CN101424249A - 风力发动机叶片变桨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发动机叶片的变桨装置，其包括驱动装置和使叶片转动的传动装置，驱动装置比如液压缸或者丝杠螺母能产生直线驱动来推动传动装置中的推拉杆作直线移动，推拉杆带动包覆在叶片根部的第一挠性件和第二挠性件，通过第一和第二挠性件带动叶片旋转从而实现变桨，当风力发动机的叶片在两个以上时还可以在驱动装置和传动装置的推拉杆之间设置一联接架，通过联接架来带动传动装置作直线移动从而实现各个叶片的同步变桨。

Description

风力发动机叶片变桨装置

技术领域

本发明涉及一种风力发动机叶片变桨装置。

背景技术

在大型风力发动机中各个叶片不仅绕公共轴线公转，另外，各叶片还绕自身轴线自转，其目的是为了实现风能利用率的提高和安全保护(即在风速过大的情况下，比如台风天气下，通过使叶片自转减小攻角，减小气动力进而降低转速直至停转)，这样的自转运动被称为变桨或者变桨距调节，能实现变桨的装置在本文中被称为变桨装置。

现有的变桨装置主要采用电动变桨：叶片通过变桨轴承安装在轮毂上，叶片因而能绕其自身轴线相对轮毂转动，变桨轴承与叶片相连的轴承圈设置有内齿轮，电动机通过变速箱驱动与内齿轮啮合的小齿轮转动从而带动叶片转动来实现变桨。这样的变桨装置，一方面由于齿轮啮合有间隙，容易导致啮合冲击，产生振动，影响齿轮副的寿命；另一方面由于是独立变桨，需要三个变桨装置，当其中一套装置出现问题时，就会出现三个叶片变桨不能同步，从而会导致严重的后果。

发明内容

本发明的目的是要提供一种通过挠性件(如钢丝绳等)使叶片转动的变桨装置，该变桨装置能实现无冲击同步变桨。

为了实现所述目的，根据本发明一方面的变桨装置包括驱动装置和使叶片转动的传动装置，该叶片可转动地设置在轮毂上，该轮毂设置在机舱上；驱动装置是动力输出件作直线运动的直线驱动装置，传动装置包括推拉杆、第一挠性件和第二挠性件；推拉杆具有第一连接端和第二连接端，并且这两个连接端可以设置在推拉杆直线移动方向的相对两端；第一挠性件的一端与推拉杆的第一连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第一挠性件的一部分包覆在叶片根部的第一侧上，推拉杆的第一连接端通过第一挠性件牵引叶片正向转动实现变桨；第二挠性件的一端与推拉杆的第二连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第二挠性件的一部分包覆在叶片根部的第二侧上，推拉杆的第二连接端通过第二挠性件牵引叶片反向转动实现变桨；驱动装置相对轮毂或机舱固定设置并且其动力输出件与推拉杆联接。

根据本发明一方面的变桨装置至少具有这样的优点：直线驱动装置驱动推拉杆前进时，推拉杆带动第一挠性件驱动叶片向一个方向转动，设定为正向转动变桨，当直线驱动装置驱动推拉杆后退时，带动第二挠性件驱动叶片向另一个相反方向转动，设定为反向转动变桨，从而实现无冲击连续变桨。

为了实现所述目的，根据本发明另一方面的叶片变桨装置，包括驱动装置和使叶片转动的传动装置，该叶片可转动地设置在轮毂上，该轮毂设置在机舱上，该变桨装置还包括联接架，该驱动装置是动力输出件作直线运动的直线驱动装置，传动装置包括推拉杆、第一挠性件和第二挠性件；推拉杆具有第一连接端和第二连接端；第一挠性件的一端与推拉杆的第一连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第一挠性件的一部分包覆在叶片根部的第一侧上，推拉杆的第一连接端通过第一挠性件牵引叶片正向转动；第二挠性件的一端与推拉杆的第二连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第二挠性件的一部分包覆在叶片根部的第二侧上，推拉杆的第二连接端通过第二挠性件牵引叶片反向转动；所有传动装置的推拉杆同时与所述联接架联接，驱动装置相对轮毂或机舱固定设置，并且其动力输出件与联接架联接。

