CN101825064B - 一种叶片攻角可微调的风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶片攻角可微调的风力发电机组，其主要在叶片与轮毂之间加装一微调轴承总成，该微调轴承总成包括有同轴心设置的外圈、内圈以及若干个嵌置于外圈与内圈之间的滚动体，外圈与内圈之间能够相对转动；在内圈上设有第一固定孔，在外圈上设有第二固定孔，第一固定孔和第二固定孔的中心在同一圆周上；叶片上的叶片固定孔和轮毂上的轮毂固定孔分别与微调轴承总成上的第一固定孔和第二固定孔对应连接，叶片和轮毂能够绕同一轴心线相对转动。本发明结构简单巧妙，在叶片及轮毂都不更换的前提下，实现了定桨距风力发电机的合理改装，大大增加了适用范围，提高了发电效率，并且改装成本低廉。

Description

一种叶片攻角可微调的风力发电机组
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及一种风力发电机组的改良，具体是一种叶片攻角可微调的风力发电机组。
背景技术
随着能源与环境的压力增加，清洁可再生的新能源近年受到普遍重视。在各类绿色能源中，风能是前景潜力巨大的可再生能源之一，其使用清洁，成本较低，取用不尽。风力发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。而且风力发电技术相对比较成熟，并且最具有大规模商业开发条件、成本相对较低。利用风能发电日益受到关注并展现出广阔的成长空间。中国风能丰富，风力发电装备制造业具有广阔的市场空间和光明的前景。
目前，风力发电机组主要有定桨距和变桨距之分，定桨距风力发电机组目前占据主导地位，其主要结构特点是：叶片与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，叶片的迎风角度不能随之变化。对于定桨距风力发电机组而言，当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，叶片必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的。叶片的这一特性被称为自动失速性能。
根据风能转换原理，风力发电机组的功率输出主要取决于风速，但除此以外，气压、气温和气流扰动等因素也显著地影响其功率输出。由于定桨距风力发电机组的叶片失速性能只与风速有关，只要达到叶片气动外形所决定的失速调节风速，不论是否满足输出功率，叶片失速性能都要起作用，影响功率输出。在内陆地区，由于气压、气温和气流扰动等因素基本不会有大变化，叶片的安装角无需多做调整，但在很多地方如西藏地区，其大气温度日差大，容易引起空气密度变化显著，从而导致风力发电机组输出功率波动较大，在空气密度大的情况下，风力发电机组过功率工作，在空气密度小的情况下，发电机又会出现欠功率工作的状况。
上述的不利情况可以通过微调叶片的攻角来克服，叶片的攻角只需要能够在在一定范围内(0～3°)变化，即可使风力发电机组在低空气密度地区仍可达到额定功率，在额定风速之后，输出功率可保持相对稳定，保证较高的发电量。
所以，如果能够改装现有的大量的定桨距风力发电机组，使其上的叶片能够实现小角度微调，就可以大大提高发电效率。这种改装显然需要用到轴承结构，普通的轴承一般是由能够相对转动的外圈与内圈组成，外圈与内圈的尺寸不同。而定桨距风力发电机组中的叶片与轮毂之间是采用螺栓直接连接，叶片及轮毂上的安装孔是一一对应的，显然地，在叶片及轮毂都不更换的前提下，采用普通的轴承是无法将轴承的外圈、内圈与风力发电机组的叶片、轮毂分别连接的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种叶片攻角可微调的风力发电机组，该风力发电机组经由普通的定桨距风力发电机组改装而成，无需更换叶片及轮毂，改装方便，成本低廉，能大大提高发电效率。
