一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，包括：S1，确定上风区、下风区理论最佳攻角；S2，获得上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系；S3，确定上风区叶片安装角的调节规律；S4，确定下风区叶片安装角的调节规律；S5，根据上风区和下风区叶片安装角的调节规律，实时调节H型垂直轴风力发电机的安装角。本发明专利技术还提供了一种H型垂直轴风力发电机的攻角实时调节装置，运用本发明专利技术的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，实时调节叶片攻角，使得叶片在旋转过程中各个位置的攻角与最佳攻角最为接近，从而达到提高风能利用率的目的。

Variable angle of attack method for H type vertical shaft wind power generator and device thereof

The present invention provides a method of changing attack angle, the H type vertical axis wind turbine includes: S1, determine the optimal angle of attack area, upwind downwind area theory; S2, get wind zone, downwind area induced velocity and induced factor operation relations; S3, determine the upper area of vane angle regulating law; S4 determination regulation. The blade installation angle; S5, according to the regulation of leaf area and upwind downwind area installation angle, real-time adjustment of H type vertical axis wind turbine installation angle. The invention also provides a real-time angle regulation device of H type vertical axis wind turbine, variable angle H type vertical axis wind turbine by using the present invention, real-time adjustment of blade angle of attack, which leaves during the rotation of each position angle and the optimal attack angle most close to, so as to improve the wind energy utilization rate objective.

【技术实现步骤摘要】
一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其装置
本专利技术属于新能源
，具体涉及一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其攻角实时调节装置。
技术介绍
目前垂直轴风力发电机风能利用率仅有35％左右，远低于理论值66.6％，这一缺点阻碍了其规模化发展。垂直轴风力机的合成风速是指来流风速与切向风速的矢量和，叶片的攻角是指合成风速与叶片弦线的夹角，叶片的安装角是指叶片弦线和风轮切线之间的夹角。其中，叶片攻角是影响垂直轴风力机风能利用率的最重要因素之一。现有大多数垂直轴风力机的安装角一般为固定式，由于垂直轴风力机风轮在旋转过程中切向风速的变化，导致合成风速和叶片攻角随方位角不断变化，叶片在每个位置的气动特性各不相同，这是目前垂直轴风力机发电效率比水平轴风力机发电效率低的主要原因，因此实时可变攻角的垂直轴风力机是未来垂直轴风力机的一个重要发展方向。目前，对于垂直轴风力机的攻角调节问题尚处于研究阶段：严强的专利“垂直轴风力发电机叶片攻角调节装置”(200610023892.2)公开了一种垂直轴风力机叶片攻角调节装置以降低启动风速、提高风能利用率；张立勋等以双盘面多流管理论为基础对主动式攻角调节控制方法和规律进行研究，获得了不同叶尖速比下的攻角控制规律，验证了主动式变桨距控制规律可显著提高垂直轴风力机的启动性能和风能利用率(张立勋，梁迎彬，尉越啸，等.垂直轴风力机主动式变桨距控制规律[J].中南大学学报(自然科学版)，2013，44(6):2561-2568.)；廉正光等的专利“一种变桨距垂直轴风力发电机”(201410009955.3)利用双曲柄调距机构及双偏心轴机构，设计了一种新型调距机构，并且制造出采用该机构的风力发电机样机。上述研究提出的攻角调节方法均在一定程度上改善了垂直轴风轮的运转性能，提高了风能利用率。但在结构上，严强和廉正光设计的叶片攻角调节装置都用到了凸轮机构，很难适应不同风速的情况；张立勋等对变桨距规律的研究所采用的样机，利用两个伺服电机分别控制两个叶片的攻角变化，增加了系统惯性，且其调节方式有一定的滞后性。另外，理论上上述研究在气动特性分析时假设了垂直轴风轮下风区各个方位的诱导速度大小一致、方向不变；这些假设虽然简化了计算，但研究结果不能完全反映实际情况；而且所采用的翼型静态数据未考虑垂直轴风力机在实际工作状况下发生的动态失速问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够实现实时调节叶片攻角，大大提高风能利用率的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法及其攻角实时调节装置。本专利技术提供了一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，包括：S1，确定上风区、下风区理论最佳攻角；S2，获得上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系；S3，确定上风区叶片安装角的调节规律；S4，确定下风区叶片安装角的调节规律；S5，根据上风区和下风区叶片安装角的调节规律，实时调节H型垂直轴风力发电机的安装角。进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，上风区、下风区理论最佳攻角的确定方法如下：根据CT＝CLsinα-CDcosα，利用美国Sandia实验室测得的动态失速下翼型的升阻力系数值，绘制NACA0015翼型的升力、阻力系数曲线图，分析该曲线图，确定上风区、下风区理论最佳攻角，其中，CL表示翼型升力系数，CD表示翼型阻力系数，CT表示翼型切向力系数，α表示叶片攻角。进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S2中，上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系建立的具体步骤如下：S2-1，建立双致动盘多流管理论分析模型；S2-2，建立上风区诱导速度、下风区诱导速度、以及诱导因子之间的运算关系：V＝uV∞，Ve＝(2u-1)V∞，V'＝u'Ve＝u'(2u-1)V∞，W2＝V2[(Rω/V-sinθ)2+cos2θ]，其中，V表示上风区诱导速度，V'表示下风区诱导速度，V∞表示无穷远来流风速，u表示上风区诱导因子，u'表示下风区诱导因子，W表示合成风速，θ表示叶片方位角，R表示风轮半径，ω表示风轮角速度。进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S3中，上风区叶片安装角的调节规律确定方法如下：fupu＝1-u，令叶片攻角α为上风区理论最佳攻角，上风区诱导因子迭代初值为1，对上风区诱导因子进行迭代计算，得到上风区叶片安装角的调节规律，其中，βup表示上风区安装角，fup表示上风速度诱导因子迭代函数，α表示叶片攻角，N表示风轮叶片数，c表示叶片弦长。进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S4中，下风区叶片安装角的调节规律确定方法如下：S4-1，采用数值模拟方法，制作下风区叶片在各个方位处诱导速度的大小变化曲线和方向变化曲线，S4-2，建立风轮下风区叶片攻角的计算模型，S4-3，定义风轮下风区的局部叶尖速比X'S4-4，建立下风区安装角与攻角间的关系S4-5，令叶片攻角等于下风区理论最佳攻角，得到下风区叶片安装角调节规律，其中，V'表示下风区诱导速度，α表示叶片攻角，θ表示叶片方位角，R表示风轮半径，ω表示风轮角速度，X'表示下风区局部叶尖速比，βdw表示下风区安装角，γ表示偏角，即下风区诱导速度与水平方向的夹角，进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S5中，调节H型垂直轴风力发电机的实际安装角时，由于叶片在0°和180°方位时，叶片升力方向通过转轴中心，不能产生推动风轮的转矩，因此，将叶片攻角调节为0°，使得此时的阻转矩最小，此时安装角为0°。进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，上风区理论最佳攻角为10.7°。进一步，在本专利技术提供H型垂直轴风力发电机的变攻角方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S4-5中，下风区理论最佳攻角为-10.7°。在本专利技术还提供一种运用H型垂直轴风力发电机的变攻角方法的攻角实时调节装置，主要包括叶片、叶片支撑架、调节攻角推杆、支撑杆、底座、发电机、尾舵、主轴、电动推杆、三通接头、导电滑环、风速检测仪、风向检测仪，其特征在于：发电机固定在底座上，主轴下端与发电机的轴相连，电动推杆安装在主轴的上端，导电滑环固定安装在主轴内，主轴的上端和下端还分别垂直焊接有三个支撑杆，主轴同一端相邻两个支撑杆之间的夹角为120°，主轴上端的支撑杆与下端的支撑杆的焊接方向一一相同，六个支撑杆的另一端上均通过螺栓固定安装有叶片支撑架，叶片固定安装在同一竖直平面的两个叶片支撑架上，调节攻角推杆的一端通过螺栓连接在叶片上，调节攻角推杆的另一端连接在三通接头上，三通接头通过螺栓固定在电动推杆上，尾舵安装在电动推杆上，风速检测仪、风向检测仪安装在底座附件。本专利技术的优点如下：根据本专利技术所涉及的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，采用局部叶尖速比法，分上下风区进行考虑，比传统方法更精确，使得叶片旋转过程中各个位置的攻角与最佳攻角最为接近，极高地提升了风力机的发电效率。根据本专利技术所涉及的H型垂直轴风力发电机的攻角实时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，包括：S1，确定上风区、下风区理论最佳攻角；S2，获得上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系；S3，确定上风区叶片安装角的调节规律；S4，确定下风区叶片安装角的调节规律；S5，根据上风区和下风区叶片安装角的调节规律，实时调节H型垂直轴风力发电机的安装角。

