以更轻易地通过以下步骤实现:额外桨叶的轮毂/套13的左右两侧的外表面(外围)设有一对平行和优选为液压的活塞/螺栓10。两个活塞/螺栓10都位于贯穿旋转轴4的平面上。
[0041]启动液压系统后,活塞/螺栓10在旋转轴4的左右两边(从旋转轴4的左右两边)朝已知桨叶I的主旋翼移动。额外桨叶2和主旋翼之间设有两个径向的臂部14,两臂部14向相反方向设置,并且互相紧接。两臂部14也通过楔子14b与旋转轴紧接。
[0042]风力发电机的主旋翼和额外桨叶2的旋转方向相同。由于额外桨叶2的直径较大,而且因为“神庙式圆形单桨叶(monopteros-single blade)”的一贯特性,额外桨叶2比主旋翼的旋转速度快。因此,启动时凸出来的活塞/螺栓10总是接触和压向两臂部14的内凹表面14a上的同一点,把旋转扭力向与系统相同的方向传送。
[0043]显而易见的是,若一条假想连接两臂部14的直径沿着其中一已知桨叶I垂直固定,则额外桨叶2便总能自动和对称连接于其余两块已知桨叶I之间的空间中。
[0044]额外桨叶2的拆卸是在风力发电机仍然操作时进行的。停用液压活塞/螺栓10时活塞/螺栓10向后退,两臂部14不把扭力传送至旋转轴4,同时重量平衡块15的液压伸缩系统16也停用和缩回,因此干扰“额外桨叶2-重量平衡块15”的重力中心,额外桨叶2如钟摆般摆动然后渐渐稳定至垂直于塔3前的位置。
[0045]这个步骤的实现有赖于使用“主动桨距控制”(如有的话)使额外桨叶2的叶剖面桨距角相对于风向恰当地定位,或有赖于独立的机电制动系统。
[0046]图4a的截面图示出另一种直接支撑额外桨叶2于风力发电机的旋转轴4上的结构,其中示出使用活塞/螺栓10和臂部14操作的连接-拆卸系统的细节。
[0047]图5示出图1-3的风力发电机其功率-风速的功率曲线图。由于图中所示的能量输出强度没有单位表示,所以输出强度的定量表示为相对于额定输出强度的百分比。
[0048]曲线(N)(或Ν/Λ,其表示为额定功率见的百分比)表示根据某套风力数据在某一地区设置的一般大小的已知风力发电机,其中已知风力发电机设有三块已知桨叶I,直径是D1。风力发电机本身设有调控功率的系统,其通过改变桨距角实现“桨距控制”,而额外桨叶2仍未连接至风力发电机系统。
[0049]曲线因此形成为已知的简易形式,即直线A1CdPC1CF1;风力发电机于A1点开始旋转和操作。启动AA1对应于相对高的风速,即“切入风速”Vcl(3.5-4.5m/秒),因为它必须克服对应尺寸的额定功率为见的已知风力发电机所产生的启动损失。
[0050]在对应风速Vr1(已知风力发电机其额定功率的额定输出风速)的转换点&时,控制和保护系统,即“主动桨距控制”,会把额定功率输出犯保持恒定,直至对应Cf1的最大“切出风速” Vf时才中断,这是因为基于安全保护理由,风力发电机会关闭。
[0051]连接直径02大很多的额外桨叶2后,新的功率曲线(N2)(显示为虚线)形成,并且很合理地获得更高的额定功率输出N2(或N^N1,即作为基本主要风力发电机的额定功率犯的一个百分比)。
[0052]可见的是,已知风力发电机系统的结构和功能部件在此情况下无需加固,表示不需要因应更大的直径D2而把部件升级。在此情况下,额外桨叶2也独立地设有改变和调节桨距角的系统(“主动桨距控制”)。
[0053]连接额外桨叶2可知:a)新的风力发电系统(新的额定功率他,或他/犯)以虚线示出的新功率输出有显着提升;b)在显着较低的风速Vc2 (Vc2<Vci = 3.5-4.5m/秒)时已经开始旋转;c)功率-风速的上升显示为显着更斜的坡度(倍数级上升);和d)目标的年产量显着上升。除了是因为更大的直径D2带来的明显好处外,也是基于其它很多原因:
[0054]在设有(较小)直径DK换言之,较轻)的已知风力发电机系统中连接额外桨叶2,额外桨叶2传送肯定较强的扭力,使旋转可以在点A2时已经开始,这表示“切入风速” Vc2低很多(Vc2<Vci)0
[0055]上述特征是明显的,因为:a)风力发电机的部件如齿轮箱和发电机等等都没有特别加强加固,因此启动损失也能维持低水平;b)额外桨叶2拥有独立的调控系统调控桨距角,即“主动桨距控制”,“主动桨距控制”在连接额外桨叶2—开始时已经启动,使得额外桨叶2对应系统增强的扭力调节至合适的桨距角。
[0056]新的功率曲线N2(或N2^1)坡度显然更斜,表示倍数级的上升,这是因为基于旋翼直径D1的已知(更轻)设置前提下,若依据新的数据(直径D2),结构是较轻的。一般来说,新的功率曲线有自己的独立路线,简言之,即线A2A3C2-C2CF2。
[0057]不过,在实际情况下,基于安全保障原因,功率输出不能超过已知风力发电机的额定功率N1(或Λ/ΝΟ,这是因为其作为前提的已知(更轻)设置。
[0058]基于此原因,在点A3,当新的功率曲线他与基本曲线见(或见/见)的额定功率会合交叉会合时,额外桨叶2独立的“主动桨距控制”系统会使新的功率输出保持恒定于N1水平,因此最高的功率输出会被限制至等于额定功率见,而新曲线的走向会沿着已知风力发电机的线A3CK大致上为直线)。到达点&后,便不再需要额外桨叶2,额外桨叶2因此会被拆卸,因为此时已经开始了通过已知风力发电机的额定功率Ni来产能。
[0059]点A3相应于风速VRA,风速Vra明显低于点C1的风速Vr1(额定输出风速)。点A3时开始使用额定功率产能,并且同时基于安全操作原因,限制已知风力发电机的功率输出。因此,新的风力发电机系统更早(点A3)达到额定功率N1而且切入风速较低,从而确保更高的年产量。
[0060]图6示出的也是图1-3的风力发电机的功率曲线,其中示出有和没有设置额外桨叶2两种情况,其中额外桨叶2安装有“被动失速控制”系统。可以作出被动功率调控的额外桨叶2是本发明更简单和更便宜的实施方式,其理想地配合同样设有这种简易调控技术(“失速控制”)的已知风力发电机。
[0061]图中的功率输出值同样是没有单位表示,所以其定量表示为额定输出的一个百分比。实心曲线表示图1-3所示的风力发电机,但不连接额外桨叶2。
[0062]显而易见的是,连接了额外桨叶2之后,新的功率曲线N22(虚线和新额定功率N22/N1)坡度明显更斜,表示倍数级的上升,情况与图5的曲线N2类似。虽然在本示例中额外桨叶2不设置“主动桨距控制”系统,但“被动失速控制”系统也是同样有效的。
[0063]新风力发电机系统中的功率曲线于点A22开始,即从较低的切入风速开始(其明显低于对应的点A1的风速Vci),并且形成独立的走向,简而之,即沿线A22A32的路径,并且可达到明显
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