CN104481820B - 一种具有旋转伸缩结构的叶片装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有旋转伸缩结构的叶片装置，外环为两个且平行同轴设置，滚筒相对于主轴转动，导轨成对出现且两端分别与外环和主轴连接，固定绳一端连接外环另一端固定导轨，叶片位于成对导轨之间，设置于叶片两侧的滑动装置使叶片沿导轨滑动，滑轮安装在外环上悬挂牵引绳，牵引绳一端与滚筒连接，牵引绳另一端绕过滑轮与叶片相互连接，叶片的另一端与滚筒连接；牵引绳缠绕在滚筒的两端部分，叶片缠绕在滚筒的中间部分，牵引绳和叶片在滚筒上一个顺时针一个逆时针缠绕。本发明能用于风力发电机的叶片，当风速变化时，改变叶片在导轨上的位置或叶片完全缠绕在滚筒上，使叶片具有最佳捕风面积，使风力发电机能高效、安全、稳定运行。

Description

一种具有旋转伸缩结构的叶片装置

技术领域

本发明涉及风力发电机叶片技术领域，特别是涉及一种具有旋转伸缩结构的叶片装置。

背景技术

风力发电机是一种利用风力带动叶片旋转，再带动发动机发电的动力机械。现在已有的大型风力发电机的叶片有两种基本形式：一种是定桨距形式，风轮的桨叶与轮毂是刚性连接，叶片的桨距角不变，风速变化时叶片除了应力形变外，叶片面积不做任何改变；另一种是变桨距形式，根据风速的变化叶片可以转动，调节迎风角度，但叶片本身面积也无法改变。这种叶片面积不能随风速变化的叶片，叶片需要满足在很大风速范围内工作，叶片结构复杂，制造要求很高，而且效果不理想。比如为了在强风来袭时运行安全稳定，叶片面积必须做的比较小，但这样在风速不够大的时候捕捉风能的能力就小，风能利用率低；而如果为了提高捕捉风能的能力把叶片做得足够大，只要遇到风速非常大的强风来袭，就很有可能损毁风力发电机，甚至出现重大安全事故。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种具有旋转伸缩结构的叶片装置，能够克服现有技术中叶片受风面积不能改变的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有旋转伸缩结构的叶片装置，包括主轴、外环、滚筒、导轨、叶片、滑动装置、牵引绳、滑轮和固定绳，所述外环为两个且平行同轴设置，所述滚筒的轴与所述主轴的轴相重合，所述滚筒相对于所述主轴转动，所述导轨成对出现并两端分别与所述外环和所述主轴连接，所述固定绳一端连接所述外环，另一端固定所述导轨，所述叶片位于所述成对导轨之间，设置于所述叶片两侧的所述滑动装置使所述叶片沿所述导轨滑动，所述滑轮安装在所述外环上并悬挂所述牵引绳，所述牵引绳一端与所述滚筒连接，另一端绕过所述滑轮与所述叶片相互连接，所述叶片的另一端与所述滚筒连接，所述牵引绳缠绕在所述滚筒的两端，所述叶片缠绕在所述滚筒的中间部分，所述牵引绳和所述叶片在同一个所述滚筒上相反方向缠绕。

在本发明一个较佳实施例中，所述牵引绳和所述固定绳为钢绳，用于每根导轨的所述固定绳为一根或多根且对称安装。

在本发明一个较佳实施例中，所述成对的导轨互成角度设置，所述滑轮为回头滑轮。

在本发明一个较佳实施例中，所述滑轮通过弹簧与所述外环连接，转动所述滚筒，所述牵引绳变长时所述弹簧收缩，所述牵引绳变短时弹簧拉长，以张紧所述牵引绳和所述叶片。

在本发明一个较佳实施例中，所述滚筒内设置有电力或液压驱动装置和储存弹性势能装置，所述储存弹性势能装置为钟表发条装置，在所述叶片伸展时，需要耗能的电力或液压驱动装置驱动所述滚筒旋转释放所述叶片且收紧所述牵引绳，同时上紧发条对所述储存弹性势能装置进行储存弹性势能，在收缩所述叶片时，所述储存弹性势能装置依靠发条储存的弹性势能驱动所述滚筒旋转收紧所述叶片且释放所述牵引绳。