【技术特征摘要】
1.一种H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，包括：S1，确定上风区、下风区理论最佳攻角；S2，获得上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系；S3，确定上风区叶片安装角的调节规律；S4，确定下风区叶片安装角的调节规律；S5，根据上风区和下风区叶片安装角的调节规律，实时调节H型垂直轴风力发电机的安装角。2.根据权利要求1所述的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述上风区、下风区理论最佳攻角的确定方法如下：根据CT＝CLsinα-CDcosα，绘制翼型的升力、阻力系数曲线图，分析该曲线图，确定上风区、下风区理论最佳攻角，其中，CL表示翼型升力系数，CD表示翼型阻力系数，CT表示翼型切向力系数，α表示叶片攻角。3.根据权利要求1或2所述的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述上风区、下风区诱导速度和诱导因子的运算关系建立的具体步骤如下：S2-1，建立双致动盘多流管理论分析模型；S2-2，建立上风区诱导速度、下风区诱导速度、以及诱导因子之间的运算关系：V＝uV∞，Ve＝(2u-1)V∞，V'＝u'Ve＝u'(2u-1)V∞，W2＝V2[(Rω/V-sinθ)2+cos2θ]，其中，V表示上风区诱导速度，V'表示下风区诱导速度，V∞表示无穷远来流风速，u表示上风区诱导因子，u'表示下风区诱导因子，W表示合成风速，θ表示叶片方位角，R表示风轮半径，ω表示风轮角速度。4.根据权利要求1-3任一项所述的H型垂直轴风力发电机的变攻角方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述上风区叶片安装角的调节规律确定方法如下：fupu＝1-u，令叶片攻角α为上风区理论最佳攻角，上风区诱导因子迭代初值为1，对上风区诱导因子进行迭代计算，得到上风区叶片安装角的调节规律，其中，βup表示上风区安装角，fup表示上风速度诱导因子迭代函数，α表示叶片攻角，N表示风轮叶片数，c...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立军，马东辰，米玉霞，赵昕辉，顾嘉伟，王旱祥，刘延鑫，刘永红，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37