调桨长的万向风车的伸缩翼制造技术

本发明专利技术公开了一种调桨长万向风车的伸缩翼。伸缩翼由三段翼型叶桨段、滑轮、轨道、钢丝绳、卷扬机等组成，三段翼型叶桨段相嵌套叠在一起，每段叶桨段都在其内部底端通过连接杆(或连接板)连接有一段与叶桨段长度方向平行且与其长度相当的轨道，三段叶桨段所连接的三段轨道通过滚轮确定位置和相互滑动，当处于第一层底端的卷扬机通过钢丝绳拉动第二层轨道和叶桨段升起(或降落)时，升起的轨道和叶桨段又通过滑轮和钢丝绳同时顶起相邻的第三层轨道和叶桨段升起(或降落)，以此类推，可扩展到多段，叶桨就实现了伸缩功能。因为万向风车的V字形特殊构造与伸缩翼十分匹配，两者相辅相成，珠联璧合，所以，必将使风力发电机大大提高效率和效益，降低成本，提高安全性。

The telescopic wing of a cardan with long paddle

【技术实现步骤摘要】
调桨长的万向风车的伸缩翼
本专利技术专利涉及一种风能利用设备领域
技术介绍
调桨长的万向风车(201210393482.2)由支架、叶桨、叶桨头、端板、转轴、桨长控制系统几部分组成。2～4个叶桨均匀分布在转轴周围，叶桨通过叶桨头斜向安装在支架上，形成V字形结构，利用叶桨头上的三个相应转轴可以调节叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)，其中：叶桨展向轴线与水平方向的夹角定义为叶桨倾斜度(α)，用角度表示；叶桨的压力线与转轴之间的偏离距离与其最大偏离距离的比值定义为偏心度(β)，用百分数表示；风车静止时翼型弦线与水平方向的夹角定义为安装攻角(γ)，用角度表示。调节叶桨头上的三个转轴，使叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)发生变化，就使叶桨翼型截面的方向、位置发生了变化，从而使叶桨翼型截面上产生的升力的方向和大小发生变化。通过最优化设计和调节，就可以使风车在风力作用下启动旋转以后，随着旋转转速不断增加，使叶桨前缘的线速度增加，这相当于叶桨前缘受到的自然风力又增加了由于风车旋转产生的风力，实现了输出到输入之间的反馈。又由于叶桨通过叶桨头斜向安装在支架上，形成V字形结构，且有一定的偏心度(β)，就使升力型风车的反馈信号与输入信号叠加后加强了原来的输入信号形成了正反馈，从而使风车受到的旋转力矩增加，风车转速增加，又反馈到输入端与输入信号叠加产生正反馈效应，提高了风车效率。风车用正反馈效应提高了风能转换效率，同时也解决了升力型垂直轴风车不能自启动问题。但是，风能是极不稳定的能源，风速、风强、风向都在随时随地的不断的变化着，这不仅给风能的转化带来很大困难，并且给后续的接受应用，也造成了很大的不利条件。使得风电消纳难、弃风问题严重、风能利用率低等现象，成为我国风电发展过程中存在的重点问题，目前还未得到有效解决现有风电技术的常规风力发电机为了入网和运行安全，一般采用调桨距的方法来调整风车的功率输出或转速，但这种控制是很不理想的，甚至根本达不到预期目的。由调节桨距，到调节桨叶攻角，再到功率系数，再到输出功率，这一控制过程，既不可靠，也不稳定，根本达不到稳定风车的功率输出或者转速的目的，也不会对风车的安全性在技术方面起多大保证作用。