CN1013140B - 带液压迎角调节桨叶的风力发电机 - Google Patents

Abstract

带液压迎角调节桨叶的风力发电机，包括一个由装到一个支座的单或多翼型桨叶组成的螺旋桨，能够绕与桨叶纵轴正交的轴旋转，其中每个桨叶以下列方式安装到支座上，它能绕其纵轴旋转并且通过一个用于把直线运动转换成旋转运动的可倒转装置同其轴与桨叶纵轴平行的一个往复式液压传动器相联接，其固定在桨叶支座内部，传动器由一个液压回路供给和起动，该回路控制传动器活动部件的径向移动则从而控制桨叶绕其轴在具有不同安置角度的各位置之间转动。

Description

本发明是关于一种带液压迎角调节桨叶的风力发电机。

公知的空气发电机（即风力发电机）能够借助风力而产生旋转以便于将机械能供给由其驱动的装置，该机械能可转换成如电能等。风力发电机具有螺旋桨（即转子），螺旋桨具有许多桨叶，风力作用在桨叶上使螺旋桨旋转。

这样的一个螺旋桨可以具有许多桨叶，或者，也可只具有一个带平衡配重的桨叶（易于实施的形式），该桨叶完全担负产生发电机转矩的作用，这在结构上尤其简易。

在各种条件下，螺旋桨的桨叶或每个桨叶与作用在其上的空气之间的迎角角度应该恒定地保持在一个能获得最佳空气动力效率的值上，这是必要的;因此，当螺旋桨转速变化时，从而当对应于桨叶的空气的相对速度在强度和方向上变化时，该迎角角度（也称为轮毂上桨叶的安置角度）应该改变以便于使整个系统保持在一个恒定的高水平的空气动力效率上，这也是必要的。

在螺旋桨起动状态下当螺旋桨转速低时，具有一个相对大的安置角度是必要的，随着转速增加逐步地减小该角度，直到最大额定转速，从而保持高的效率。从机械的观点上看，如果风速达到使得高转速产生而对发电机结构可能有危险的程度时，有必要用一种方法来改变安置角度而使螺旋桨的桨叶或桨叶组的效率降低，以使得不超过最大转速。

另外，有必要使螺旋桨的桨叶或桨叶组能够处于一个相对风不动 的位置，即“静止位置”，在此风不能使螺旋桨旋转。

为了上述目的，为改变空气发电机桨叶迎角而建立在杠杆、节点、齿轮传动装置、滚珠丝杠或凸轮基础上的装置是公知的，但这种装置是笨重的，因此极大地影响了螺旋桨轮毂的几何形状，而且高度复杂，由此需经常维护。

美国专利US-4495，423描述了一种这类发电机的实例，示出一种风能转换系统，并对这一问题的解决方案作过讨论。

因此，需要有这样一种风力发电机，它可以用小型的，结构简单的，可靠的调节装置来控制其桨叶的安置角度。

本发明实现了这些目的，本发明描述了一种带液压迎角调节桨叶的风力发电机，其包括一个由一个或多个翼型桨叶组成的螺旋桨，上述桨叶安装到一个能围绕与桨叶纵轴线正交的轴旋转的支座上，其中，每个桨叶以下述方式安装到支座上，即每个桨叶能绕其纵轴线旋转并通过一个可反转的装置（同支座）联接以便于用其轴线平行于桨叶纵轴的往复式液压致动器将直线运动变换为旋转运动，该致动器紧固在桨叶支座内部，该致动器由一个液压控制回路供给和驱动，上述回路控制致动器的活动部件的径向移动，由此控制桨叶在具有不同安置角度的各位置之间绕其轴线旋转。

尤其是，每个桨叶在其一端安有一个可旋转并轴向固定的轴，该轴同可反转的相对旋转的内外螺纹付的旋转部件联接，螺纹付具有一个可轴向移动的部件，其安装到往复式液压致动器的杆上，传动器包括一个活塞，该活塞在同其共轴的桨叶支座内的一个液压缸内滑动，并在液压缸内分隔成两个腔体，叫做前腔和后腔，它们由控制阀单元分别供给液压流体。通过内外螺纹付，液压缸内活塞的行程位置的端点使桨叶的安置角度：一种情况下，为相应于在最大额定转速下桨叶 的空气动力旋转所需条件;在另一种情况下，为桨叶处于相对于入射气流的空载位置。

