CN101793230A - 基于风压的风力机变桨距调速装置 - Google Patents

Abstract

一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是包括：外壳，一端位于外壳中并通过前轴承座和后轴承座与外壳连接、另一端固定连接有轮毂连接板的转动轴，套在外壳内的转动轴上、一端与外壳固定连接、另一端与转动轴固定连接的扭力弹簧，通过螺栓与前轴承座一端外壳固定连接的法兰，通过螺栓与后轴承座一端外壳固定连接的端盖，以及与法兰固定连接的叶片连接板。采用本发明，叶片随风速变化而调整桨距成为自动的变桨距过程，从而实现变桨距调速，风力机运转稳定工作可靠，灵敏度高，工作转速稳定可靠，微风下可以工作，不受风力贫乏地区限制，适用于各种功率的风力机上。

Description

基于风压的风力机变桨距调速装置

技术领域

本发明属于风力发电机的调节控制装置，涉及一种基于风压的风力机变桨距调速装置。

背景技术

风力机是把自然风能转换为电能的装置，由于风速和风向在不断的变化，因而风力机的转速和输出功率也在变化。为了保障供电质量和机组运转工作的稳定安全性，必须对风能的随意性作额定区域调节限定。为了控制风力机的转速，以便保持输出功率的稳定和保护风轮与发电机免受过高转速的损坏。目前，小型风力机一般采用以下方式控制转速：(1)改变风轮受风面积(风轮倒偏式、风轮上斜式、尾舵轴倒斜式)；(2)改变风力机轴摩擦阻力(风大，增加摩擦力；风小，减小摩擦阻力)；(3)改变叶片桨距(利用叶片自动调节桨距、利用飞锤调节桨距、利用电机驱动调节桨距、利用推拉杆调整桨距)；(4)改变负荷大小(对于独立供电的风力机组，可使用此法)等。现在技术中的调速机构较多，其中一种是利用离心力迫使桨叶绕叶柄转过一个角度，以改变桨叶的冲角而变更桨叶阻力与升力的称之为变桨距调速法；该种机构采用柱型弹簧与道轨套筒配套结构，当风速高桨叶离心力大时，以弹簧产生弹力变形进行调速；该种结构在使用双桨叶工作，特别是使用双羽型桨叶时，随风力变化的应变能力特性差，难以很快接受风能(或风轮功率)与风速之立方成正比的变化要求，实用中不够理想。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、效果好的基于风压的风力机变桨距调速装置，用以实现风力机的转速控制调节。

本发明的内容是：一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是包括：外壳(3)，一端位于外壳(3)中并通过前轴承座(2)和后轴承座(5)与外壳(3)连接、另一端固定连接有轮毂连接板(11)的转动轴(10)，套在外壳(3)内的转动轴(10)上、一端与外壳(3)固定连接、另一端与转动轴(10)固定连接的扭力弹簧(4)，通过螺栓与前轴承座(2)一端外壳(3)固定连接的法兰(8)，通过螺栓与后轴承座(5)一端外壳(3)固定连接的端盖(6)，以及与法兰(8)固定连接的叶片连接板(1)。前轴承座(2)和后轴承座(5)可保证外壳(3)与转动轴(10)之间的相对灵活的转动。

本发明的内容中：所述叶片连接板(1)上有与叶片(即桨叶)固定连接的2-4个连接叶片用条形孔(9)，用于连接叶片、使叶片轴偏离转动轴(10)轴心，从而保证叶片的偏心力对转动轴(10)产生足够大的扭矩。

本发明的内容中：所述法兰(8)通过螺栓与外壳(3)连接的孔为条形孔(12)，可用于调整桨叶的安装角度。

本发明的工作原理为：由于风力机叶片(或称桨叶)的气动中心轴与转桨装置的转动中心轴有一偏心距，所以桨叶在风力推动下使叶轮转动的同时，由于偏心距的存在，叶片上的风压同时也在转桨装置的筒体外壳上作用扭转力矩，当风速增大超出一定值时，桨叶上的风压增大，带动风轮加速，但鉴于转桨装置的构造特点，转桨装置上作用的扭转力矩也增大，使叶片的迎风角度也改变，又减小了叶轮的推动力，使叶轮的转速不能增大，因此，在叶轮的叶片上就会产生大风速下有小迎角，小风速下有大迎角的效应，从而叶轮的转速得到有效的控制。与此同时扭力弹簧，随着转角的变化而变形，并随着变形其弹力也随着发生变化，基本上是随风变化而变化，叶片的迎风角度也能控制在相应的风速下，叶轮的转速也能得到控制，在风速低于限速值时，恢复变形力使偏转消失，桨距恢复正常下的工作值。从而实现变桨距调速，使其运转稳定工作可靠。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