根据本发明另一方面的变桨装置至少具有这样的优点：通过将所有叶片的推拉杆同时与联接架联接，再将联接架与直线驱动装置的动力输出件联接，当驱动装置驱动联接架移动时，同时带动所有推拉杆移动，从而带动相应的叶片实现无冲击同步变桨。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：该直线驱动装置是液压缸或气压缸或丝杠及螺母或者滚珠丝杠驱动装置。

采用不同的驱动装置能带来不同的优点，比如当采用滚珠丝杠螺母驱动装置时，由于滚珠的存在，使螺母与丝杠之间的摩擦变为滚动摩擦，大大减小了两者之间的摩擦力，使得螺母的直线运动更加灵活方便。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：第一挠性件和第二挠性件是钢丝绳或者钢带。

这里以及本文其它地方所述的挠性件是指承受拉力而不能承受压力的具有一定柔性的细长绳类物体，比如钢丝绳，钢带等，而采用钢丝绳或者钢带既可以保证联接的强度，也可以很好地利用其柔性实现零部件之间的方便传动。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：第一挠性件和第二挠性件至少有一个挠性件上设有至少一个用于使该挠性件张紧的张紧力调节装置。

由于装配的原因，挠性件存在一定的松弛，导致变桨时的冲击，需要在挠性件上设置张紧力调节装置来消除这样的松弛，进而消除这样的冲击，当然设置张紧力调节装置还可以消除正反向之间的间隙，消除换向冲击。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：所述叶片根部的第一侧设置有第一绕绳槽，第二侧设置有第二绕绳槽，第一挠性件包覆在叶片根部第一侧上的部分设置于第一绕绳槽中，第二挠性件包覆在叶片根部第二侧上的部分设置于第二绕绳槽中。

在叶片根部设置绕绳槽并将挠性件设置在绕绳槽中，可以防止第一和第二挠性件之间的摩擦，从而有效地保护挠性件，延长挠性件的寿命，此外，设置绕绳槽还可以保证挠性件对叶片根部的可靠包覆，绕绳槽的截面形状和长度可以根据挠性件的外形和其在叶片根部的包覆长度来确定。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：第一挠性件和第二挠性件是一个整体，其中部与叶片根部固定联接。

挠性件端部与其它部件的联接端头体积往往比较大，尤其挠性件为钢丝绳时，因此采用这样的方法可以节约挠性件的联接端头的数量，进而可以减少工时，节约成本。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：叶片根部包括叶片根部本体、与叶片根部本体固定联接的绕绳件和与叶片根部本体固定联接的联接件；并且绕绳件与叶片根部本体可以是一个整体，绕绳件与联接件也可以是一个整体；为了挠性件的可靠联接，可以设置绕绳件，其与叶片根部本体固定联接，还可以设置联接件其与叶片根部本体固定联接；绕绳件上可以设置绕绳槽，用于容纳挠性件便于挠性件对叶片根部的可靠包覆，联接件用于挠性件的端头的可靠联接，也便于设置使挠性件张紧的张紧力调节装置。可以把绕绳件和联接件看作叶片根部的一部分；绕绳件和联接件可以是一个整体，可以是分离元件的组合联接，而绕绳件可以和叶片根部本体是一个整体，也可以是分离的元件组合联接。

联接件和绕绳件可以直接与叶片根部本体固定联接，可以间接与叶片根部本体联接，比如，联接件和绕绳件与变桨轴承的动圈联接，而变桨轴承的动圈与叶片根部本体是固定联接的，可以看作联接件和绕绳件与叶片根部本体是间接的固定联接。

