CN103967722B - 小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，包括轮毂、安装角调节座和安装角调节头；沿轮毂周向固定安装角调节座；将安装角调节头与安装角调节座同轴安装，安装角调节头通过调节机构实现绕轴线的旋转调节，且安装角调节头和安装角调节座的圆周面上分别带有指针和刻度；安装角调节头相对安装角调节座的另一侧设置有桨叶安装槽。该装置成本低廉、结构简单，无需使用蜗轮、蜗杆、液压等装置即可准确调节桨叶的安装角，适用于小型实验等场合。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，尤其是一种用在小型实验用定桨距变转速水平轴风力机上的安装角调节装置。
背景技术
风能作为一种清洁、可再生能源已经在世界范围广泛应用，风力发电行业的发展前景非常广阔。
最初的水平轴风力机或者说风车采用的是恒转速定桨距形式。为了最大效率的利用风能，人们发明变桨距机构来调整风力机风轮桨叶和来流（或者迎风面）的夹角使其能够在不同风速下达到最佳状态，同时还可以在大风速下进行顺桨调节来保护风力机桨叶不受损坏。1983年，加拿大授权专利（专利申请号：CA371858；公开号：CA1146078 A1）首先提出一种用于风力机桨叶的变桨距调节方法，通过相连的液压装置保证每个桨叶的桨距相同。随后的十几年里不断改进，中国专利申请200610046061.7（专利申请号：200610046061.7；公开日：2007年9月19日）发明一种结构紧凑，传动平稳的带蜗轮蜗杆的变桨距装置。中国专利200710156890.5（专利申请号：200710156890.5；公开日：2008年7月30日；授权公告号：CN101230838B）提出一种中心齿轮同步变桨距，使用伺服电机通过拉索实现对三桨叶的同步控制。然而，变桨距机构的复杂性增加了生产成成本，降低了使用寿命，也降低了运行的可靠性，而且很难应用在实验室内的小型研究用风轮上。
随着转速控制技术和电机调节系统的发展，定桨距风力机重新得以发挥作用。定桨距风轮与电机调节系统配合，达到无需桨距调节实现较大风速范围内高效率运行。在来流风速小的时候，通过电机控制系统调节风力机转速，改变切向速度，使气流相对速度始终顺着叶片前缘流入，来流处于有利迎角，因此风轮具有更大的功率输出。在大来流风速下，为了降低风轮的功率输出避免系统过载，通过风力机风轮转速调节系统改变风轮转速，使相对气流速度攻角增大，风轮处于失速状态，抑制输出功率。
对于定桨距风轮，安装角的改变会对桨叶气动性能产生显著得影响。在对小型定桨距变转速水平轴风力机进行实验研究时，需要获得不同的安装角下风轮的功率输出曲线，因此非常有必要采用安装角可调的连接方式。因尺寸和成本原因，显然不能采用前述现有的复杂的变桨距机构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低廉、结构简单的定桨距风轮上桨叶安装角调节装置，该装置无需使用蜗轮、蜗杆、液压等装置即可调节桨叶的安装角。
本发明所公开的一种小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，包括轮毂、安装角调节座和安装角调节头；沿轮毂周向固定安装角调节座；将安装角调节头与安装角调节座同轴安装，安装角调节头通过调节机构实现绕轴线的旋转调节，且安装角调节头和安装角调节座的圆周面上分别带有指针和刻度；安装角调节头相对安装角调节座的另一侧设置有桨叶安装槽。
作为改进，所述调节机构包括沿安装角调节座周向分布的若干个调节定位孔，而安装角调节头沿周向分布若干个槽孔，通过该槽孔和调节定位孔的配合实现旋转调节。
作为改进，所述安装角调节座与安装角调节头的中心采用圆台及与圆台配合的凹槽实现定位。
作为改进，在轮毂上固定安装角调节座的结构为：沿轮毂周向均匀分布若干固定槽，每个固定槽上均开有定位孔，在安装角调节座一侧设置有凸台，凸台上同样设置安装孔，凸台插入固定槽中并通过螺栓锁紧。
作为改进，所述安装角调节头上的槽孔为弧形槽。
作为改进，安装角调节头在桨叶安装槽处设有桨叶固定螺孔。
本发明公开的一种小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，与目前已有的技术比较有以下优点：1、结构简单，采用直接连接，避免使用蜗轮、蜗杆、液压等装置；2、调节范围大，可实现正负15°范围内的安装角调节；3、强度高；4、定位准确，在安装角调节座和安装角调节头连接处采用凸台-凹槽结构保证两件的轴心定位，确定了桨叶的俯仰中心。该装置可以适用于小型实验等场合。
附图说明
图1为本发明调节装置的整体结构立体示意图；
图2a为轮毂结构示意图；
图2b为轮毂A-A面剖视图；
图3a为安装调节座结构示意图；
图3b为安装调节座B-B面剖视图；
图3c为安装调节座C-C面剖视图
图 4a为安装角调节头结构示意图；
图 4b为安装调节头E-E面剖视图；
图 4c为安装调节头F-F面剖视图。