面对后腔一边的活塞受到液压力的面积较大，压力致使活塞移动并通过内外螺纹装置使桨叶安置角度向着桨叶的空载位置变化。

活塞具有以相反方向移动的弹性装置，其具有与活塞处于下述位置相对应的一个平衡位置，即通过内外螺纹付而产生的适合于螺旋桨旋转起动时的桨叶安置角度的位置。

致动器的杆具有一个同紧固在桨叶支座内的内螺纹相啮合的可倒转的多头外螺纹，该螺纹可相对旋转并固定得使桨叶轴可轴向移动。

致动器的杆带有内外螺纹付的一个部件，它与同桨叶轴为一整体的螺纹付的另一部件相啮合，并提供防止致动器旋转的装置。

根据本发明的风力发电机可具有其相对端置一配重元件的单桨叶。

风力发电机也可包括一对径向对置的桨叶，它们的端部可旋转地支撑在一个支座体上，支座体内部有一个致动器，致动器具有一个能在相应液压缸内轴向滑动的活塞，其带有弹性反作用装置，活塞带有相对置的杆，每个杆在其一端具有可反转的内外螺纹付的不旋转的那一部件，而螺纹付的另一部件同一个桨叶为一整体并可相应旋转，一个杆的内外螺纹付所具有的螺纹方向同对置杆的螺纹付的相反。

根据本发明的风力发电机也可包括径向地支撑在一个支座体上的许多桨叶。每个桨叶具有自己的直线移动致动器，致动器通过用于把传动器移动部件的直线运动转变为桨叶旋转的内外螺纹付联接到桨叶上。从下面的叙述可获得更详细的说明并参考附图，其中：

图1表示出根据本发明的空气发电机转子的侧视图，为单桨叶型;

图2表示出图1的Ⅱ-Ⅱ部分;

图3是由图1的方向Ⅲ看的空气发电机桨叶的三个典型工作位置 图形;

图4是根据本发明的空气发电机转子剖示部分。

如图1和图2所示，单桨叶型的螺旋桨型空气发电机具有一个支座1，安装在一个叉架2上，上述支座能绕轴“A”旋转并同驱动装置联接，在支座两边分别安装一个桨叶3和一配重4，它们相对枢轴4在重量上相平衡，并通过支座1安装到叉架2上。

在轴“A”的平面上支座1绕枢轴4的摆动由停止垫片5限制。

如图1和图3所示，在方向为“V”的风的作用下，桨叶3的空气动力翼使整个螺旋桨以图2和图3所示的剪头“R”绕轴“A”旋转，以此把所需能量供给将要利用它的装置。

为了在各种工作条件下都提供最适宜的空气动力特性，相对于螺旋桨旋转平面的桨叶3的迎角角度α必须能在约90°的总范围内变化，从相对于风不动的叫做“静止位置”的位置（如图3所示的“P”）到正常工作位置（“F”）。

在静止位置“P”，桨叶的翼弦“C”同旋转平面形成大约80°～90°的角度（叫做安置角度），在这些条件下，桨叶相对风处于平衡位置，系统不产生旋转;在最大工作条件下，桨叶必须在位置“F”，具有大约为零的安置角度α，以使得桨叶上风的迎角速度与桨叶旋转速度的合成产生一个具有这样一个方向的气流通过桨叶的合成速度，即该方向产生相对轴“A”的最大转矩。

在起动时，旋转速度“R”等于零，在这种条件下，为了获得最大转矩，通过把桨叶放置在图3所指明的位置“A”上来提供一个与工作位置“F”不同的安置角度α，这是必要的;在以低于最大速度旋转的条件下，则需要使安置角度α处于位置“A”和位置“F”之 间的中间位置，以便于在这种情况下获得气流流过桨叶的最佳方向。

为了使获得这些迎角变化成为可能，根据本发明的桨叶3通过自己的轴6可旋转地轴向固定地支撑在支座1内部，该轴设置在轴承7和8（或类似支撑装置）之间，以能够经受由桨叶上的风力产生的转矩并能够承受旋转中作用在桨叶上的离心力。

桨叶的轴6在与桨叶3相对的那一端延长为齿轴9，齿轴9同其为一整体或坚固地装在其上，并可滑动地不可相互转动地嵌在管10中，管10延伸到装在活塞13的杆12端部的螺纹块11处，活塞13能够在支座1内部（靠近配重4的一个位置）所形成的相应液压缸内滑动。

螺纹块11为带有斜齿（螺纹斜度能保证其可倒转）的多头型，并被嵌入内螺纹15中，内螺纹15固定在支座1内部。相对的弹簧16和17加到活塞13上，它们分别作用在分隔腔体18和19的两个相对面上，腔体18和19分别通过导管20和21由油压系统供给（液压油）。

在压力下通过供给腔体18和19之一以流体而产生的活塞13轴向滑动使螺纹块11在内螺纹15中旋转，从而使桨叶的轴6旋转并使其安置角度变为所需要的;在腔体18和19没有压力时，弹簧16和17把活塞保持在相对于桨叶起动位置“A”的一个中间位置上，当每个腔体内压力相等时，由于没装到杆的那个表面的面积较大，活塞向着相对于桨叶静止位置“P”的极端位置移动。

