CN103410665A - 一种带有失速调节的风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种带有失速调节的风力发电机组，包括叶片、轮毂及安装板，叶片分别安装在各自的安装板上，安装板可前后摆动地安装在轮毂上，并设有限制安装板前后摆动幅度的弹性组件，叶片轴线与安装板的摆动轴线在迎风一侧成锐角。本发明结构简单，执行力大，可靠性高，且成本低廉。

Description

一种带有失速调节的风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电机组调节领域，特别是涉及一种带有失速调节的风力发电机组。
背景技术
离网小型风电机组的调节方法大多采用离心调节，即利用主轴带动离心飞锤，使飞锤离心力与弹簧力平衡，来使叶片绕自身轴线旋转，改变桨距角，从而达到调速的目的。离心调节机构的结构较复杂，维护工作量大，执行力小，易卡涩，可靠性低。
现有的风力发电机组在调节结构及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种结构简单、成本低、可防止风力过大对风机造成的损害的带有失速调节的风力发电机组,实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带有失速调节的风力发电机组，使其可防止风力过大对风机造成的损害、结构简单且执行力大，从而克服现有的结构复杂、执行力小的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种带有失速调节的风力发电机组，包括叶片、轮毂及安装板，叶片分别安装在各自的安装板上，安装板可前后摆动地安装在轮毂上，并设有限制安装板前后摆动幅度的弹性组件，叶片自身轴线与安装板的摆动轴线在迎风一侧成锐角。
作为本发明的一种改进，所述的弹性组件包括：安装在安装板受风面靠近叶根附近的球形铰链座；可沿轮毂的前端轴向杆滑动的滑动销套；安装在滑动销套与轮毂前端面之间的压缩弹簧；以及一端为安装于球形铰链座内的球头、另一端经销孔和销轴与滑动销套连接的拉杆。
所述的轴向杆前端固定有控制压缩弹簧的初始压缩度的调整螺母。
所述的调整螺母为两个。
所述的安装板与轮毂通过铰链连接。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明提供的风力发电机组利用风机叶片轴向推力与弹簧力平衡的机构，使得叶片平面能绕给定轴做一定范围的前后摆动。叶片在大风下运行时，由于叶片轴向推力的增大叶片绕给定轴转动能使风机叶片的安装角改变，从而将风机带入失速区，进而限制风机的出力，达到调速和保证风机安全运行的目的。本发明结构简单，执行力大，可靠性高，且成本低廉。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一种带有失速调节的风力发电机组的结构示意图。
图2是本发明风速大于设计风速时的叶片工作状态。
图3是图1中的A向视图。
图4是风速小于或等于设计风速时对应的速度三角形图。
图5是风速大于设计速度时对应的速度三角形图。
具体实施方式
为了清楚阐明本发明的结构、位置关系，以下描述皆以图1中左侧为前、右侧为后。
参照图1-3所示，本发明提供了一种带有失速调节的风力发电机组，包括叶片1、轮毂8及安装板3，每个风机叶片1分别安装在各自的安装板3上，各安装板3可前后摆动地安装在轮毂8上，并设有限制安装板3前后摆动幅度的弹性组件，叶片1自身的轴线与安装板3的摆动轴在迎风一侧成锐角（即图3所示的γ角）。
具体地，每个风机叶片1可经螺栓2与叶片安装板3固定连接，轮毂8上安装有铰链轴7，安装板3经铰链与轮毂8的旋转平面连接。
