CN102182638B - 风压变桨风力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种风压变桨风力发电机，包括：风叶⑴和风压变桨风力发电机主机⑵，所述风压变桨风力发电机主机⑵包括变桨机构、回转体组件和发电机组件，所述风叶⑴和变桨机构中的风叶连接轴⑺相连，所述变桨机构的轮毂⒂和回转体组件中的主轴(41)左端的法兰通过第二螺栓(44)相连，发电机组件中的电机轴连接套(21)和回转体组件中的花键套⒇用第三螺栓(56)、聚氨酯套(55)、自锁螺母(54)连接。其优点是：结构简单，可以实现通过风所产生的风压来改变叶片的桨距角，达到使风力发电机更高效、安全发电的目的，在高风速和阵风情况下具有安全限速作用，具有抵御大风能力，保证风力机更安全的运行。

Description

风压变桨风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体的说是一种风压变桨风力发电机。 
背景技术
由于风力发电机只能在风资源较充沛的地区应用，而风资源充沛地区往往具有大风、阵风甚至是台风等不稳定环境与恶劣天气。因此风力发电机在这样的环境下工作必须具有自我防护，抵御大风、阵风的的能力。从而风力发电机工作中安全威胁主要来自于高风速下对风力发电机风轮所产生的风压，因此克服风压的载荷，有效抵御这种载荷，成了风力发电机是否能在大风下安全工作的关键。而且在大风中，风轮转速又面临随风速上升而急速上升的问题，因此控制稳定转速也是保证风力发电机安全工作的关键。 
风力发电机变桨距技术由于输出稳定、抗大风能力强，效率高，已经发展成为行业的一个趋势，提供一种简易可靠耐用的变桨距风力发电机显得尤为必要。目前国内外中小型风力发电机变桨矩技术也发展较为迅猛，特别是离心变桨技术已经较为成熟，但离心变桨技术因对风轮转速有较高的要求实际应用中也有诸多制约和弊端。因此通过一种较为可靠的风压变桨距技术来实现风力发电机安全、可靠的工作显得尤为必要。 
发明内容
本发明的目的是研制一种通过风压对风轮的推动位移从而改变叶片桨距角、结构简单的风压变桨风力发电机，该技术结构适用于下风向风力发电机。 
本发明风压变桨风力发电机，包括：风叶1和风压变桨风力发电机主机2，所述风压变桨风力发电机主机2包括变桨机构、回转体组件和发电机组件，所述风叶1和变桨机构中的风叶连接轴7相连，所述变桨机构的轮毂15和回转体组件中的主轴41左端的法兰通过第二螺栓44相连，发电机组件中的电机轴连接套21和回转体组件中的花键套20用第三螺栓56、聚氨酯套55、自锁螺母54连接。 
所述风叶1、轮毂15与风压变桨风力发电机主机2连接，风力发电机主机2又与塔杆3连接，塔杆3上装有检修平台4、爬梯5。 
所述变桨机构，包括：轮毂15，轮毂15的端面连有后导流罩6，轮毂15上设置有三个均布的轴承室，三个轴承室端面均设置有轮毂连接法兰8，轴承室中装有风叶连接轴7，风叶连接轴7外套有轮毂轴承37，三只风叶连接轴7的根部与三只曲柄35相连，三只曲柄35通过关节球轴承33、关节轴承连接螺杆34与同步盘31相连，同步盘31通过锁紧螺栓32与往复杆36相连，往复杆36的另一头与发电机组件中的固定盘42通过圆柱销38连接。 