所述的变桨装置，其进一步的特点是：在轮毂与联接架之间设置有弹簧，该弹簧在驱动装置失效时提供使风力发动机叶片回到顺桨位置的弹簧力，起到保护风力发动机的目的。

附图说明

图1为本发明变桨装置第一实施例的结构示意图，图1a和图1b为图1所述实施例的变化例的结构示意图；

图2为本发明变桨装置第二实施例的立体示意图，图2a为本发明变桨装置第二实施例的变化例的剖视图；

图3为本发明变桨装置第三实施例中张紧力调节装置的结构示意图，图3a为图3所述实施例的变化例的结构示意图；

图4显示了本发明的第四实施例中叶根部分的结构示意图。

具体实施方式

下面将主要结合附图对本发明进行说明，应当注意的是，在后述的说明中，尽管所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是有些术语则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据本发明欲揭示的精神来理解。在后述的实施例中，挠性件通常是指只能承受拉力而不能承受压力的细长绳类物体，例如是钢丝绳、钢带等，以下各实施例中，风力发动机的叶片变桨装置均以三叶片风力发动机为例。

第一实施例

如图1所示，本实施例的变桨装置包括直线驱动装置6和传动装置，叶片根部1为圆柱形，其通过变桨轴承(图中未示)可转动地设置在轮毂5上，直线驱动装置6的动力输出件61作直线运动，该传动装置包括推拉杆4，其具有第一连接端A和第二连接端B，该传动装置还包括第一挠性件2和第二挠性件3。其中，第一挠性件2的一端与推拉杆的第一连接端A联接，另一端通过联接件E与叶片根部1联，并且第一挠性件2的一部分包覆在叶片根部1的第一侧20上，推拉杆4的第一连接端A通过第一挠性件2牵引叶片正向转动实现变桨；其中，第二挠性件3的一端与推拉杆4的第二连接端B联接，另一端通过联接件C与叶片根部1联接，并且第二挠性件3的一部分包覆在叶片根部1的第二侧30上，推拉杆4的第二连接端B通过第二挠性件3牵引叶片1反向转动实现变桨。在本实施例中第一挠性件2和第二挠性件3采用的是钢丝绳，且第一挠性件2和第二挠性件3在叶片根部1的环绕方向相反。

直线驱动装置6固定设置在轮毂5上并且其动力输出件61与推拉杆4联接。直线驱动装置6能推动或拉动推拉杆4往复移动，从而驱动第一挠性件2或第二挠性件3，使其带动叶片根部1正反方向转动，实现无冲击变桨。第一挠性件2和第二挠性件3沿叶片回转轴轴向错开，以防止接触造成摩擦磨损。在本实施例中，直线驱动装置6是液压缸，其动力输出件61为其活塞杆，当然直线驱动装置6还可以是气压缸直线驱动装置或者直线电动机等能输出直线运动的驱动装置。直线驱动装置6固定设置于轮毂5上，推拉杆4的两端可移动地设置于轮毂5上。

在风力发动机中，为了保证当叶片1转过相应的角度后，第一挠性件2和第二挠性件3依然有部分包覆在叶片根部1上，则第一挠性件2和第二挠性件3在叶片根部1上的包覆角度需要作出设定，如图1所示，∠EOD为第一挠性件2在叶片根部1上的包覆角，∠COD为第二挠性件3在叶片根部的包覆角，其中∠EOD和∠COD的和等于α，而α的值一般应大于变桨转动角度。