近些年来有一些人根据风车的输出功率与叶片扫风面积成正比这一特性，设想用增加叶片长度的方法来增加扫风面积，以达到增大输出功率，生产更多的能量的目的，设计了可改变叶片长度的相嵌套叠式风车叶片，期望能在低风速条件下提供一种能产生大量能源的大风轮；而在高风速条件下能缩短叶片长度，限制机械负载，形成能够减小功率输出的小风轮，期望用这样方法解决因为自然风力忽大忽小而造成的输出不平稳，发电机不能满负荷运转，以及低电压不能穿越等问题，使风车发出的电不再是所谓的“垃圾电”，不再对电网造成很大的冲击。例如：WO2003102414AlVARIABLELENGTHTURBINEBLADE；P2005-188428A等专利。但，以上所提到的专利都是将可改变长度的叶片应用于水平轴螺旋桨风车，想法虽然好，可是由于水平轴螺旋桨风车的特殊构造，并不适应可改变长度的叶片，所以以上专利并没有取得显著的技术进步，甚至没有具体实施和推广。调桨长的万向风车(201210393482.2)也应用了可改变长度的伸缩翼来解决入网和运行安全问题，因为万向风车的特殊构造与可改变长度的伸缩翼十分匹配，两者相辅相成，珠联璧合，所以，本专利技术专利的应用，必将为风电技术带来显著的技术进步。
技术实现思路
一、伸缩翼的结构一种调桨长的万向风车的伸缩翼由三段构造基本相同的带弯度的翼型叶桨段组成，每段叶桨段内部都设有滑轮、轨道、钢丝绳、滚珠、弹簧等，底部有控制叶桨伸缩的卷扬机；三段翼型叶桨段相嵌套叠在一起，每段叶桨段都在其内部底端通过连接杆(或连接板)连接有一段与叶桨段长度方向平行且长度与叶桨段长度相当的轨道，三段叶桨段所连接的三段轨道通过滚轮确定叶桨段的横向位置和进行长度方向的滑动；当处于第一层底端的卷扬机通过钢丝绳拉动(或收回)第二层轨道和叶桨段升起(或降落)时，升起的轨道和叶桨段又通过滑轮和钢丝绳同时顶起(或收回)相邻的第三层轨道和叶桨段升起(或降落)，以此类推，可扩展到多段，叶桨就实现了伸缩功能。轨道间用滑轮减小摩擦并固定轨道和翼型叶桨段的横向位置，以及确定每段之间的最小嵌套量；叶桨间用滚珠减小摩擦，并起支撑作用；三段翼型叶桨段外形和横截面基本形同，为带弯度的机翼型，为了三段叶桨段能套叠在一起，最外的第一层叶桨段比第二层叶桨段的外部轮廓略大几毫米，第二层比第三层略大几毫米，以此类推，可扩展到多段。最内层叶桨段顶部装有端板。二、伸缩翼的特点由于伸缩翼是由三段翼型叶桨段相嵌套叠在一起构成的，并且外形基本形同，均为带弯度的机翼型，所以整个叶桨无论在伸长和缩短时，均可以产生升力，并有正反馈效应。当风力较小，风车不能产生更多功率输出时，就使叶桨伸长，这不仅使风车扫风面积加大，捕获的风能增多，使输出功率增大，而且效率也提高。相反，在风力较大，输出功率将超过发电机额定功率时，就使叶桨缩短，减少叶桨捕获的风能，减少功率输出，防止风力发电机损坏，保证风车输出平稳和运行安全。在伸缩翼中，由于应用了大量的滚轮、滚珠和轴承，不仅保证了叶桨段和轨道间的相对位置，而且支撑着各种作用力，使叶桨能轻松自如的伸缩，也给伸缩翼的控制创造了很好的条件，使被控对象特性改善，控制更灵敏更精确。整个伸缩翼主要靠内部的轨道和外壳进行支撑，由于叶桨是倾斜向上的，大部分重力通过轨道作用在底盘支架上，所以只要用一般材料就可以承受叶桨上的各种作用力，而不至于造成叶桨折断。三、伸缩翼的自动控制伸缩翼可以根据不同的需要，不同的环境，不同的应用，与风速、输出功率、环境温度、叶桨长度位置探测器相配合，使用不同的控制策略，诸如：PID自动定值控制、手动控制、自适应控制、遥控、程序控制等，也可以进行智能控制。我们知道，风功率P＝1/2vsρv2＝1/2sρv3＝0.6sv3ρ是空气密度标准状态下ρ＝1.2928kg/m3，考虑到气温等因素本处计算取ρ＝1.2kg/m3，s是风车扫风面积，v是风速。