所述回转体组件，包括：主轴机构和弹簧复位机构，所述主轴机构包括：主轴41的右端中间部位与止动轴承50连接，内圈通过螺母60锁紧，止动轴承50外圈与止动轴承室51连接，轴向通过止动轴承连接法兰52限位，止动轴承连接法兰52上两边设置有限位块61，限位块61的末端有两个拨叉，靠在两只复位弹簧拉杆30上，并对第二弹簧压盖29产生限位；主轴41套在面接触轴承内套47内，并用紧定螺钉锁紧，无油轴承套48套在面接触轴承内套47外，面接触轴承外套49套在无油轴承套48外，面接触轴承外套49与主轴轴承室9通过四只第四螺栓59连接；轮毂15与主轴41左端的法兰通过第二螺栓44相连，主轴41的右端和花键套20相连； 
所述弹簧复位机构，包括：弹簧拉杆30通过第一螺栓26固定在回转体12内部的两只连接耳上，两只大弹簧19和两只小弹簧28前后端通过第一弹簧压盖27和第二弹簧压盖29限位，第一弹簧压盖27通过螺纹连接锁紧螺母固定在弹簧拉杆30上，第二弹簧压盖29相对弹簧拉杆30可以发生位移滑动。
所述回转体12通过上下轴承25和立轴17相连，立轴17下部和减震盘18相连。 
所述发电机组件中的电机轴连接套21和回转体组件的花键套20之间设置有固定盘42，花键套20、固定盘42、电机轴连接套21通过第三螺栓56、聚氨酯套55、自锁螺母54连接；电机轴连接套21与电机轴22通过平键57、定位销58连接。 
发电机组件，包括：电机壳13，电机壳13内设定转子45、轴承43、集电滑环24，其组合连接为常规连接方式，集电滑环24将发的电传输出去，避免风轮对风偏航转动过程中电缆的解缆问题，集电滑环24固定段的电由电缆53传输至输电控制端。 
本发明风压变桨风力发电机是这样实现的：当风W吹动风叶1开始旋转时，这时风轮旋转平面L就承受到了一个风的压力，即风压，当风速越大风压就越大；（如图1a1-a3）当风速W1达到启动风速（约3m/s）时，风吹动风叶1开始旋转，这时风叶1相对风力发电机主机2的距离行程为d，桨叶叶尖弦心线L1相对风叶旋转平面L有一个正的角度（启动角度）a°（约12°-15°），这时风叶1能产生较大的启动力矩，便于启动；这时两套弹簧都在非压迫状态，小弹簧28相对大弹簧19有空隙距离da，其大弹簧的高度为D1，小弹簧的高度为D1-da；（如图1b1-b3）当风速W2达到切入风速（约5m/s）时，风产生的风压推动风轮发生位移，风叶1相对风力发电机主机2的距离行程扩大为d1，这时桨叶的叶尖弦心线L1与风叶旋转平面L重合，角度变化到b°（0°），这时为叶片的最佳效率角状态，风叶1达到最佳效率开始发电；这时大弹簧19受限位块61的压迫位移，与小弹簧28靠拢，但受小弹簧28的阻挡不能再位移，起到稳定的作用，这时大小弹簧的高度都为D2，db等于0；（如图1c1-c3）当风W继续增大，超过额定风速W3（约9m/s-12m/s），这时在风压的作用下，风叶1相对风力发电机主机2的距离行程继续位移扩大至d2，这时桨叶叶尖弦心线L1相对风叶旋转平面L产生一个趋向负角（限速角度）c°（约-2°-6°），这时风叶1的转速开始被限制，从而达到了在高风速下风力发电机工作在限速稳速工作状态，避免后端输出超载荷；这时由于压力过大，大小弹簧同时被限位块61继续压迫，而风轮在发生变桨限速稳速的同时，风轮又不至于产生过大的负角或飞出去，起到了限位作用；当风速减小，在弹簧复位力的作用下，风力发电机又将回到起始工作状态。 
本发明风压变桨风力发电机的优点是：结构简单，可以实现通过风所产生的风压来改变叶片的桨距角，达到使风力发电机更高效、安全发电的目的，在高风速和阵风情况下具有安全限速作用，具有抵御大风能力，保证风力机更安全的运行。 