(1)采用本发明，桨叶(或称叶片)随风速变化而调整桨距成为自动的变桨距过程，将风力产生的能量超过额定值部分转换成扭力弹簧的变形能，桨叶从启动迎角到超能风力额定迎角有一定的变化范围，扭力弹簧是在依据风力大小来调节和改变桨距，改变桨叶迎角，从而实现变桨距调速、使风力机运转稳定工作可靠；灵敏度高，工作转速稳定可靠，微风下可以工作，不受风力贫乏地区限制，适用于各种功率的风力机上，强风力不超转，增大了自然风力可利用的范围；

(2)采用本发明，能实现预定的功能机组在低风速段的启动力矩有大幅度增加，提高这一风速段的风轮风力发电能力，可靠的调速功能实现平稳的供电，还能极大地改善风力机的整体受力情况，有利于风力发电机的整体设计，在起动前桨叶可处于阻风状态，增大的起动力矩提高了风力机的风轮叶片的启动性能，比通常的风轮叶片的外形体积要小巧很多，从而降低了叶片的生产成本，实现风力机的最大功率跟踪功能，并且在低风速时照顾起动，在大风速时实现调速，并在超大风速时实现设备安全；

(3)零部件少、结构简单，容易制造，重量轻、体积小，成本低，生产安装使用方便，实用性强。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是图1的左视结构示意图；

图3是图1的右视结构示意图；

图4是图1中法兰的结构示意图。

图中：1-叶片连接板、2-前轴承座、3-外壳、4-扭力弹簧、5-后轴承座、6-端盖、7-螺栓、8-法兰、9-连接叶片用条形孔、10-转动轴、11-轮毂连接板、12-法兰上条形孔。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：参见各附图。

一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是：主要由外壳3，一端位于外壳3中并通过前轴承座2和后轴承座5与外壳3连接、另一端固定连接有轮毂连接板11的转动轴10，套在外壳3内的转动轴10上、一端与外壳3固定连接、另一端与转动轴10固定连接的扭力弹簧4，通过螺栓与前轴承座2一端外壳3固定连接的法兰8，通过螺栓与后轴承座5一端外壳3固定连接的端盖6，以及与法兰8固定连接的叶片连接板1组成；所述前轴承座2和后轴承座5可保证外壳3与转动轴10之问的相对灵活的转动；

所述叶片连接板1上有与叶片(即桨叶)固定连接的2个连接叶片用条形孔9，用于连接叶片、使叶片轴偏离转动轴10轴心，从而保证叶片的偏心力对转动轴10产生足够大的扭矩；

所述法兰8通过螺栓与外壳3连接的孔为条形孔12，可用于调整桨叶的安装角度。

安装使用时，叶片连接板1通过螺栓连接风力机的桨叶的根部；轮毂连接板11通过螺栓连接风力机的轮毂。

工作时，在风力作用下，该装置既整体旋转、叶片连接板1及法兰8和外壳3等也可以相对于转动轴10作一定角度的转动；当风速超过机组运转额定值时，桨叶转动使弹簧变形(转动轴10的转动依据风压在叶片上产生的对叶片轴向的扭矩驱动，通过扭力弹簧4的扭力来控制叶片转动的角度，以不同的弹簧变形力控制随意风速下叶片迎风角度，在相应的风速下完成桨距的调整和稳定风力机叶轮的转速)，桨距变化的同时保持机组运转正常，保障了机组供电的质量。

调速原理是：将风力对叶片产生的压力转换成对叶片轴上扭力弹簧的变形能，从而使桨叶(或称叶片)随风速变化而调整桨距成为自动的变桨距过程。扭力弹簧是依据风力大小来改变桨叶迎角，调节和改变桨距，实现变桨距调速。桨叶与风向的迎角，从最大启动迎角到最小迎角有一定的变化范围。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (3)

1.一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是包括：外壳(3)，一端位于外壳(3)中并通过前轴承座(2)和后轴承座(5)与外壳(3)连接、另一端固定连接有轮毂连接板(11)的转动轴(10)，套在外壳(3)内的转动轴(10)上、一端与外壳(3)固定连接、另一端与转动轴(10)固定连接的扭力弹簧(4)，通过螺栓与前轴承座(2)一端外壳(3)固定连接的法兰(8)，通过螺栓与后轴承座(5)一端外壳(3)固定连接的端盖(6)，以及与法兰(8)固定连接的叶片连接板(1)。

2.按权利要求1所述的基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是：所述叶片连接板(1)上有与叶片固定连接的2-4个连接叶片用条形孔(9)。

3.按权利要求1或2所述的基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是：所述法兰(8)通过螺栓与外壳(3)连接的孔为条形孔(12)。

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