按照本发明提供的技术方案，一种叶片攻角可微调的风力发电机组，包括有塔架、安装在塔架上的风力发电机组以及连接在风力发电机组上的风轮，风轮包括轮毂以及安装在轮毂上的叶片，叶片与轮毂上分别开设有叶片固定孔和轮毂固定孔，其特征在于，在叶片与轮毂之间加装一微调轴承总成，该微调轴承总成包括有同轴心设置的外圈、内圈以及若干个嵌置于外圈与内圈之间的滚动体，外圈与内圈之间能够相对转动；在内圈上设有第一固定孔，在外圈上设有第二固定孔，第一固定孔和第二固定孔的中心在同一圆周上；叶片上的叶片固定孔和轮毂上的轮毂固定孔分别与微调轴承总成上的第一固定孔和第二固定孔对应连接，叶片和轮毂能够绕同一轴心线相对转动。
所述的微调轴承总成可以有下述四种结构：
第一种结构：所述微调轴承总成包括有同轴心设置的外圈、内圈以及若干个嵌置于外圈与内圈之间的滚动体，外圈与内圈之间能够相对转动；在内圈的外周壁上均匀凸设有内圈凸起，相邻的内圈凸起之间形成内圈缺口；在外圈的内周壁上均匀凹设有与内圈凸起形状对应的外圈缺口，相邻的外圈缺口之间形成外圈凸起；内圈凸起、外圈凸起与外圈缺口、内圈缺口对应装配，内圈凸起、外圈凸起的尺寸小于外圈缺口、内圈缺口的尺寸，外圈与内圈能够在一定角度内相对转动；第一固定孔开设在内圈凸起上，第二固定孔开设在外圈凸起上。
第二种结构：所述微调轴承总成包括有同轴心设置的外圈、内圈以及若干个嵌置于外圈与内圈之间的滚动体，外圈与内圈之间能够相对转动；所述内圈包括具有第一外径的第一内圈和具有第二外径的第二内圈，第一外径大于第二外径；所述外圈包括具有第一内径的第一外圈和具有第二内径的第二外圈，第一内径大于第二内径；内圈套装在外圈中，内圈上的第一内圈、第二内圈分别与外圈上的第一外圈、第二外圈对应装配，第一内圈外周与第一外圈内周之间和第二内圈外周与第二外圈内周之间分别嵌设滚动体；第一固定孔开设在第一内圈上，第二固定孔开设在第二外圈上。
第三种结构：所述微调轴承总成包括有同轴心设置的外圈、内圈以及若干个嵌置于外圈与内圈之间的滚动体，外圈与内圈之间能够相对转动；所述外圈的一端设有一法兰圈，内圈装配在外圈内，第一固定孔开设在内圈上，第二固定孔开设在法兰圈上。
第四种结构：所述微调轴承总成包括有同轴心设置的外圈、内圈以及若干个嵌置于外圈与内圈之间的滚动体，外圈与内圈之间能够相对转动；所述内圈的一端设有一法兰圈，内圈装配在外圈内，第一固定孔开设在法兰圈上，第二固定孔开设在外圈上。
作为本发明的进一步改进，在上述四种结构的微调轴承总成中，在外圈的内周壁和内圈的外周壁上分别凹设有与滚动体相对应的滚槽，滚动体嵌置于滚槽内。
作为本发明的进一步改进，在上述四种结构的微调轴承总成中，所述的滚动体采用滚珠或者滚柱。
作为本发明的进一步改进，在上述四种结构的微调轴承总成中，所述第一固定孔和第二固定孔设为沉头固定孔，在内圈和外圈上分别开设有对应于沉头固定孔的装配孔。
作为本发明的进一步改进，在上述第三、第四种结构的微调轴承总成中，所述内圈与法兰圈设为一体式结构或采用联接螺栓连接固定。
本发明的优点在于：结构简单巧妙，在叶片及轮毂都不更换的前提下，叶片和轮毂分别原有的叶片连接孔和轮毂连接孔与微调轴承总成上的第一固定孔和第二固定孔对应连接，实现了定桨距风力发电机的合理改装，大大增加了其适用范围，提高了发电效率，并且改装方便，成本低廉。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为实施例1中的微调轴承总成的结构示意图。
图3为图2中的A-A剖视图。
图4为实施例1中的微调轴承总成的装配应用示意图。
图5为实施例2中的微调轴承总成的结构示意图。
图6为图5中的B-B剖视图。
图7为实施例2中的微调轴承总成的装配应用示意图。
图8为实施例3中的微调轴承总成的结构示意图。
图9为图8中的C-C剖视图。
图10为实施例4中的微调轴承总成的结构示意图。
