CN105781897A - 一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机，其特征在于，主要包括叶轮装置、变桨装置、机架装置和主轴装置；叶轮装置安装在主轴装置的前端，主轴装置的后端固定在机架装置的内部，变桨装置套装在叶轮装置、主轴装置及机架装置上；所述变桨装置采用连杆式，并且配有有独立电机驱动；所述主轴装置为分段式设计，段之间啮合连接并实现传动。本发明风力发电机能够快速变桨，具有变桨效率高、稳定性好、制造成本低廉、使用寿命长等特点，适于实际应用推广。

Description

一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体是一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机。
背景技术
随着新能源的不断开发，风能作为一种清洁能源被广泛的利用，随之出现的风力发电设备也逐渐增多，对于不同场合应用的风力发电机设备不尽相同，而在风况复杂多变的情况下，风机的变桨装置对调节风机接受风能效率和对风力发电机的保护具有重要作用，具体的，变桨装置通过调节桨距角来改变叶片接收风能的角度，保持风能利用系数达到理论最大值，由于风速变化较快，所以变桨装置调节速度的快慢会直接影响风机的运行效率，因此调节快速稳定的变桨装置对风机的运行具有重要意义。
现有风机的变桨装置基本结构和原理大致相同，对应三个叶片分别设有三个变桨电机，叶片安装在轮毂上在变桨电机的带动下能绕其轴线自由回转，由于当遇到强风时变桨装置具有顺桨功能使得风机实现自然停车，故当风机需要再次启动时候，首先需要调节桨距角，则停机状态下变桨电机需要配备独立电池才能工作，所以变桨电机均配备一组电池；申请号为200510030886.5的中国专利公开了小型风力发电机变桨装置，通过桨叶受力时候通过连杆推动滑套滑套，当推力与滑套后面的弹簧达到力平衡时调节停止，具有结构简单的优点；申请号为200710113210.1的中国专利公开了风力发电机变桨调速装置，当桨叶受力时候带动拐臂，进而带动推杆压缩弹簧，达到力平衡时停止，具有无需额外动力来源的优点。由于电池自身制造的差异，使其荷电状态不同，所以长时间停机后，变桨装置存在工作不一致的隐患，并且变桨电机和叶片之间靠齿轮传动，传动比非常小，这就导致了变桨调节速度相对较慢，并且传统的风力发电机由于主轴的单一性，很大程度上限制了变桨装置的开发，同时由于每个叶片均需要配备变桨电机，大大增加了成本。
发明内容
为了克服现有技术变桨反应速度慢、不稳定和主轴形式单一限制变桨装置开发的缺陷，本发明提供一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机。
该风力发电机变桨装置采用连杆式，并且有独立电机驱动，当控制系统发出指令要求进行变桨时，变桨电机通过变桨拉杆带动变桨三角架，带动变桨拨杆，进而带动叶片旋转；配合变桨装置结构，主轴采用分段式，为变桨装置提供足够的布置空间，这样就大大为变桨装置的设计提供的便利；而且以上装置均安装在机架上，由机架支撑，这样有效克服了传统变桨装置的缺陷。
本发明提供一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机，其特征在于该风力发电机包括叶轮装置、变桨装置、主轴装置和机架装置。所述叶轮装置包括轮毂前片、轮毂后片、轮毂法兰、叶片轴套、叶片拨杆和叶片，轮毂前片和轮毂后片两者前后配合将轮毂法兰和叶片轴套夹在中间，轮毂法兰位于轮毂前片和轮毂后片的中间，并与轮毂前片通过螺栓连接，轮毂法兰以键连接的形式和主轴前轴连接，叶片轴套与轮毂前片和轮毂后片对接后形成的腔体配合，叶片拨杆套装在叶片上和叶片能在叶片轴套中自由转动，整个叶轮装置由轮毂法兰与主轴前轴连接安装在主轴前轴上；所述主轴装置采用分段式，包括主轴前轴、主轴前轴支撑、主轴后轴、主轴后轴支撑、主轴轴承、主轴齿轮法兰和主轴齿轮，主轴前轴和主轴后轴均为中空形，主轴前轴和主轴后轴分别由主轴轴承支撑安装在主轴前轴支撑和主轴后轴支撑中，主轴前轴的末端和主轴后轴的前端分别通过主轴齿轮法兰安装有主轴齿轮，通过主轴齿轮的啮合将主轴前轴的动力传递给主轴后轴；所述变桨装置包括变桨电机、变桨拉杆、变桨滑套和变桨三角架，变桨电机安装在机架装置上的电机安装座上，由于主轴前轴是中空的，变桨拉杆一端与变桨电机相连，另一端穿过主轴前轴与变桨三角架相连，并且在变桨拉杆的两端套有变桨滑套，变桨滑套与主轴前轴内孔配合起到支撑变桨拉杆的作用，变桨三角架末端与叶轮装置上的叶片拨杆铰接实现叶片的转动；所述机架装置包括轮廓支架、电机安装座、主轴前轴安装法兰和主轴后轴安装法兰，轮廓支架起到整体支撑的作用，电机安装座用来安装变桨电机，主轴前轴安装法兰与主轴前轴支撑配合，主轴后轴安装法兰与主轴后轴支撑配合。
