專利名稱：雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機及其雙向?qū)︼L(fēng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)動機及其對風(fēng)方法，尤其涉及一種雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā) 動機及其雙向?qū)︼L(fēng)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的水平軸風(fēng)力發(fā)動機， 一般具有對風(fēng)裝置即偏航裝置，以適應(yīng)風(fēng)向或風(fēng) 速的大范圍的變化。在許多風(fēng)場，風(fēng)的變化具有這樣的規(guī)律，在冬春兩季，風(fēng)為一 個較為恒定的方向，而在夏秋兩季，風(fēng)變?yōu)榱硪粋€較為恒定的方向，且二者剛好相 反，尤其在峽谷地帶更是這樣。在這樣的環(huán)境下，如果采用現(xiàn)有的水平軸風(fēng)力發(fā)動 機，偏航裝置一年只動作幾次，往往是閑置的，而偏航系統(tǒng)往往具有一定的成本。 因此，在風(fēng)向為兩個方向的風(fēng)場使用現(xiàn)有的水平軸風(fēng)力發(fā)動機的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機及其雙向?qū)︼L(fēng)方法，該風(fēng) 力發(fā)動機及其雙向?qū)︼L(fēng)方法不采用偏航裝置來適應(yīng)風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向間 的變化，以降低成本。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的雙向?qū)︼L(fēng)方法，其所 適用的風(fēng)力發(fā)動機工作在風(fēng)向相反的主要風(fēng)向和次要風(fēng)向兩種風(fēng)向相反的兩種環(huán) 境中，該風(fēng)力發(fā)動機包括葉片、輪轂、變槳裝置、機艙和塔筒，該雙向?qū)︼L(fēng)方法的 特點是，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，通過變槳裝置轉(zhuǎn)動葉片來實 現(xiàn)對風(fēng)，以使葉片的槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍或第二工作角度范圍內(nèi)。
傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)動機的變槳裝置的功能僅限于葉片槳距角的小范圍的調(diào)節(jié)，當 風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，主要是通過風(fēng)力發(fā)動機的偏航裝置來調(diào) 節(jié)葉片的方位，本發(fā)明的所述雙向?qū)︼L(fēng)方法突破了這種傳統(tǒng)設(shè)計觀念，針對雙向?qū)?風(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機所處風(fēng)場的特點，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，利用變槳裝置來改變?nèi)~片的槳距角，以改變?nèi)~片的方位，以適應(yīng)風(fēng)向的大角度的變化， 從而可以取消風(fēng)力發(fā)動機的偏航裝置，使得雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的結(jié)構(gòu)簡化，且 成本相應(yīng)地降低。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)方法，其進一步的特點是在主要風(fēng)向，葉片和輪轂相對于 塔筒為上風(fēng)向設(shè)置，且通過變槳裝置在第一工作角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)葉片的槳距角；在 次要風(fēng)向，葉片和輪轂相對于塔筒為下風(fēng)向設(shè)置，且通過變槳裝置在第二工作角度 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)葉片的槳距角。在主要風(fēng)向，葉片和輪轂為上風(fēng)向設(shè)置，且在次要風(fēng)向 葉片和輪轂為下風(fēng)向設(shè)置，有利于減少塔影效應(yīng)對發(fā)電量的影響。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)方法，其進一步的特點是，第一工作角度范圍和第二工作角 度范圍是垂直相交的兩條直線限定出的相對的兩個角度范圍。