图11为图10中的D-D剖视图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图所示，本发明由定桨距风力发电机组改装而成，主要由塔架1、安装在塔架1上的风力发电机组2以及连接在风力发电机组2上的用于将风能转换为机械能的风轮3组成，风轮3包括轮毂6以及安装在轮毂6上的叶片4，叶片4与轮毂6上分别开设有用于将叶片4与轮毂6连接在一起的叶片固定孔16和轮毂固定孔17；本发明在叶片4与轮毂6之间加装了一个微调轴承总成5，该微调轴承总成5主要由同轴心设置的外圈7、内圈8以及若干个嵌置于外圈7与内圈8之间的滚动体9组成，外圈7与内圈8之间能够相对转动；在内圈8上设有第一固定孔10，在外圈7上设有第二固定孔11，第一固定孔10和第二固定孔11的中心在同一圆周上；叶片4上的叶片固定孔16和轮毂6上的轮毂固定孔17分别与微调轴承总成5上的第一固定孔10和第二固定孔11利用螺栓对应连接，叶片4和轮毂6能够绕同一轴心线相对转动，从而实现了风力发电机组的叶片攻角可调。
本发明中，在微调轴承总成5的外圈7的内周壁和内圈8的外周壁上分别凹设有与滚动体9相对应的滚槽，滚动体9嵌置于滚槽内，可以有效提高轴承总成的强度及安全性。所述的滚动体9可以根据具体情况采用滚珠或者滚柱，如在风向比较复杂、叶片4变向比较频繁的情况下，滚动体9可以采用滚珠，这种结构的灵活性较好；而在风向比较稳定、叶片4变向较少的情况下，滚动体9可以采用滚柱，这种结构的承载能力相对较大。
实施例1
如图2、图3所示，在微调轴承总成5的内圈8的外周壁上均匀凸设有内圈凸起12，相邻的内圈凸起12之间形成内圈缺口13；在外圈7的内周壁上均匀凹设有与内圈凸起12形状对应的外圈缺口14，相邻的外圈缺口14之间形成外圈凸起15；内圈凸起12、外圈凸起15与外圈缺口14、内圈缺口13对应装配，内圈凸起12、外圈凸起15的尺寸小于外圈缺口14、内圈缺口13的尺寸，外圈7与内圈8能够在一定角度内相对转动。所述内圈凸起12、外圈凸起15以及外圈缺口14、内圈缺口13的形状可以为矩形、梯形或锥形；另外，由于叶片4所需调整的角度并不太大，一般在2°以上就可以满足要求，所以本实施例中的内圈8与外圈7的转动角度应大于等于2°，转动角度的调整可以通过改变内圈凸起12、外圈凸起15以及外圈缺口14、内圈缺口13的尺寸来实现。第一固定孔10开设在内圈凸起12上，第二固定孔11开设在外圈凸起15上。
如图4所示，具体装配应用时，将原有的定桨距风力发电机组的叶片4及轮毂6拆开，叶片4通过叶片固定孔16与微调轴承总成5中的内圈8上的第一固定孔10利用螺栓连接；轮毂6通过轮毂固定孔17与微调轴承总成5中的外圈7上的第二固定孔11利用螺栓连接。另外，叶片4也可以与微调轴承总成5中的外圈7连接，而轮毂6与微调轴承总成5中的内圈8连接，同样能够实现改装目的。
实施例2
如图5、图6所示，所述微调轴承总成5的内圈8包括具有第一外径的第一内圈8a和具有第二外径的第二内圈8b，第一外径大于第二外径；所述外圈7包括具有第一内径的第一外圈7a和具有第二内径的第二外圈7b，第一内径大于第二内径；内圈8套装在外圈7中，内圈8上的第一内圈8a、第二内圈8b分别与外圈7上的第一外圈7a、第二外圈7b对应装配，第一内圈8a外周与第一外圈7a内周之间和第二内圈8b外周与第二外圈7b内周之间分别嵌设有滚动体9；第一固定孔10开设在第一内圈8a上，第二固定孔11开设在第二外圈7b上。
如图7所示，具体装配应用时，将原有的定桨距风力发电机组的叶片4及轮毂6拆开，叶片4通过叶片固定孔16与微调轴承总成5中的内圈8上的第一固定孔10利用螺栓连接；轮毂6通过轮毂固定孔17与微调轴承总成5中的外圈7上的第二固定孔11利用螺栓连接。另外，叶片4也可以与微调轴承总成5中的外圈7连接，而轮毂6与微调轴承总成5中的内圈8连接，同样能够实现改装目的。所述第一固定孔10和第二固定孔11优选设为沉头固定孔，沉头固定孔可以提供足够的预紧力，提高叶片4、轮毂6与轴承总成之间的连接强度，提高风力发电机组的安全性。由于螺栓的头部尺寸较大，为了能够顺利装配，在第一内圈8a和第二外圈7b上还分别开设有对应于沉头固定孔的装配孔18。
实施例3
如图8、图9所示，所述微调轴承总成5的外圈7的一端设有一法兰圈19，法兰圈19与内圈8设为一体式结构，内圈8装配在外圈7内，第一固定孔10开设在内圈8上，第二固定孔11开设在法兰圈19上，第一固定孔10与第二固定孔11的中心在同一圆周上。
