不用滑動擋塊,利用離(lí)心力與風力直接控制葉片擺動的角度,一(yī)種新設計的結構使運動副減爲最少,其結構是:
葉片的轉軸與安裝與2.2.節相同。在葉片朝向風輪外(wài)側一(yī)面固定一(yī)根擺杆,擺杆指向風輪外(wài)側,其軸線通過葉片轉軸與風輪轉軸,擺杆外(wài)端部有一(yī)個離(lí)心錘,離(lí)心錘與葉片一(yī)起繞葉片轉軸轉動,圖8是結構與擺動示意圖。
在圖9的兩圖中(zhōng)将分(fēn)析風輪在風力作用下(xià)旋轉時葉片受控偏擺時的受力情況,圖中(zhōng)僅顯示葉片、離(lí)心錘與主要力矢。箭頭W代表風力的方向,葉片正以線速度u正常運行,葉片受到以升力爲主的空氣動力F2,力作用點爲葉片的壓力中(zhōng)心;由于風輪旋轉,離(lí)心錘受到離(lí)心力F1作用,F1與F2相對于葉片轉軸的矩轉向相反,在兩力矩作用下(xià)葉片擺向兩力矩平衡的位置,該位置就是葉片随風輪旋轉至該點的被控偏擺角度。左圖是風葉旋轉至風輪向風側時,風葉向風輪内側偏擺的受力狀态,右圖是風葉旋轉至風輪背風側時,風葉向風輪外(wài)側偏擺的受力情況。轉速越高離(lí)心力越大(dà),風葉偏擺角度越小(xiǎo),在正常運行時偏擺角度是很小(xiǎo)的,可達到較高的葉尖速比。
改變離(lí)心錘的質量大(dà)小(xiǎo)或改變離(lí)心錘在離(lí)心擺杆上的位置均可調整離(lí)心力的大(dà)小(xiǎo),使葉片運行在較合适的狀态。
在風輪支架上仍安裝有限位擋杆,設置擋杆僅僅是限止風力機起動時的葉片擺動角度,風輪起動後随轉速的提高,離(lí)心力加大(dà)使葉片偏擺角度減小(xiǎo),葉片不會撞擊擋杆,風速達到額定風速後,風輪工(gōng)作在升力狀态,葉片僅有很小(xiǎo)角度偏擺。
采用這種控擺方式的風力機可自起動,葉尖速比在1以下(xià)運行在阻力狀态,葉尖速比從1以上進入到升力狀态,葉葉尖速比在2以上即進入正常工(gōng)作狀态,圖10是其功率系數與葉尖速比關系的示意圖。葉片的擺動是連續的,沒有順風擺動區間,有利于風能利用效率的提高;合适的設計還可獲得一(yī)定的變槳調速性能。
從結構上講,機構非常簡單,運動副隻有葉片與風輪支架間通過軸承聯接,運轉可靠,加工(gōng)與安裝容易,潤滑與密封容易,價格低廉,基本不需要維護。風力機運轉後靠風力與離(lí)心力的平衡控制葉片擺動角度,不會撞擊擋杆,也不會有噪聲。