葉片的槳距角能在第 一工作角度或第二工作角度范圍內(nèi)變化，進而能快速地適應(yīng)風(fēng)速的變化或風(fēng)向的小 范圍內(nèi)的變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，在風(fēng)向相反的主要風(fēng)向和 次要風(fēng)向兩種環(huán)境中工作，包括葉片、輪轂、變槳裝置、機艙和塔筒，葉片可旋轉(zhuǎn) 地設(shè)置于輪轂上，變槳裝置用于驅(qū)動葉片變槳，輪轂可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于機艙上，其特 點是機艙相對塔筒固定設(shè)置，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，通過 變槳裝置轉(zhuǎn)動葉片來實現(xiàn)對風(fēng)，以使葉片的槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍或在 第二工作角度范圍內(nèi)。
由于機艙和塔筒固定設(shè)置，通過變槳裝置改變?nèi)~片的槳距角以適應(yīng)風(fēng)向在主 要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間的變化，進而不需要偏航裝置，所述風(fēng)力發(fā)動機的結(jié)構(gòu)得 以簡化，具有低成本的優(yōu)勢。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其進一步的特點是，該風(fēng)力發(fā)動機還包括用 于增強剛度的斜拉繩，部分斜拉繩一端通過軸承與輪轂聯(lián)接，另一端與地面地基聯(lián) 接。斜拉繩與輪轂聯(lián)接，有利于增加塔筒的剛度。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其進一步的特點是，塔筒在靠近葉片的一側(cè) 設(shè)置有與塔筒形成流線形的角狀體，以減小葉片相對于塔筒處于下風(fēng)向時的湍流。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其進一步的特點是，該角狀體包括相交的左 板和右板，左板和右板的一端與塔筒的筒體以相切的方式聯(lián)接。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其進一步的特點是，左板和右板是一個整體，
5通過一塊板料的折彎而形成。
所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其進一步的特點是，第一工作角度范圍和第 二工作角度范圍是垂直相交的兩條直線限定出的相對的兩個角度范圍。
本發(fā)明的前述目的、技術(shù)方案和有益效果將結(jié)合


和具體實施方式
說 明如下。

圖1是本發(fā)明第一實施例的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第二實施例的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是主要用于顯示本發(fā)明第二實施例的角狀體的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是主要用于顯示本發(fā)明第二實施例的角狀體變化例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明第三實施例的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是圖5中A處的局部放大圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合較佳的實施例對本發(fā)明進行詳細的描述，應(yīng)當注意的是，在后 述的描述中，盡管所使用的術(shù)語是從公知公用的術(shù)語中選擇的，但是有些術(shù)語 則是申請人按其判斷來選擇的，其詳細含義應(yīng)根據(jù)本發(fā)明欲揭示的精神來理 解。在下文中，主要風(fēng)向指一年中風(fēng)資源量大的方向；次要方向指一年中風(fēng)資 源量小的方向；上風(fēng)向設(shè)置指葉輪(葉片和輪轂)位于塔筒和來風(fēng)之間；下風(fēng) 向設(shè)置指塔筒位于葉輪和來風(fēng)之間；流線形指前圓后尖，流體從前到后流過時 阻力較小的形狀；槳距角指風(fēng)力發(fā)動機葉片靠近葉尖的翼形弦線與葉輪旋轉(zhuǎn)平 面的夾角。
第一實施例
如圖1所示，雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機包括葉片11、輪轂12、變槳裝置(圖中