图中标号名称：1、桨叶安装槽，2、桨叶固定螺孔，3、安装角调节头（带指针），4、安装角调节座（带刻度盘），5、安装角调节座定位孔，6、轮毂定位螺栓孔，7、轮毂安装槽，8、轮毂，9、轮毂中心孔，10、弧形槽，11、安装角调节座凸台，12、安装角调节头凹槽。
具体实施方式
首先描述以上各零部件功能：
桨叶安装槽1：插入风力机桨叶。桨叶固定螺孔2：固定风力机桨叶在安装槽中的位置。安装角调节头（带指针）3：带动叶片旋转，同时通过指针表明安装角。安装角调节座（刻度盘）4：连接安装角调节头，并且提供角度刻度。安装角调节座定位孔5：定位安装角调节头。轮毂定位螺栓孔6：定位调节座在安装槽中。轮毂安装槽7：安装调节座。轮毂8：将风力机风轮与转动轴相连。轮毂中心孔9：插入转动轴。安装角调节头弧形槽10：调节安装角。
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1所示，本发明公开的一种小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，包括轮毂8、安装角调节座4、安装角调节头3。如图2a和图2b所示，所述轮毂8为扁平状，其中心开带有键槽的轴向圆孔9，带螺纹和凸台的风力机转动轴从后方通过轴向圆孔9插入轮毂，通过键槽实现风力机转动轴的周向定位。轮毂8侧面沿周向均匀分布三个固定槽7，在每个固定槽7处均开有2个定位孔6。安装角调节座4一侧设置有带螺孔的凸台12，凸台12插入固定槽7中，穿过定位孔6和凸台12的螺孔的螺栓和一侧的螺帽配合，将安装角调节座4固定在轮毂8上。采用键槽以及双螺栓保证了轮毂、安装角调节座和安装角调节头连接的强度。
如图3a、3b、3c以及图4a、4b和4c所示，安装角调节座4沿周向均匀分布4个调节定位孔5，安装角调节头3沿周向均匀分布4个弧形槽10，定位螺栓穿过弧形槽10和定位孔5与螺帽配合，将三个安装角调节头3分别一一安装在安装角调节座4上。安装角调节座4与安装角调节头3接触的一侧设置有突出的圆台11。对应的，安装角调节头3一侧设置有圆形凹槽13，圆台11和凹槽13配合实现安装角调节头3和安装角调节座4的定位。安装角调节头3另一侧设置有桨叶安装槽1，在桨叶安装槽1处开设有桨叶固定螺孔2。风力机桨叶插入桨叶安装槽1，用螺栓穿过桨叶固定螺孔2将风力机桨叶固定在安装角调节头3上。
通过调整定位螺栓在弧形槽10中的位置实现安装角的调节。安装角调节头3和安装角调节座4的侧面分别带有指针和刻度，通过指针在安装角调节座刻度的指示来确定风力机桨叶的安装角。
该调节装置的调节方法如下：
首先使用内六角螺栓和螺帽将三片风力机桨叶分别与三个安装角调节头3固定。然后用内六角螺栓和螺帽将三个安装角调节座4与轮毂8固定。将装有风力机桨叶的安装角调节头3与安装角调节座4通过内六角螺栓和螺帽连接，此时应注意先不要固定紧，调整螺栓在弧形槽10中的周向位置，观察指针在刻度盘上的变化，当到达目标安装角时将螺帽拧紧。最后将带有调节好安装角的风力机桨叶的轮毂8固定在风力机实验台转动轴上。在此要进一步说明的是：1）连接采用内六角螺栓和螺帽可以使得安装过程更加方便；2）为了满足静平衡的要求，务必采用相同规格的螺栓和螺帽。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，其特征在于：包括轮毂（8）、安装角调节座（4）和安装角调节头（3）；沿轮毂（8）周向固定安装角调节座（4）；将安装角调节头（3）与安装角调节座（4）同轴安装，安装角调节头（3）通过调节机构实现绕轴线的旋转调节，且安装角调节头（3）和安装角调节座（4）的圆周面上分别带有指针和刻度；安装角调节头（3）相对安装角调节座（4）的另一侧设置有桨叶安装槽（1）；所述调节机构包括沿安装角调节座（4）周向分布的若干个调节定位孔（5），而安装角调节头（3）沿周向分布若干个槽孔，通过该槽孔和调节定位孔（5）的配合实现旋转调节。
2.根据权利要求1所述的小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，其特征在于：所述安装角调节座（4）与安装角调节头（3）的中心采用圆台（11）及与圆台配合的凹槽（13）实现定位。
3.根据权利要求1所述的小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，其特征在于：所述在轮毂（8）上固定安装角调节座（4）的结构为：沿轮毂（8）周向均匀分布若干固定槽（7），每个固定槽（7）上均开有定位孔（6），在安装角调节座（4）一侧设置有凸台（12），凸台上同样设置安装孔，凸台（12）插入固定槽（7）中并通过螺栓锁紧。
4.根据权利要求1所述的小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，其特征在于：所述安装角调节头（3）上的槽孔为弧形槽（10）。
5.根据权利要求1所述的小型实验用定桨距变转速水平轴风力机安装角调节装置，其特征在于：安装角调节头（3）在桨叶安装槽（1）处开设有桨叶固定螺孔（2）。
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