不用滑動擋塊,利用離心力與風力直接控制葉片擺動的角度,一種新設計的結構使運動副減為最少,其結構是:
葉片的轉軸與安裝與2.2.節(jié)相同。在葉片朝向風輪外側一面固定一根擺桿,擺桿指向風輪外側,其軸線通過葉片轉軸與風輪轉軸,擺桿外端部有一個離心錘,離心錘與葉片一起繞葉片轉軸轉動,圖8是結構與擺動示意圖。
在圖9的兩圖中將分析風輪在風力作用下旋轉時葉片受控偏擺時的受力情況,圖中僅顯示葉片、離心錘與主要力矢。箭頭W代表風力的方向,葉片正以線速度u正常運行,葉片受到以升力為主的空氣動力F2,力作用點為葉片的壓力中心;由于風輪旋轉,離心錘受到離心力F1作用,F(xiàn)1與F2相對于葉片轉軸的矩轉向相反,在兩力矩作用下葉片擺向兩力矩平衡的位置,該位置就是葉片隨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,風葉向風輪內(nèi)側偏擺的受力狀態(tài),右圖是風葉旋轉至風輪背風側時,風葉向風輪外側偏擺的受力情況。轉速越高離心力越大,風葉偏擺角度越小,在正常運行時偏擺角度是很小的,可達到較高的葉尖速比。
改變離心錘的質(zhì)量大小或改變離心錘在離心擺桿上的位置均可調(diào)整離心力的大小,使葉片運行在較合適的狀態(tài)。
在風輪支架上仍安裝有限位擋桿,設置擋桿僅僅是限止風力機起動時的葉片擺動角度,風輪起動后隨轉速的提高,離心力加大使葉片偏擺角度減小,葉片不會撞擊擋桿,風速達到額定風速后,風輪工作在升力狀態(tài),葉片僅有很小角度偏擺。
采用這種控擺方式的風力機可自起動,葉尖速比在1以下運行在阻力狀態(tài),葉尖速比從1以上進入到升力狀態(tài),葉葉尖速比在2以上即進入正常工作狀態(tài),圖10是其功率系數(shù)與葉尖速比關系的示意圖。葉片的擺動是連續(xù)的,沒有順風擺動區(qū)間,有利于風能利用效率的提高;合適的設計還可獲得一定的變槳調(diào)速性能。
從結構上講,機構非常簡單,運動副只有葉片與風輪支架間通過軸承聯(lián)接,運轉可靠,加工與安裝容易,潤滑與密封容易,價格低廉,基本不需要維護。風力機運轉后靠風力與離心力的平衡控制葉片擺動角度,不會撞擊擋桿,也不會有噪聲。