未顯示)、機艙13、塔筒14以及齒輪箱和發(fā)電機。葉片11可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于輪轂 12上，變槳裝置用于驅(qū)動葉片ll變槳，輪轂12可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于機艙13上，機艙 13相對塔筒14固定設(shè)置，塔筒14固定于基礎(chǔ)15上。向左的箭頭標示主要風(fēng)向D 1 ，向右的箭頭標示次要風(fēng)向D 2 。在本實施例中，風(fēng)力發(fā)動機是變槳距風(fēng)力發(fā)動機，當風(fēng)速發(fā)生變化時或者風(fēng)向發(fā)生小范圍的變化時，葉片ll可以通過變槳裝置 來改變其槳距角，以使其順槳或保持一定的攻角。當風(fēng)向為主要風(fēng)向D l時，葉片 11和輪轂12相對于塔筒14為上風(fēng)向設(shè)置，葉片11可以通過變槳裝置來使其槳距 角在第一工作角度范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)風(fēng)速或風(fēng)向的變化。當風(fēng)向為次要風(fēng)向D 2 時，葉片l 1和輪轂12相對塔筒14為下風(fēng)向設(shè)置，葉片11可以通過變槳裝置來 使其槳距角在第二工作角度范圍內(nèi)變化。第一工作角度范圍和第二工作角度范圍的 大小約為90度。第一工作角度范圍和第二工作角度范圍可以是垂直相交的兩條直 線限定出的相對的兩個角度范圍。
在本實施例中，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，當風(fēng)向從主要風(fēng)向變化成次要風(fēng)向時， 風(fēng)力發(fā)動機通過變槳裝置將葉片11轉(zhuǎn)動較大的角度，例如，轉(zhuǎn)動180度，以使葉 片ll在第二工作角度范圍內(nèi)工作，即葉片l 1的槳距角在第二工作角度范圍內(nèi)變 化，此時葉輪反轉(zhuǎn)，帶動齒輪箱反轉(zhuǎn)，使得發(fā)電機反轉(zhuǎn)發(fā)電，同時調(diào)整發(fā)電機 的三相電接法即可?；蛘弋旓L(fēng)向從次要風(fēng)向變化成主要風(fēng)向時，風(fēng)力發(fā)動機通過 變槳裝置將葉片11轉(zhuǎn)動一個較大的角度，例如180度，以使葉片11在第一工作角 度范圍內(nèi)工作，即葉片l 1的槳距角在第一工作角度范圍內(nèi)變化，此時葉輪正轉(zhuǎn)， 帶動齒輪箱正轉(zhuǎn)，使得發(fā)電機正轉(zhuǎn)發(fā)電。也即，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二 者間變化時，通過變槳裝置轉(zhuǎn)動葉片11，以使葉片11的槳距角相應(yīng)地在第一工作 角度范圍和在第二工作角度范圍二者之一內(nèi)，由此可以理解到，在本實施例中，變 漿裝置不僅像傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)動機那樣在小范圍內(nèi)，例如0-90度的所述第一 工作角度范圍或第二工作角度范圍，調(diào)整葉片ll的槳距角，并且還替代了傳動的 水平軸風(fēng)力發(fā)動機的偏航系統(tǒng)，用于對葉片ll進行大角度范圍的調(diào)整。由于塔筒 14與機艙13固定聯(lián)接，省去了偏航軸承和偏航驅(qū)動裝置，使得風(fēng)力發(fā)動機結(jié) 構(gòu)簡化、成本降低，也即由于利用了變槳裝置來替代偏航系統(tǒng)，本實施例的風(fēng)力 發(fā)動機將具有低成本的優(yōu)勢，并且，齒輪箱因此將周期性變換轉(zhuǎn)向，可使齒輪兩 齒面都能承載，充分發(fā)揮承載能力，從而提高齒輪箱壽命。
此外，當在主要風(fēng)向D 1時，葉片11和輪轂12相對塔筒14為下風(fēng)向設(shè) 置，且在次要風(fēng)向D2時，葉片11和輪轂12相對塔筒14為上風(fēng)向設(shè)置，這 也是一種可行的方案。然而，應(yīng)當理解到，葉片11和輪轂12在主要方向為上 方向設(shè)置，在次要風(fēng)向為下風(fēng)向設(shè)置，使得塔影效應(yīng)對發(fā)電量的影響減小。圖1所示的風(fēng)力發(fā)動機是本發(fā)明的對風(fēng)方法所適用的風(fēng)力發(fā)動機，本發(fā)明的
方法主要特點是，當風(fēng)向在主要風(fēng)向D 1和次要風(fēng)向D 2二者間變化時，通過變槳 裝置轉(zhuǎn)動葉片ll，以使葉片ll在工作時，其槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍和 在第二工作角度范圍二者之一內(nèi)。
并且，本發(fā)明的雙向?qū)︼L(fēng)方法在主要風(fēng)向，將葉片11和輪轂12相對于塔筒 14設(shè)置為上風(fēng)向，且通過變槳裝置在第一工作角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)葉片11的槳距角； 在次要風(fēng)向，將葉片11和輪轂12相對于塔筒14設(shè)置為下風(fēng)向，且通過變槳裝置 在第二工作角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)葉片11的槳距角。