在本发明一个较佳实施例中，所述导轨设置有一个带开口的矩形空腔，所述滑动装置为通过所述牵引绳串在一起的滑块，所述滑块在所述矩形空腔内滑动，所述滑块通过所述矩形空腔的开口向外连接所述叶片。

在本发明一个较佳实施例中，所述滑块的厚度大于所述叶片，所述串连滑块的所述牵引绳穿在滑块中间不外露，所述滑块为有机轻质耐磨材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述叶片由多个首尾相连的小叶片组成，或能弯曲的薄板或高强布。

本发明的有益效果是：本发明是一种具有旋转伸缩结构的叶片装置，用于风力发电机的叶片，当风速变化时，改变叶片在导轨上的位置或完全缠绕在滚筒上，使叶片具有最佳捕风面积或把叶片完全隐藏起来，从而使风力发电机能高效、安全、稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的具有旋转伸缩结构的叶片装置一较佳实施例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、主轴，2外环，3、滚筒，4、导轨，5、叶片，6、滑动装置，7、牵引绳，8、滑轮，9固定绳。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例包括：

提供一种具有旋转伸缩结构的叶片装置，此装置由主轴1、外环2、滚筒3、导轨4、叶片5、滑动装置6、牵引绳7、滑轮8和固定绳9组成。

所述主轴1在风轮的中心，所述主轴1中间有孔连接发电机变速器的轴，所述外环2为两个且平行同轴设置，所述滚筒3的轴与所述主轴1的轴相重合，所述滚筒3有驱动装置使其相对于主轴1转动。所述导轨4有多条且一前一后成对出现，成对导轨4的前面一根所述导轨一端连接前面一个所述外环2另一端连接所述主轴1的前部分，后面一根所述导轨一端连接后面一个所述外环2另一端连接所述主轴1的后部分，所述固定绳9一端连接所述外环2，另一端固定同外环的所述导轨4，固定一根所述导轨4的所述固定绳9有数根，以固定的所述导轨4为中心对称安装。

在本发明一个较佳实施中，所述导轨4一头连接所述外环2，另一头连接在主轴1上，因为叶片必须在弧线上滑动，连接主轴1的导轨4起始部分一定和滚筒3相切，但继续向外环2延伸的部分就可以因为不同目的作不同的变化了，比如以最大的扭矩为目的就按图例，比如以伸缩叶片最小阻力为目的，导轨4一个开始与主轴1相切后按弧线设置，即弧线使叶片牵引绳的拉力方向与风产生的力的方向相反，因为风力把叶片的滑动装置压在导轨上，但成弧线的叶片牵引绳张紧时可以把滑动装置拉离导轨，使滑块对导轨的压力减小，滑动时摩擦减小。

此装置上有数个叶片5。所述叶片5的一端连接所述旋转滚筒3，另一端连接所述牵引绳7。所述叶片5位于所述成对导轨4之间，所述叶片5的左右两侧设置有所述滑动装置6，所述滑动装置6只能在所述导轨4上滑动或缠绕在滚筒3上，带动所述叶片5沿导轨上下滑动或缠绕在滚筒3上。每相邻的两根所述导轨4支撑一个所述叶片5，两根所述导轨4之间形成一定的角度，让所述叶片5相对于风有适当的攻角。在此结构下，所述导轨4能确定所述叶片5的行走轨迹，也把所述叶片5得到的风力传递给风轮。

所述牵引绳7绕过所述滑轮8，一端如上文与所述叶片5相连，另一端是缠绕于所述旋转滚筒3上。所述牵引绳7和所述滑轮8相对于每个叶片也是成对出现的，所述滑轮8在所述导轨4和所述外环2的连接处通过弹簧固定，对所述牵引绳7有回头和张紧的作用。所述牵引绳7的走向与所述导轨4的走向大致相同；