需要指出的是，第一挠性件2和第二挠性件3还可以是一个整体，如图1a所示，第一挠性件2和第二挠性件3是这个整体挠性件的两个部分，该整体挠性件的两端分别与推拉杆4的第一连接端A和第二连接端B联接，而其中部通过一个或多个联接件与叶片根部1联接。如图1a所示整体挠性件的中间部分包覆在叶片根部1上，并且该整体挠性件在叶片根部上包覆部分的引出处(图示D处)需要错开设置以防止该挠性件的相互接触造成磨损，因而，该整体挠性件成螺线状包覆在叶片根部1上，而其中心线在沿叶片回转轴方向的投影为圆弧，与上述类似，该圆弧由和组成，其中为前述叶片根部的第一侧20，为前述叶片根部的第二侧30。推拉杆4的第一连接端A和第二连接端B是指推拉杆4沿其运动方向上的两端。

另外，还需要指出的是，本实施例中的直线驱动装置6还可以是丝杠螺母驱动装置，如图1b所示，其中直线驱动装置6包括电动机63、丝杠60和螺母61，螺母61作为直线驱动装置6的动力输出件与推拉杆4联接，螺母61与丝杠60配合，丝杠60与电动机63的输出轴联接，这样，电动机63带动丝杠60转动，驱动螺母61做直线运动，进而带动推拉杆4移动，从而驱动第一挠性件2或第二挠性件3，使其带动叶片1转动，实现无冲击变桨。

在丝杠螺母装置中，为了消除传动间隙，可以设置两个螺母，通过这种结构可以方便地消除间隙，从而消除换向时的冲击。

第二实施例

如图2和2a所示，本实施例的变桨装置包括一个直线驱动装置62和三个传动装置，联接架72和弹簧97，每个传动装置对应地驱动一个叶片，叶片通过变桨轴承82可转动地设置在轮毂52上，该驱动装置62的动力输出件621作直线运动，本实施例的传动装置与第一实施例的传动装置相同并且与叶片根部12的联接方式也相同，但是最基本的，每个传动装置包括可直线移动的推拉杆42、第一挠性件22以及第二挠性件32；其中，可直线移动的推拉杆42具有第一连接端A2和第二连接端B2；第一挠性件22的一端与推拉杆的第一连接端A2联接，另一端与叶片根部12联接，并且第一挠性件22的一部分包覆在叶片根部12的第一侧上，推拉杆42的第一连接端A2通过第一挠性件22牵引叶片正向转动实现变桨；第二挠性件32的一端与推拉杆42的第二连接端B2联接，另一端与叶片根部12联接，并且第二挠性件32的一部分包覆在叶片根部12的第二侧上，推拉杆42的第二连接端B2通过第二挠性件32牵引叶片反向转动实现变桨；所有传动装置的推拉杆42同时与一个联接架72联接，直线驱动装置固定设置在轮毂52上，并且其动力输出件621与联接架72联接。

如图2a所示，直线驱动装置62为滚珠丝杠螺母驱动装置，其包括电动机623、丝杠622和螺母621，以及位于丝杠622和螺母621之间的多个滚珠624，电动机623的输出轴联接丝杠622，丝杠622与螺母621配合，并通过滚珠624来减小两者之间的摩擦，使得螺母621相对丝杠622的移动更加灵活方便。这样电动机623转动时带动丝杠622转动，驱动螺母621做直线运动，使得联接架72前进或后退，进而带动推拉杆42同步移动，从而拉动各个推拉杆42对应的各个第一挠性件22或第二挠性件32，使其带动各个对应的叶片转动，实现无冲击同步变桨。每组的第一挠性件22和第二挠性件32沿轴向错开，防止接触而导致摩擦磨损。

另外，如第二实施例的变化例图2a所示，轮毂52和联接架72之间设置弹簧97，当直线驱动装置62失效时，比如电动机623因故障停止工作，弹簧97利用蓄积的能量驱动联接架72移动，从而同步带动推拉杆42运动，使第一挠性件22或第二挠性件32带动叶片转动，将叶片转动到顺桨位置，以防止风机因叶片变桨失控造成部件受损。而在螺母621与丝杠622之间设有多个滚珠624，滚珠624的设置可以有效的降低摩擦系数，从而使弹簧97的上述保护动作能更方便地实施。