再者，本發(fā)明的雙向?qū)︼L(fēng)方法，將第一工作角度范圍和第二工作角度范圍設(shè)
置成垂直相交的兩條直線限定出的相對的兩個角度范圍。
此外，本發(fā)明的方法也可以利用現(xiàn)有技術(shù)的變槳距風(fēng)力發(fā)動機來實施，此 時，當風(fēng)向在主要風(fēng)向或次要風(fēng)向二者間變化時，不是通過偏航裝置來調(diào)整葉 片的方位，而是通過變槳裝置來調(diào)整葉片的方位，也就是說，本發(fā)明的對風(fēng)方 法將使得變槳裝置替代現(xiàn)有的偏航裝置的部分功能。
第二實施例
參照圖2，雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機包括葉片21、輪轂22、變槳裝置(圖中未 顯示)、機艙23、塔筒24以及齒輪箱和發(fā)電機。葉片21可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于輪轂22 上，變槳裝置用于驅(qū)動葉片21變槳，輪轂22可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于機艙23上，機艙23 相對塔筒24固定設(shè)置，塔筒24固定于基礎(chǔ)25上。
與第一實施例的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機不同的是，為減小葉輪下風(fēng)向時塔 影效應(yīng)形成的湍流，減少對葉片21的不利影響，在第一實施例的基礎(chǔ)上，塔 筒24靠近葉片11的上部的橫截面設(shè)置為流線形或近似流線形，具體而言，塔 筒24與角狀體26聯(lián)接成流線形結(jié)構(gòu)。如圖3所示，角狀體26由左板261和 右板260聯(lián)接而成，左板261和右板260的一端相互聯(lián)接，兩者的另一端與塔 筒24聯(lián)接，且二者與塔筒24相切，該左板261和右板260也可以是一個整體， 通過一塊板料的折彎而形成。
圖2b顯示了角狀體26的一變化例，左板271和右板270與塔筒24形成 的空間內(nèi)設(shè)置撐桿299，撐桿299聯(lián)接左板271和右板270，或者塔筒24與左
8板271和右板270之間通過撐桿299聯(lián)接。左板271、右板270和塔筒24之間 的聯(lián)接方式可以是焊接。
第三實施例
同時參照圖5和圖6 ，雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機包括葉片31、輪轂32、變槳 裝置(圖中未顯示)、機艙33、塔筒34以及齒輪箱和發(fā)電機。葉片31可旋轉(zhuǎn)地 設(shè)置于輪轂32上，變槳裝置用于驅(qū)動葉片31變槳，輪轂32可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于機艙 33上，機艙33相對塔筒34固定設(shè)置，塔筒34固定于基礎(chǔ)35上，并且塔筒34 與角狀體36聯(lián)接成流線形結(jié)構(gòu)。
與第二實施例不同的是，在塔筒34或機艙33的后部和兩側(cè)設(shè)置有斜拉繩 37，斜拉繩37的另一端與設(shè)置于地面上的一基礎(chǔ)35聯(lián)接。由于輪轂32在工 作時處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，斜拉繩37不可能與其直接相連，在本實施例中，在輪轂 32的前端設(shè)置有聯(lián)接件321，該聯(lián)接件321和輪轂32前端之間設(shè)置有軸承320， 機艙33前部斜拉繩37的一端與聯(lián)接件321聯(lián)接，另一端與設(shè)置于地面35的 基礎(chǔ)聯(lián)接。這樣通過斜拉繩37可以提高塔筒34的剛度，或者減小對塔筒34 的剛度要求，有利于塔筒34采用較小的尺寸，減小材料，節(jié)約成本。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟悉本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當可作出種 種的等效的變化或替換。