水平轴风力机的转子叶片有几种不同的调节方式。可以通过调整叶片节距使叶片捕获更多的风能,而小型双叶片风力机的叶片可以在强风下产生回摆,这可以减小强风对叶片产生的压力。有些风力机叶片在基部与转子相连并可以围绕其轴线旋转,叶片节距指的是叶片围绕其轴线在0°~90°角度范围内的旋转位置(自由度)。
通过调节转子叶片的节距(在其基部旋转)以使叶片与风向形成的攻角最大从而捕获最大风能;也可以通过调整叶片节距使叶片不能捕获风能,此位置下的叶片被称作“feathered”(薄板)状态。此时正对风向的不是叶片侧面,而是叶片边缘。图5-14为处于“feathered”状态以确保在维修过程中不会转向的叶片,而图5-15中的风力机叶片则旋转到其侧面(“flat”)几乎与风向相对,这样就可以捕获最大风能。在大型风力机中,叶片可以在“flat”和“feathered”两种状态间进行任意的节距位置调整。液压系统根据自然风的具体状况调整叶片节距以确保叶片能实时捕获最大风能。在高风速情况下也可以通过调整叶片节距保护风力机叶片避免超速损伤。
图5-14 处于“feathered”状态以确保在维修过程中不会转向的叶片
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图5-15 旋转到其侧面几乎与风向相对以捕获最大风能的叶片
双叶片和三叶片风力机的各个叶片可以同时进行相同的节距调整,或者,在某些更复杂的风力机中,每个叶片可以分别进行调整以使风力机更高效。节距调整可以使风力机在低风速时获得更多风能,这样变桨(节距可调)型风力机比定桨(节距固定)型风力机能在更低的风速下起动。在后面内容中将会详细介绍通过液压系统和机械装置进行叶片调整的原理。
另外一种可以保证叶片旋转安全的调整手段是所谓的“跷跷板式运动(teete-ring)”。当风力非常强颈时,风力机叶片的叶尖会向机舱内侧弯曲,有可能会弯曲到接触塔架的程度。如果风力机有两个叶片,则这种作用会被放大,在强大的风力情况下,叶片会与塔架接触而损坏。“跷跷板式轮毂(teeter hub)”可以在大风时起到允许叶片弯曲的作用。“跷跷板式轮毂(teeter hub)”使得叶尖以塔架的方向反向摇摆,从而使叶片远离塔架以保持安全间隙。风力越大,叶片的“跷跷板”作用越强,以保证叶尖与塔架具有足够的安全距离。叶片的摇摆范围较窄(大约为±2°),但这在大风作用下对于保证叶片旋转过塔架时不与之接触已经足够了。
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