附图说明
图1 a1为本实用新型在W1风速下的整体结构示意图； 
    a2为本实用新型在W1风速下的桨叶桨距角变化工作状态图；
    a3为本实用新型在W1风速下的弹簧复位机构的行程变化图；
图1 b1为本实用新型在W2风速下的整体结构示意图；
    b2为本实用新型在W2风速下的桨叶桨距角变化工作状态图；
    b3为本实用新型在W2风速下的弹簧复位机构的行程变化图；
图1 c1为本实用新型在W3风速下的整体结构示意图；
    c2为本实用新型在W3风速下的桨叶桨距角变化工作状态图；
    c3为本实用新型在W3风速下的弹簧复位机构的行程变化图；
图2为风压变桨风力发电机主机的结构示意图；
图3 a为变桨机构和弹簧复位机构的结构示意图；
b为回转体的弹簧的结构示意图；
     c为变桨机构的轮毂部分的结构示意图；
d为变桨机构的轮毂部分的结构示意图；
图4 a为风压变桨风力发电机主机的左视图；
b为风压变桨风力发电机主机A-A向剖视图；
c为风压变桨风力发电机主机B-B向剖视图。
图中，V为叶尖旋向，L为风叶旋转平面，L1为叶片叶尖弦心线，W为风速风向。 
具体实施方式
如图1a1-a3、b1-b3、c1-c3、图2、图3a、b、c、d、图4a、b、c所示，一种风压变桨风力发电机，包括：风叶1和风压变桨风力发电机主机2，所述风压变桨风力发电机主机2包括变桨机构、回转体组件和发电机组件，所述风叶1和变桨机构中的风叶连接轴7相连，所述变桨机构的轮毂15和回转体组件中的主轴41左端的法兰通过第二螺栓44相连，发电机组件中的电机轴连接套21和回转体组件中的花键套20用第三螺栓56、聚氨酯套55、自锁螺母54连接。 
所述风叶1、轮毂15与风压变桨风力发电机主机2连接，风力发电机主机2又与塔杆3连接，塔杆3上装有检修平台4、爬梯5。 
所述变桨机构，包括：轮毂15，轮毂15的端面连有后导流罩6，轮毂15上设置有三个均布的轴承室，三个轴承室端面均设置有轮毂连接法兰8，轴承室中装有风叶连接轴7，风叶连接轴7外套有轮毂轴承37，三只风叶连接轴7的根部与三只曲柄35相连，三只曲柄35通过关节球轴承33、关节轴承连接螺杆34与同步盘31相连，同步盘31通过锁紧螺栓32与往复杆36相连，往复杆36的另一头与发电机组件中的固定盘42通过圆柱销38连接。往复杆36、尼龙套40都安装在主轴41的内部，尼龙套40与主轴41通过过盈配合，已经被主轴41限位。因此往复杆36相对尼龙套40可以相对滑动，往复杆36因与固定盘42通过圆柱销38连接，由于受到电机轴连接套21的限制不能发生位移，而主轴41、轮毂15由于通过无油轴承套可以有轴向位移的运动，在风速的作用下，风轮承受风压的压迫使得轮毂15、主轴41可以产生位移，从而发生变桨。 
所述回转体组件，包括：主轴机构和弹簧复位机构，所述主轴机构包括：主轴41的右端中间部位与止动轴承50连接，内圈通过螺母60锁紧，止动轴承50外圈与止动轴承室51连接，轴向通过止动轴承连接法兰52限位，止动轴承连接法兰52上两边设置有限位块61，限位块61的末端有两个拨叉，靠在两只复位弹簧拉杆30上，并对弹簧压盖29产生限位；主轴41套在面接触轴承内套47内，并用紧定螺钉锁紧，无油轴承套48套在面接触轴承内套47外，面接触轴承外套49套在无油轴承套48外，面接触轴承外套49与主轴轴承室9通过四只第四螺栓59连接；轮毂15与主轴41左端的法兰通过第二螺栓44相连，主轴41的右端和花键套20相连；主轴41与面接触轴承内套47在无油轴承套48的配合作用下相对面接触轴承外套49、主轴轴承室9既可以相对转动也可以轴向位移滑动。 