所述的弹性组件包括通过螺栓6安装在安装板3受风面靠近叶根附近的球形铰链座4、可沿轮毂8的前端轴向杆滑动的滑动销套12、安装在滑动销套12与轮毂8前端面之间的压缩弹簧11以及一端以球头形式安装于球形铰链座4内、另一端经销孔和销轴与滑动销套12连接的拉杆5。进一步具体来说，滑动销套12在辐射方向均布有与叶片数量相同的销轴孔挂耳，挂耳上的圆周方向钻有可与拉杆5连接的销孔，滑动销套12与轴向杆之间为间隙配合。滑动销套12和压缩弹簧11均被压装在轮毂8前端的轴向杆上，轴向杆前端固定有两个调整螺母13，以控制压缩弹簧11的初始压缩度，调整完毕后，两个调整螺母13并紧。轮毂8后端的孔经键9以过盈配合的方式装配在发电机10的主轴上。上述零件的尺寸和压缩弹簧11的刚度可按不同风机需求进行计算和选择。
当机组运行且风速小于或等于设计风速时，叶片在发电机主轴轴向上所受的推力经拉杆5传递后小于或等于压缩弹簧力，风机叶片保持初始安装位置。当风速大于设计风速时，叶片在发电机主轴轴向上所受的推力经拉杆5传递后大于压缩弹簧力，滑动销套12向后移动，风机叶片1和叶片安装板3将绕其铰链轴7做后仰摆动。由于铰链轴7的轴线与叶片1自身轴线成锐角，故其后仰摆动后叶片的安装角θ（即叶片前、后缘在与叶片轴线垂直方向上的连线与叶片旋转平面的夹角）将会发生改变。
参照图3-5所示，其中V为风速，U为叶片旋转速度，W为相对速度。θ为叶片安装角，α为来流攻角。
由图3可以看出：当上部叶片绕o—o轴做后仰摆动时，叶尖的前缘M点和后缘N点的转动半径分别是h1和h2，也就是说这两点在发电机轴向上位移是不相同的。以叶片截面大端为前缘，截面小端为后缘，显然，前缘比后缘转过的距离要大。这一结果在图4中的具体体现就是安装角θ将变小，也就是风机的运行状态将从图4变成图5。由于安装角θ′<θ,其攻角将由α变成α′,α′比α要大很多，也就是说叶片将进入失速区运行，叶片的升阻比将大幅下降，限制了风力发电机组的出力，防止了因风速过大对机组造成的损坏。
如果用Δφ来表示叶片平面绕o—o轴转动的角度，用Δθ来表示叶片安装角的变化值，则在Δφ不太大的范围内Δθ=arcsin(cosγsinΔφ)，
在得知了安装角的变化后就能很方便地得到叶片入口变化后的速度三角形，并可根据速度三角形计算风轮转矩、功率、功率系数、推力等参数，从而得到出风机失速时各参数的值。
只要将叶片和轮毂设计成如图1-3的形式，并正确选择压缩弹簧的刚度，即可保证：当风速高于设计风速，叶片因轴向推力增大而后仰时，将使叶片的安装角变小，甚至变成负值，这时来流的攻角将会增大，机组将进入失速区，叶片的升阻比将大幅下降，从而限制了机组的出力，保证了机组的调速功能和安全性。
机组的叶片的数量可根据机组容量的大小选择，一般为两片或三片。本发明主要适用于离网的直驱的小型风电机组中，也可用于带增速齿轮箱的小型风电机组中，本发明既可适用于如图所示的上风向机组，也可适用于下风向机组。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带有失速调节的风力发电机组，其特征在于：包括叶片、轮毂及安装板，叶片分别安装在各自的安装板上，安装板可前后摆动地安装在轮毂上，并设有限制安装板前后摆动幅度的弹性组件，叶片自身轴线与安装板的摆动轴线在迎风一侧成锐角。
2.根据权利要求1所述的一种带有失速调节的风力发电机组，其特征在于，所述的弹性组件包括：
安装在安装板受风面靠近叶根附近的球形铰链座；
可沿轮毂的前端轴向杆滑动的滑动销套；
安装在滑动销套与轮毂前端面之间的压缩弹簧；以及
一端为安装于球形铰链座内的球头、另一端经销孔和销轴与滑动销套连接的拉杆。
3.根据权利要求2所述的一种带有失速调节的风力发电机组，其特征在于：所述的轴向杆前端固定有控制压缩弹簧的初始压缩度的调整螺母。
4.根据权利要求3所述的一种带有失速调节的风力发电机组，其特征在于：所述的调整螺母为两个。
5.根据权利要求1所述的一种带有失速调节的风力发电机组，其特征在于：所述的安装板与轮毂通过铰链连接。
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