第三实施例

同时参照图3，图3a和图1，本实施例与第一实施例的不同之处在于挠性件端部联接有张紧力调节装置，图3或者图3a显示的张紧力调节装置可用于图1中推拉杆4的第一连接端A和第二连接端B处。

其中标号23a和23b标示挠性件，标号10a标示螺钉，标号43a和43b标示挡板，标号91标示调节螺母，标号90标示锁紧螺母，标号92标示垫片，标号10b标示连杆。

如附图3所示，本实施例的张紧力调节装置包括螺钉10a、调节螺母91、锁紧螺母90。挠性件23a穿过螺钉10a的中心孔，并在螺钉10a的端部固定，与推拉杆联接的挡板43a上开有孔且孔径大于螺钉10a直径，与推拉杆联接的挡板43a套设于螺钉10a上且设置于调节螺母91和锁紧螺母90之间。通过旋转调节螺母91可使螺钉10a左右移动，从而调节挠性件23a的张紧力，锁紧螺母90在调节完成后用于将螺钉10a锁紧防松。

本实施例还存在一变化例，也即利用垫片调节挠性件张紧力的方式，如附图3a所示，挠性件23b穿过一类似螺钉但不设螺纹的连杆10b，在连杆10b的一端固定，在连杆10b和开孔的与推拉杆联接的挡板43b之间设有多个垫片92。通过调整垫片92的厚度和数量来使连杆10b左右移动，从而达到调节挠性件23b的张紧力的目的。

当然，本实施例的张紧力调节装置还可以用于第二实施例和接下来将要说明的第四实施例的挠性件上。

需要指出的是，采用张紧力调节装置可以消除因装配问题造成的挠性件松弛，从而消除因这样的松弛造成的变桨启动或者方向转换时造成的冲击。另外，采用张紧力调节装置还可以调节变桨角度和初始位置。

第四实施例

本实施例的叶片根部包括叶片根部本体141，绕绳件142以及联接件143。

其中，如图4所示绕绳件142与叶片根部本体141固定联接，联接件143与绕绳件142固定联接，并且联接件143与绕绳件142是一个整体，两者是一体成型的部件。

如图4所示，叶片根部通过绕绳件142以及变桨轴承84可旋转地支撑在轮毂54上，在绕绳件142的端部外缘设置有轴向错开的第一绕绳槽95和第二绕绳槽96，第一绕绳槽95内设置第一挠性件(未示出)，第一挠性件的一端可与联接件143联接，第二绕绳槽96内设置第二挠性件(未示出)，其一端也和联接件143联接。

需要指出的是本实施例的叶片根部的部件组成及其联接方式可适用于前述的任何一个实施例中。

本实施例中，在叶片根部本体141上固定联接有绕绳件142和联接件143，这样可以提高挠性件的联接可靠性，并且也能方便地设置张紧力调节装置，此外，采用绕绳件142还具有这样的优点：为了便于在叶片根部设置第一挠性件和第二挠性件，通常需要对叶片根部进行加工，若直接在现有的叶片根部本体141上进行加工，会对叶片根部本体141的强度造成影响，本实施例采用绕绳件142可以避免上述问题，从而方便加工，同时能便于在其上加工用于设置挠性件的绕绳槽，而绕绳槽的使用可以减小第一挠性件、第二挠性件与叶片根部的摩擦，从而能减少钢丝绳的磨损，另外能使第一挠性件和第二挠性件更好地包覆在叶片根部。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以作出种种等效的变化或替换，本发明可以应用于所有具有一个，两个或者多个叶片的风力发动机中。

Claims (19)

1.一种风力发动机叶片变桨装置，包括驱动装置和使叶片转动的传动装置，该叶片可转动地设置在轮毂上，该轮毂设置在机舱上，其特征在于：该驱动装置是动力输出件作直线运动的直线驱动装置，传动装置包括：