所述牵引绳7缠绕于所述旋转滚筒3的两端，所述叶片5缠绕于所述旋转滚筒3的中间部分，但两者的缠绕方向一个是左旋即逆时针、一条是右旋即顺时钟，使所述叶片5和所述牵引绳7在所述旋转滚筒3上的缠绕方向总是相反的。

本发明的具有旋转伸缩结构的叶片装置是在一个牢固的自行车轮式双环框架上完成的，两个外环2和主轴1之间有很多钢绳连接以及必要的其它连接。

所述牵引绳7和所述固定绳9为钢绳。每根导轨4的所述固定绳9可以为数根，大型风电的叶片很长，叶片受到的风力很大，必须根据需要设置数根固定绳9支撑导轨4并把风力传递到外环2上，相对于被固定的所述导轨4固定钢绳是对称安装的。

在本叶片装置中可以采用的装置为：所述滑轮8是可以通过一个弹簧和所述外环2连接，所述滚筒3在收放叶片和牵引绳7时两者的长度变化是不完全一样的，所述牵引绳7变长时弹簧缩短，所述牵引绳7变短时弹簧增长，借此张紧所述牵引绳7和所述叶片5。

在本叶片装置中也可以采用的装置为：在所述滚筒3内安装一个象钟表发条一样的储存弹性势能的装置，在所述叶片5伸展时，需要耗能的电力或液压驱动装置驱动所述滚筒3旋转释放所述叶片5收紧所述牵引绳7，同时上紧发条储存弹性势能，在收缩所述叶片5时，依靠发条储存的弹性势能驱动所述滚筒3旋转收紧所述叶片5释放所述牵引绳7。本发明的一个很大的目的是应对超强风来袭时的安全，如果超强风来袭时需要耗能的滚筒驱动装置因故障无法收回叶片就可能出现重大事故，所以一个较佳实施例就是既可以依靠滚筒自身储存的发条弹性势能驱动滚筒收缩叶片，又可以依靠需要耗能的电力或液压驱动装置驱动滚筒收缩叶片，有两个可以相互替代的收缩叶片的驱动装置，让叶片收缩在滚筒上的状态为基本常态，保证安全。特殊情况是当发条弹性驱动装置发生故障时需要耗能的驱动装置可以反转代替发条驱动所述滚筒收缩所述叶片。

在本叶片装置中还可以采用的装置为：所述导轨上设置有一个带开口的矩形空腔，所述滑动装置为由牵引绳串在一起的滑块，滑块在矩形空腔内滑动，滑块通过矩形空腔的开口处向外连接所述叶片。所述滑块的厚度大于叶片，串连滑块的牵引绳穿在滑块中间不外露，当滑动装置在导轨中长期滑动时，不会磨损钢绳，当叶片在滚筒上缠绕时由于滑块的厚度大于叶片，只有滑块和滑块以及滑块和滚筒接触，保护牵引绳和叶片不被磨损。滑块可以是尼龙等有机轻质耐磨材料。由于风对叶片产生很大的力把连接叶片的滑动装置压在导轨上，为减少导轨和滑动装置的摩擦力，减小缩放时的阻力，导轨上安装很多滚轮。

所述叶片5可以由多个首尾相连的小叶片组成，也可以是可弯曲的薄板或高强布。所述主轴1中间有孔连接发电机变速器的轴。

所述叶片装置的使用原理是：当需要所述叶片5伸展时，所述旋转滚筒3释放所述叶片5，同时收回所述牵引绳7，收回所述牵引绳7在所述滑轮8的帮助下牵引所述叶片5向外伸展；当需要所述叶片5收缩时，所述旋转滚筒3释放所述牵引绳7，所述牵引绳7在所述滑轮8的帮助下松开叶片，同时所述旋转滚筒3直接旋转收缩所述叶片5。