与现有技术相比，本发明一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机的有益效果是，实现了风力发电机的快速变桨，具有变桨效率高、稳定性好、制造成本低廉、使用寿命长等特点，适于实际应用推广。
附图说明
图1是本发明一种实施例的整体结构示意图；
图2是本发明一种实施例的整体结构剖视示意图；
图3是本发明一种实施例的叶轮装置的结构示意图；
图4是本发明一种实施例的轮毂法兰的结构示意图；
图5是本发明一种实施例的叶片拨杆的结构示意图；
图6是本发明一种实施例的变桨装置结构示意图；
图7是本发明一种实施例的机架装置结构示意图；
图8是本发明一种实施例的电机安装座结构示意图；
图9是本发明一种实施例的主轴前轴安装法兰结构示意图；
图10是本发明一种实施例的主轴装置结构示意图；
图11是本发明一种实施例的主轴装置的剖视结构示意图；
图12是本发明一种实施例的工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。
本发明设计的具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机，(简称风力发电机，参见图1-12)，该风力发电机具有快速变桨功能且主轴采用分段式设计，主要包括叶轮装置1、变桨装置2、机架装置3和主轴装置4。叶轮装置1安装在主轴装置4的前端，主轴装置4的后端固定在机架装置3的内部，变桨装置2套装在叶轮装置1、主轴装置4及机架装置3上；所述变桨装置2采用连杆式，并且配有有独立电机驱动；所述主轴装置4为分段式设计，段之间啮合连接并实现传动。
叶轮装置1(参见图3)包括轮毂前片1.1、叶片轴套1.2、轮毂后片1.3、轮毂法兰1.4(参见图4)、叶片拨杆1.5(参见图5)和叶片1.6，轮毂前片1.1和轮毂后片1.3对接后由螺栓紧固连接，二者中间均设有大通孔以允许主轴通过，在大通孔周围设有小螺栓通孔用以紧固连接；轮毂前片1.1和轮毂后片1.3两者前后配合将轮毂法兰1.4和叶片轴套1.2夹在中间，轮毂法兰1.4置于轮毂前片1.1和轮毂后片1.3之间，且和轮毂前片1.1之间通过螺栓固连，轮毂法兰1.4外边缘设有缺口分别与叶片1.6根部对应配合，其中间通孔设有键槽用以与主轴前轴4.1配合；叶片轴套1.2与轮毂前片1.1和轮毂后片1.3对接后形成的腔体配合并安装在其内；叶片拨杆1.5上设有大孔和小孔，通过大孔套装在叶片1.6上，小孔与变桨三角架2.4末端铰接，变桨三角架2.4能带动叶片1.6在叶片轴套1.2中旋转。整个叶轮装置1通过轮毂法兰1.4与主轴前轴4.1的连接安装在主轴前轴4.1上。
变桨装置2(参见图6)包括变桨电机2.1、变桨滑套2.2、变桨拉杆2.3和变桨三角架2.4，变桨电机2.1上设有安装孔，使其安装在机架装置3上的电机安装座3.4上，变桨电机2.1自带减速装置，输出轴直接与变桨拉杆2.3连接，变桨拉杆2.3共有四个关节，形成曲柄滑块机构，在起到滑块作用的最长杆两端上套装两个变桨滑套2.2，变桨滑套2.2外圈与主轴前轴4.1内腔配合起到支撑变桨拉杆2.3的作用，变桨拉杆2.3最长杆穿过主轴前轴4.1内孔并可进行伸缩运动，变桨三角架2.4呈三角式，中心开有安装孔与变桨拉杆2.3末端连接，变桨三角架2.4末端与叶片拨杆1.5铰接从而带动叶片1.6转动。
机架装置3(参见图7)包括轮廓支架3.1、电机安装座3.4、主轴前轴安装法兰3.2和主轴后轴安装法兰3.3，轮廓支架3.1起到整体支撑的作用。电机安装座3.4(参见图8)用来安装变桨电机2.1，整体呈直角片状，上面开有用以通过变桨拉杆2.3的通孔，并设有安装变桨电机2.1及连接轮廓支架3.1的安装孔，主轴前轴安装法兰3.2(参见图9)上面开有用以通过主轴前轴支撑4.3的大孔和与轮廓支架3.1配合的连接脚。