推拉杆，具有第一连接端和第二连接端；

第一挠性件，其一端与推拉杆的第一连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第一挠性件的一部分包覆在叶片根部的第一侧上，推拉杆的第一连接端通过第一挠性件牵引叶片正向转动；以及

第二挠性件，其一端与推拉杆的第二连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第二挠性件的一部分包覆在叶片根部的第二侧上，推拉杆的第二连接端通过第二挠性件牵引叶片反向转动；

驱动装置相对轮毂或机舱固定设置并且其动力输出件与推拉杆联接。

2.根据权利要求1所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：直线驱动装置是液压缸或气压缸或丝杠螺母或者滚珠丝杠螺母驱动装置。

3.根据权利要求1所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：第一挠性件和第二挠性件是钢丝绳或者钢带。

4.根据权利要求1所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：第一挠性件和第二挠性件中至少有一个挠性件上设有至少一个用于使该挠性件张紧的张紧力调节装置。

5.根据权利要求1所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：所述叶片根部的第一侧设置有第一绕绳槽，第二侧设置有第二绕绳槽，第一挠性件包覆在叶片根部第一侧上的部分设置于第一绕绳槽中，第二挠性件包覆在叶片根部第二侧上的部分设置于第二绕绳槽中。

6.根据权利要求1所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：第一挠性件和第二挠性件是一整体，该整体的中部与叶片根部固定地联接。

7.根据权利要求1所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：叶片根部包括叶片根部本体、与叶片根部本体固定联接的绕绳件和与叶片根部本体固定联接的联接件。

8.根据权利要求7所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：绕绳件与叶片根部本体是一个整体。

9.根据权利要求7所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：绕绳件与联接件是一个整体。

10.一种风力发动机叶片变桨装置，包括驱动装置和使叶片转动的传动装置，该叶片可转动地设置在轮毂上，该轮毂设置在机舱上，其特征在于：该变桨装置还包括联接架，该驱动装置是动力输出件作直线运动的直线驱动装置，传动装置包括：

推拉杆，具有第一连接端和第二连接端；

第一挠性件，其一端与推拉杆的第一连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第一挠性件的一部分包覆在叶片根部的第一侧上，推拉杆的第一连接端通过第一挠性件牵引叶片正向转动；以及

第二挠性件，其一端与推拉杆的第二连接端联接，另一端与叶片根部联接，并且第二挠性件的一部分包覆在叶片根部的第二侧上，推拉杆的第二连接端通过第二挠性件牵引叶片反向转动；

所有传动装置的推拉杆同时与所述联接架联接，驱动装置相对轮毂或机舱固定设置，并且其动力输出件与联接架联接。

11.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：直线驱动装置是液压缸或气压缸或丝杠螺母或者滚珠丝杠螺母驱动装置。

12.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：第一挠性件和第二挠性件是钢丝绳或者钢带。

13.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：第一挠性件和第二挠性件中至少有一个挠性件上设有至少一个用于使该挠性件张紧的张紧力调节装置。

14.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：所述叶片根部的第一侧设置有第一绕绳槽，第二侧设置有第二绕绳槽，第一挠性件包覆在叶片根部第一侧上的部分设置于第一绕绳槽中，第二挠性件包覆在叶片根部第二侧上的部分设置于第二绕绳槽中。

15.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：第一挠性件和第二挠性件是一整体，该整体的中部与叶片根部固定地联接。

16.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：叶片根部包括叶片根部本体、与叶片根部本体固定联接的绕绳件和与叶片根部本体固定联接的联接件。

17.根据权利要求16所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：绕绳件与叶片根部本体是一个整体。

18.根据权利要求16所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：绕绳件与联接件是一个整体。

19.根据权利要求10所述的风力发动机叶片变桨装置，其特征是：在轮毂与联接架之间设置有弹簧，该弹簧在驱动装置失效时提供使风力发动机叶片回到顺桨位置的弹簧力。

Images