不用滑動(dòng)擋塊,利用離心力與風(fēng)力直接控制葉片擺動(dòng)的角度,一種新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)使運(yùn)動(dòng)副減為最少,其結(jié)構(gòu)是:
葉片的轉(zhuǎn)軸與安裝與2.2.節(jié)相同。在葉片朝向風(fēng)輪外側(cè)一面固定一根擺桿,擺桿指向風(fēng)輪外側(cè),其軸線通過(guò)葉片轉(zhuǎn)軸與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸,擺桿外端部有一個(gè)離心錘,離心錘與葉片一起繞葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),圖8是結(jié)構(gòu)與擺動(dòng)示意圖。
在圖9的兩圖中將分析風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片受控偏擺時(shí)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(fēng)力的方向,葉片正以線速度u正常運(yùn)行,葉片受到以升力為主的空氣動(dòng)力F2,力作用點(diǎn)為葉片的壓力中心;由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn),離心錘受到離心力F1作用,F(xiàn)1與F2相對(duì)于葉片轉(zhuǎn)軸的矩轉(zhuǎn)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(fēng)輪旋轉(zhuǎn)至該點(diǎn)的被控偏擺角度。左圖是風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪向風(fēng)側(cè)時(shí),風(fēng)葉向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)偏擺的受力狀態(tài),右圖是風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪背風(fēng)側(cè)時(shí),風(fēng)葉向風(fēng)輪外側(cè)偏擺的受力情況。轉(zhuǎn)速越高離心力越大,風(fēng)葉偏擺角度越小,在正常運(yùn)行時(shí)偏擺角度是很小的,可達(dá)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(yùn)行在較合適的狀態(tài)。
在風(fēng)輪支架上仍安裝有限位擋桿,設(shè)置擋桿僅僅是限止風(fēng)力機(jī)起動(dòng)時(shí)的葉片擺動(dòng)角度,風(fēng)輪起動(dòng)后隨轉(zhuǎn)速的提高,離心力加大使葉片偏擺角度減小,葉片不會(huì)撞擊擋桿,風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速后,風(fēng)輪工作在升力狀態(tài),葉片僅有很小角度偏擺。
采用這種控?cái)[方式的風(fēng)力機(jī)可自起動(dòng),葉尖速比在1以下運(yùn)行在阻力狀態(tài),葉尖速比從1以上進(jìn)入到升力狀態(tài),葉葉尖速比在2以上即進(jìn)入正常工作狀態(tài),圖10是其功率系數(shù)與葉尖速比關(guān)系的示意圖。葉片的擺動(dòng)是連續(xù)的,沒(méi)有順風(fēng)擺動(dòng)區(qū)間,有利于風(fēng)能利用效率的提高;合適的設(shè)計(jì)還可獲得一定的變槳調(diào)速性能。
從結(jié)構(gòu)上講,機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,運(yùn)動(dòng)副只有葉片與風(fēng)輪支架間通過(guò)軸承聯(lián)接,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,加工與安裝容易,潤(rùn)滑與密封容易,價(jià)格低廉,基本不需要維護(hù)。風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后靠風(fēng)力與離心力的平衡控制葉片擺動(dòng)角度,不會(huì)撞擊擋桿,也不會(huì)有噪聲。