因此，本發(fā)明的保護范圍當視后附的本申請權(quán)利要求 所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的雙向?qū)︼L(fēng)方法，該對風(fēng)方法所適用的風(fēng)力發(fā)動機工作在風(fēng)向相反的主要風(fēng)向和次要風(fēng)向兩種環(huán)境中，該風(fēng)力發(fā)動機包括葉片、輪轂、變槳裝置、機艙和塔筒，其特征在于，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，通過變槳裝置轉(zhuǎn)動葉片來實現(xiàn)對風(fēng)，以使葉片的槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍或第二工作角度范圍內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求l所述的雙向?qū)︼L(fēng)方法，其特征在于在主要風(fēng)向，葉片和輪 轂相對于塔筒為上風(fēng)向設(shè)置，且通過變槳裝置在第一工作角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)葉片的槳 距角；在次要風(fēng)向，葉片和輪轂相對于塔筒為下風(fēng)向設(shè)置，且通過變槳裝置在第二 工作角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)葉片的槳距角。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的雙向?qū)︼L(fēng)方法，其特征在于，第一工作角度范圍 和第二工作角度范圍是垂直相交的兩條直線限定出的相對的兩個角度范圍。
4. 一種雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，在風(fēng)向相反的主要風(fēng)向和次要風(fēng)向兩種環(huán)境 中工作，包括葉片、輪轂、變槳裝置、機艙和塔筒，葉片可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于輪轂上， 變槳裝置用于驅(qū)動葉片變槳，輪轂可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于機艙上，其特征在于機艙相對 塔筒固定設(shè)置，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，通過變槳裝置轉(zhuǎn)動葉 片來實現(xiàn)對風(fēng)，以使葉片的槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍或在第二工作角度范 圍內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求4所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其特征在于，該風(fēng)力發(fā)動機 還包括用于增強剛度的斜拉繩，部分斜拉繩一端通過軸承與輪轂聯(lián)接，另一端與地 基聯(lián)接。
6. 如權(quán)利要求4所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其特征在于，塔筒在靠近葉片的一側(cè)設(shè)置有與塔筒形成流線形的角狀體，以減小葉片相對于塔筒處于下風(fēng)向時的湍流。
7. 如權(quán)利要求6所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其特征在于，該角狀體包括 相交的左板和右板，左板和右板的一端與塔筒的筒體以相切的方式聯(lián)接。
8. 如權(quán)利要求7所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其特征在于，左板和右板是 一個整體，通過一塊板料的折彎而形成。
9. 如權(quán)利要求4所述的雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機，其特征在于，第一工作角度 范圍和第二工作角度范圍是垂直相交的兩條直線限定出的相對的兩個角度范圍。
全文摘要
一種雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機以及一種雙向?qū)︼L(fēng)的風(fēng)力發(fā)動機的雙向?qū)︼L(fēng)方法，該風(fēng)力發(fā)動機可以不包括偏航裝置，其特點是機艙相對塔筒固定設(shè)置，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，通過變槳裝置轉(zhuǎn)動葉片來實現(xiàn)對風(fēng)，以使葉片的槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍或在第二工作角度范圍內(nèi)；該雙向?qū)︼L(fēng)方法的特點是，當風(fēng)向在主要風(fēng)向和次要風(fēng)向二者間變化時，通過變槳裝置轉(zhuǎn)動葉片來實現(xiàn)對風(fēng)，以使葉片的槳距角相應(yīng)地在第一工作角度范圍或第二工作角度范圍內(nèi)。
文檔編號F03D7/02GK101566127SQ200810036360
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者超 任, 周宏孝 申請人:上海馳風(fēng)機電科技有限公司