在正常风速下，所述叶片沿所述导轨4伸展到风轮的所述外环2，受风面积很大，捕捉风能的能力强，最大限度的提高发电量。当强风来袭时，所述叶片沿所述导轨4旋转收缩到适当位置，减小受风面积，让风力发电机在不超过极限扭矩下满负荷工作。当超强风来袭时，所述叶片沿导轨完全旋转收缩，收缩完成后，所述叶片5隐藏在所述旋转滚筒3上，只留下受风面积很小的风轮框架承受风力，安全的度过危险期。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用叶片旋转伸缩结构，叶片受风面积可以随风速改变。正常风速时，完全伸展叶片，受风面积很大，最大限度的提高发电量。强风时，适当减小受风面积，让风力发电机在不超过极限扭矩下满负荷工作。超强风来袭时，叶片完全收缩，叶片隐藏在旋转滚筒上，只留下受风面积很小的风轮框架承受风力，安全的度过危险期。这样的风电叶片运行安全、风能利用效率高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有旋转伸缩结构的叶片装置，其特征在于，包括主轴、外环、滚筒、导轨、叶片、滑动装置、牵引绳、滑轮和固定绳，所述外环为两个且平行同轴设置，所述滚筒的轴与所述主轴的轴相重合，所述滚筒相对于所述主轴转动，所述导轨成对出现并两端分别与所述外环和所述主轴连接，所述固定绳一端连接所述外环，另一端固定所述导轨，所述叶片位于成对导轨之间，设置于所述叶片两侧的所述滑动装置使所述叶片沿所述导轨滑动，所述滑轮安装在所述外环上并悬挂所述牵引绳，所述牵引绳一端与所述滚筒连接，另一端绕过所述滑轮与所述叶片相互连接，所述叶片的另一端与所述滚筒连接，所述牵引绳缠绕在所述滚筒的两端，所述叶片缠绕在所述滚筒的中间部分，所述牵引绳和所述叶片在同一个所述滚筒上沿相反方向缠绕，所述滑轮通过弹簧与所述外环连接，转动所述滚筒，所述牵引绳变长时所述弹簧收缩，所述牵引绳变短时弹簧拉长，以张紧所述牵引绳和所述叶片，所述叶片由多个首尾相连的小叶片组成，或是能弯曲的薄板或高强布制成。

2.根据权利要求1所述的具有旋转伸缩结构的叶片装置，其特征在于，所述牵引绳和所述固定绳为钢绳，用于每根导轨的所述固定绳为一根或多根且对称安装。

3.根据权利要求1所述的具有旋转伸缩结构的叶片装置，其特征在于，所述成对的导轨中的两个导轨之间互成角度设置，所述滑轮为回头滑轮。

4.根据权利要求1所述的具有旋转伸缩结构的叶片装置，其特征在于，所述滚筒内设置有电力或液压驱动装置、储存弹性势能装置，所述储存弹性势能装置为钟表发条装置，在所述叶片伸展时，需要耗能的电力或液压驱动装置驱动所述滚筒旋转释放所述叶片且收紧所述牵引绳，同时上紧发条对所述储存弹性势能装置进行储存弹性势能，在收缩所述叶片时，所述储存弹性势能装置依靠发条储存的弹性势能驱动所述滚筒旋转收紧所述叶片且释放所述牵引绳。

5.根据权利要求1所述的具有旋转伸缩结构的叶片装置，其特征在于，所述导轨设置有一个带开口的矩形空腔，所述滑动装置为通过所述牵引绳串在一起的滑块，所述滑块在所述矩形空腔内滑动，所述滑块通过所述矩形空腔的开口向外连接所述叶片。

6.根据权利要求5所述的具有旋转伸缩结构的叶片装置，其特征在于，所述滑块的厚度大于所述叶片，所述滑动装置为通过所述牵引绳串在一起的滑块，所述牵引绳穿在滑块中间不外露，所述滑块为有机轻质耐磨材料。