如上述叙述所表明的，使桨叶安置角度产生变化的结构实际是简单的也是小型的，并能容易地安置在支座1内部而不需增加支座的直径或改变其形状，而且还具有高机械可靠性和低维护要求，这是由于 其活动部件的数量是有限的。根据本发明的结构也可用于带多桨叶的转子而同样具有上述优点;在一些情况下，径向地支撑在同一个轮毂上的每个桨叶可具有自己的安置角度控制装置，其包括活塞13和螺纹11，具有类似于图2的结构但没有配重。

对于双桨叶转子的情况，也能产生一个更紧凑的结构，例如图4所示结构（仅仅为了说明的目的并不限于该方法），具有一个单活塞22用于产生相对桨叶23a和23b的所需旋转。

在这种实施形式中，活塞22安置在形成于轮毂体25内的液压缸内部，并在液压缸中分隔成两个腔体26和27。

活塞22同两个杆28和29联接，其端部分别安置螺纹套管30和31;这些套管中分别放置螺纹32和33，它们同桨叶23a和23b的轴34为一整体，该轴34通过轴承7a和8a可旋转地支撑在轮毂体25内，以类似于上述情况的方式。

与螺纹32和33配合的套管30和31的螺纹是可倒转的、斜齿的、多头型的，如前述实施形式中的螺纹11的情况;套管30的螺纹和相应螺纹32的方向与套管31和相应螺纹33的相反。

套管30和31在轮毂体25的相应座套中可轴向滑动并用键36或类似装置来防止其旋转。由图4可见，活塞22具有相对弹簧16a和17a，在没有压力时，能够在腔体26内把活塞保持在其行程的中间点上（对应于桨叶23a和23b的起动位置“A”）。

杆28和29为不同的直径，这使活塞22具有不同的受力面积;这些面积是这样的：如果腔体26和27中的压力相等，活塞22以这样一个方向移动以便于通过螺纹32和33使桨叶23a和23b产生相反方向的旋转，向着共同的静止位置“P”。

在这种方法中，等效于图1和图2所示实施形式的工作情况，作为双桨叶转子，在径向上具有一个较小的整体尺寸，而保证桨叶以相反方向旋转的一致和在各不同位置上桨叶安置角度的精确几何配合的一致。

许多变化可以实现而不超出本发明一般形式的范围。

Claims (7)

1、一种带液压迎角调节桨叶的风力发电机，具有一个由单个或多个机翼型桨叶构成的螺旋桨，桨叶安装在一个能绕与桨叶纵轴线正交的轴线旋转的支座上，每个桨叶也是以能绕其纵轴线旋转的方式安装在支座上的，并通过一个用于把直线运动转换为旋转运动的可反转装置连接到一个往复式液压致动器上，该致动器由一个液压控制回路驱动，该回路控制致动器活动部件的径向运动，由此控制桨叶在具有不同安装角度的各位置之间绕其轴旋转，其特征在于：每个桨叶在其一端有一个可旋转并轴向固定地安装着的轴，可相对旋转地同可倒转的内外螺纹付的可旋转部件联接，上述螺纹付具有一个安装到往复式液压致动器的杆上的可轴向移动的部件，上述致动器包括一个可在桨叶支座内的一个液压缸内滑动的活塞(它们共轴)，活塞把上述液压缸分隔成两个腔体，称为前和后腔体，它们由控制阀装置分别供给液压流体，在液压缸内的活塞行程的两个端点，通过内外螺纹付而使桨叶安置角度分别为：在一种情况下，是在最大额定转速下桨叶的空气动力运行所要求的条件，在另一种情况下，桨叶放置在相对入射气流不动的位置上。

2、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，活塞承受液压力的面积在面向后腔体的那边较大，压力使活塞移动，通过内外螺纹装置使桨叶的安置角度向着桨叶的不动位置变化。

3、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：具有相反作用的轴向移动的弹性装置加到活塞上，具有相应于活塞处于通过内外螺纹付提供适合于螺旋桨旋转起动的桨叶安置角度这样的一个平衡位置。

4、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：致动器的杆带有一个啮合在一个内螺纹内的可倒转的多头螺纹，上述内螺纹紧固在桨叶支座内部，上述多头螺纹被防止旋转但能相对桨叶轴自由地轴向移动。

5、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：致动器的杆带有内外螺纹付的一个部件，该部件同与桨叶轴为一整体的螺纹付的另一部件相啮合，具有防止传动器杆旋转的装置。

6、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：它包括一个其对面安置一个配重元件的单桨叶。

7、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：它包括由一个支座体可旋转地支撑其端部的一对径向对置的桨叶，上述支座体内存在一个带活塞的致动器，该活塞能在一个相应的液压缸内轴向滑动，具有弹性反作用装置，并具有对置的杆，每个杆在其一端带有可倒转内外螺纹付的一个部件，该部件不转并且同一个桨叶为一整体的螺纹付的另一部体相对旋转，一个杆的内外螺纹付的螺纹方向同对置杆的螺纹付的相反。

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