由式中可见，风功率与扫风面积成正比，与风速的三次方成正比。对于V字形结构两叶桨垂直轴风车而言，扫风面积是以桨长为边长的等腰三角形的面积，根据三角形面积公式，可以得到：扫风面积＝R2sinαcosα其中R为桨长；α为倾斜角度；由此可以看出，V字形结构使扫风面积与桨长的平方成正比。这样一来，桨长的很小变化，就能获得扫风面积的很大的变化，这就使调节桨长的效果更好，更灵敏。自动控制系统信号流程方块图如图6所示。附图说明附图1伸缩翼没有伸长时A_A剖面图：1.卷扬机；2.底部连接杆；3.底部钢丝绳固定环；4.滚轮；5.钢丝绳；6.叶桨；7.顶部钢丝绳固定环；8.滑轮；9.滚珠；10.轨道；11.弹簧；12.端板；附图2伸缩翼伸长50％时A_A剖面图(具体实施方案1)：元件标注与附图1相同；附图3伸缩翼顶视图：4.滚轮；6.叶桨；8.滑轮；9.滚珠；10.轨道；A-A剖面线；附图4伸缩翼安装图(具体实施方案1、2)：6.叶桨；11.主轴；12.端板；13.行星齿轮；14.发电机；15.减速箱；16.支架；17.叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调桨长的万向风车的伸缩翼由三段构造基本相同的带弯度的翼型叶桨段(6)组成，每段叶桨内部都设有滑轮(8)、轨道(10)、钢丝绳(5)、滚珠(9)、弹簧(11)等，底部有控制叶桨伸缩的卷扬机(1)；三段翼型叶桨段(6)相嵌套叠在一起，每段叶桨段都在其内部底端通过连接杆(2)(或连接板)连接有一段与叶桨段长度方向平行且长度与叶桨段(6)相当的轨道，三段叶桨段(6)所连接的三段轨道通过滚轮确定其横向的位置和进行长度方向的滑动；当处于第一层底端的卷扬机(1)通过钢丝绳(5)拉动(或收回)第二层轨道(10)和叶桨段(6)升起(或降落)时，升起的轨道和叶桨段(6)又通过滑轮(8)和钢丝绳(5)同时顶起(或收回)相邻的第三层轨道和叶桨段(6)升起(或降落)，以此类推，可扩展到多段，叶桨就实现了伸缩功能。

【技术特征摘要】
1.一种调桨长的万向风车的伸缩翼由三段构造基本相同的带弯度的翼型叶桨段(6)组成，每段叶桨内部都设有滑轮(8)、轨道(10)、钢丝绳(5)、滚珠(9)、弹簧(11)等，底部有控制叶桨伸缩的卷扬机(1)；三段翼型叶桨段(6)相嵌套叠在一起，每段叶桨段都在其内部底端通过连接杆(2)(或连接板)连接有一段与叶桨段长度方向平行且长度与叶桨段(6)相当的轨道，三段叶桨段(6)所连接的三段轨道通过滚轮确定其横向的位置和进行长度方向的滑动；当处于第一层底端的卷扬机(1)通过钢丝绳(5)拉动(或收回)第二层轨道(10)和叶桨段(6)升起(或降落)时，升起的轨道和叶桨段(6)又通过滑轮(8)和钢丝绳(5)同时顶起(或收回)相邻的第三层轨道和叶桨段(6)升起(或降落)，以此类推，可扩展到多段，叶桨就实现了伸缩功能。2.根据权利要求1所述的一种调桨长万向风车的伸缩翼，其特征是，三段翼型叶桨段(6)外形和横截面基本形同，为带弯度的机翼型；为了三段叶桨段(6)能套叠在一起，最外的第一层叶桨段(6)比其内部第二层叶桨段(6)的外部轮廓略大几毫米，第二层比第三层略大几毫米，以此类推，可扩展到多段；最内层叶桨段的顶端安装有端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪泽，
申请(专利权)人：李洪泽，
类型：发明
国别省市：河北,13