具体装配应用时，将原有的定桨距风力发电机组的叶片4及轮毂6拆开，叶片4通过叶片固定孔16与微调轴承总成5中的内圈8上的第一固定孔10利用螺栓连接；轮毂6通过轮毂固定孔17与微调轴承总成5中的外圈7上的第二固定孔11利用螺栓连接。另外，叶片4也可以与微调轴承总成5中的外圈7连接，而轮毂6与微调轴承总成5中的内圈8连接，同样能够实现改装目的。
实施例4
如图10、图11所示，所述微调轴承总成5的外圈7的一端设有一法兰圈19，法兰圈19与内圈8采用联接螺栓20连接固定。内圈8装配在外圈7内，第一固定孔10开设在内圈8上，第二固定孔11开设在法兰圈19上，第一固定孔10与第二固定孔11的中心在同一圆周上。其具体装配应用方式与实施例3相同。
另外，实施例3和实施例4中的微调轴承总成5的结构可以进行如下改变：将法兰圈19设置在内圈8的一端，内圈8装配在外圈7内，第一固定孔10开设在内圈8的法兰圈19上，第二固定孔11开设在外圈7上。

Claims (7)

1. 一种叶片攻角可微调的风力发电机组，其包括塔架（1）、安装在塔架（1）上的风力发电机组（2）以及连接在风力发电机组（2）上的风轮（3），风轮（3）包括轮毂（6）以及安装在轮毂（6）上的叶片（4），叶片（4）与轮毂（6）上分别开设有叶片固定孔（16）和轮毂固定孔（17），其特征在于，在叶片（4）与轮毂（6）之间装有一微调轴承总成（5），该微调轴承总成（5）包括有同轴心设置的外圈（7）、内圈（8）以及若干个嵌置于外圈（7）与内圈（8）之间的滚动体（9），外圈（7）与内圈（8）之间能够相对转动；在内圈（8）上设有第一固定孔（10），在外圈（7）上设有第二固定孔（11），第一固定孔（10）和第二固定孔（11）的中心在同一圆周上；叶片（4）上的叶片固定孔（16）和轮毂（6）上的轮毂固定孔（17）分别与微调轴承总成（5）上的第一固定孔（10）和第二固定孔（11）对应连接，叶片（4）和轮毂（6）能够绕同一轴心线相对转动。
2.如权利要求1所述的叶片攻角可微调的风力发电机组，其特征还在于，所述内圈（8）的外周壁上均匀凸设有内圈凸起（12），相邻的内圈凸起（12）之间形成内圈缺口（13）；在外圈（7）的内周壁上均匀凹设有与内圈凸起（12）形状对应的外圈缺口（14），相邻的外圈缺口（14）之间形成外圈凸起（15）；内圈凸起（12）、外圈凸起（15）与外圈缺口（14）、内圈缺口（13）对应装配，内圈凸起（12）、外圈凸起（15）的尺寸小于外圈缺口（14）、内圈缺口（13）的尺寸，外圈（7）与内圈（8）能够在一定角度内相对转动；第一固定孔（10）开设在内圈凸起（12）上，第二固定孔（11）开设在外圈凸起（15）上。
3.如权利要求1所述的叶片攻角可微调的风力发电机组，其特征还在于，所述内圈（8）包括具有第一外径的第一内圈（8a）和具有第二外径的第二内圈（8b），第一外径大于第二外径；所述外圈（7）包括具有第一内径的第一外圈（7a）和具有第二内径的第二外圈（7b），第一内径大于第二内径；内圈（8）套装在外圈（7）中，内圈（8）上的第一内圈（8a）、第二内圈（8b）分别与外圈（7）上的第一外圈（7a）、第二外圈（7b）对应装配，第一内圈（8a）外周与第一外圈（7a）内周之间和第二内圈（8b）外周与第二外圈（7b）内周之间分别嵌设滚动体（9）；第一固定孔（10）开设在第一内圈（8a）上，第二固定孔（11）开设在第二外圈（7b）上。
4.如权利要求1所述的叶片攻角可微调的风力发电机组，其特征还在于，所述外圈（7）的一端设有一法兰圈（19）；内圈（8）装配在外圈（7）内，所述法兰圈（19）与内圈（8）设为一体式结构或采用联接螺栓（20）连接固定。
5.如权利要求1所述的叶片攻角可微调的风力发电机组，其特征还在于，在外圈（7）的内周壁和内圈（8）的外周壁上分别凹设有与滚动体（9）相对应的滚槽，滚动体（9）嵌置于滚槽内。
6.如权利要求1所述的叶片攻角可微调的风力发电机组，其特征还在于，所述的滚动体（9）采用滚珠或者滚柱。
7.如权利要求1所述的叶片攻角可微调的风力发电机组，其特征还在于，所述第一固定孔（10）和第二固定孔（11）设为沉头固定孔，在内圈（8）和外圈（7）上分别开设有对应于沉头固定孔的装配孔（18）。
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