所述弹簧复位机构，包括：弹簧拉杆30通过第一螺栓26固定在回转体12内部的两只连接耳上，两只大弹簧19和两只小弹簧28前后端通过第一弹簧压盖27和第二弹簧压盖29限位，第一弹簧压盖27通过螺纹连接锁紧螺母固定在弹簧拉杆30上，第二弹簧压盖29相对弹簧拉杆30可以发生位移滑动。 
所述回转体12通过上下轴承25和立轴17相连，立轴17下部和减震盘18相连。 
所述发电机组件中的电机轴连接套21和回转体组件的花键套20之间设置有固定盘42，花键套20、固定盘42、电机轴连接套21通过第三螺栓56、聚氨酯套55、自锁螺母54连接；电机轴连接套21与电机轴22通过平键57、定位销58连接。 
发电机组件，包括：电机壳13，电机壳13内设定转子45、轴承43、集电滑环24，其组合连接为常规连接方式，集电滑环24将发的电传输出去，避免风轮对风偏航转动过程中电缆的解缆问题，集电滑环24固定段的电由电缆53传输至输电控制端。 

Claims (1)

1.一种风压变桨风力发电机，包括：风叶⑴和风压变桨风力发电机主机⑵，其特征在于：所述风压变桨风力发电机主机⑵包括变桨机构、回转体组件和发电机组件，所述风叶⑴和变桨机构中的风叶连接轴⑺相连，所述变桨机构的轮毂⒂和回转体组件中的主轴(41)左端的法兰通过第二螺栓(44)相连，发电机组件中的电机轴连接套(21)和回转体组件中的花键套⒇用第三螺栓(56)、聚氨酯套(55)、自锁螺母(54)连接：所述回转体组件，包括：主轴机构和弹簧复位机构；所述发电机组件中的电机轴连接套(21)和回转体组件的花键套⒇之间设置有固定盘(42)，花键套⒇、固定盘(42)、电机轴连接套(21)通过第三螺栓(56)、聚氨酯套(55)、自锁螺母(54)连接；电机轴连接套(21)与电机轴(22)通过平键(57)、定位销(58)连接；所述主轴机构包括：主轴(41)的右端中间部位与止动轴承(50)连接，内圈通过螺母(60)锁紧，止动轴承(50)外圈与止动轴承室(51)连接，轴向通过止动轴承连接法兰(52)限位，止动轴承连接法兰(52)上两边设置有限位块(61)，限位块(61)的末端有两个拨叉，靠在两只复位弹簧拉杆(30)上，并对第二弹簧压盖(29)产生限位；主轴(41)套在面接触轴承内套(47)内，并用紧定螺钉锁紧，无油轴承套(48)套在面接触轴承内套(47)外，面接触轴承外套(49)套在无油轴承套(48)外，面接触轴承外套(49)与主轴轴承室⑼通过四只第四螺栓(59)连接；轮毂⒂与主轴(41)左端的法兰通过第二螺栓(44)相连，主轴(41)的右端和花键套⒇相连；主轴(41)与面接触轴承内套(47)在无油轴承套(48)的配合作用下相对面接触轴承外套(49)、主轴轴承室⑼既可以相对转动也可以轴向位移滑动；所述弹簧复位机构，包括：弹簧拉杆(30)通过第一螺栓(26)固定在回转体⑿内部的两只连接耳上，两只大弹簧⒆和两只小弹簧(28)前后端通过第一弹簧压盖(27)和第二弹簧压盖(29)限位，第一弹簧压盖(27)通过螺纹连接锁紧螺母固定在弹簧拉杆(30)上，第二弹簧压盖(29)相对弹簧拉杆(30)发生位移滑动。
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