主轴装置4(参见图10)采用分段式，包括主轴前轴4.1、主轴前轴支撑4.3、主轴后轴4.7、主轴后轴支撑4.6、主轴轴承4.2、主轴齿轮法兰4.5和主轴齿轮4.4，主轴前轴4.1和主轴后轴4.7均为中空形，变桨拉杆2.3从主轴前轴4.1中心通过，主轴前轴4.1两端与变桨滑套2.2配合，主轴前轴4.1和主轴后轴4.7分别由主轴轴承4.2支撑安装在主轴前轴支撑4.3和主轴后轴支撑4.6中，主轴前轴4.1的末端和主轴后轴4.7的前端分别通过两套主轴齿轮法兰4.5和主轴齿轮4.4连接在一起，通过主轴齿轮4.4及主轴齿轮法兰4.5的啮合将主轴前轴4.1的动力传递给主轴后轴4.7，主轴装置4的整体结构剖视图参照图11。
本发明一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机采用主轴分节式设计，其整体结构图示意图见图1，整体结构剖视图见图2，工作状态示意图见图12。通过对变桨装置2进行独特设计，使风力发电机可通过单电机对叶片进行快速调节，实现对不同风速的快速调节与适应，具有调节效率高、稳定性好、寿命长、控制方便等优点。
本发明一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机工作原理和过程如下：当风速改变需要调节桨距角时，变桨电机2.1开始转动，变桨拉杆2.3在变桨滑套2.2的支撑下将变桨电机2.1的转动转化为变桨拉杆2.3的伸缩运动，带动变桨三角架2.4平动，进而带动叶片拨杆1.5转动，由于叶片拨杆1.5和叶片轴套1.2及叶片1.6是没有相对转动的，这样就带动了叶片1.3转动，实现了桨距角的调节，当桨距角调节到最佳角度时叶轮装置1能最大效率的获得风能，当叶轮装置1转动时，叶轮装置1通过轮毂法兰1.4将动力传递给主轴前轴4.1，主轴前轴4.1在主轴轴承4.2的支撑下转动，主轴前轴4.1通过主轴齿轮法兰4.4带动主轴齿轮4.5转动，通过主轴齿轮4.5的啮合传动将动力传递给主轴后轴4.7，进而实现动力输出。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种具有快速变桨功能的主轴分段式风力发电机，其特征在于，主要包括叶轮装置、变桨装置、机架装置和主轴装置；叶轮装置安装在主轴装置的前端，主轴装置的后端固定在机架装置的内部，变桨装置套装在叶轮装置、主轴装置及机架装置上；所述变桨装置采用连杆式，并且配有有独立电机驱动；所述主轴装置为分段式设计，段之间啮合连接并实现传动。
2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述叶轮装置包括轮毂前片、叶片轴套、轮毂后片、轮毂法兰、叶片拨杆和叶片，轮毂前片和轮毂后片对接后由螺栓紧固连接，二者中间均设有大通孔以允许主轴通过，在大通孔周围设有小螺栓通孔用以紧固连接；轮毂前片和轮毂后片两者前后配合将轮毂法兰和叶片轴套夹在中间，轮毂法兰置于轮毂前片和轮毂后片之间，且和轮毂前片之间通过螺栓固连，轮毂法兰外边缘设有缺口分别与叶片根部对应配合，其中间通孔设有键槽用以与主轴前轴配合；叶片轴套与轮毂前片和轮毂后片对接后形成的腔体配合并安装在其内；叶片拨杆上设有大孔和小孔，通过大孔套装在叶片上，叶片能在叶片轴套中自由转动，小孔与变桨三角架末端铰接，变桨三角架能带动叶片在叶片轴套中旋转；整个叶轮装置通过轮毂法兰与主轴前轴的连接安装在主轴前轴上。
3.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述变桨装置包括变桨电机、变桨滑套、变桨拉杆和变桨三角架，变桨电机上设有安装孔，通过该孔安装在机架装置上的电机安装座上；变桨电机自带减速装置，其输出轴直接与变桨拉杆连接，变桨拉杆共有四个关节，形成曲柄滑块机构，在起到滑块作用的最长杆两端上套装两个变桨滑套，变桨滑套外圈与主轴前轴内腔配合起到支撑变桨拉杆的作用，变桨拉杆最长杆穿过主轴前轴内孔并可进行伸缩运动；变桨三角架呈三角式，中心开有安装孔并与变桨拉杆末端连接，变桨三角架末端与叶片拨杆铰接从而带动叶片转动。
4.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述机架装置包括轮廓支架、电机安装座、主轴前轴安装法兰和主轴后轴安装法兰，轮廓支架起到整体支撑的作用；电机安装座用来安装变桨电机，整体呈直角片状，上面开有用以通过变桨拉杆的通孔，并设有安装变桨电机及连接轮廓支架的安装孔，主轴前轴安装法兰上面开有用以通过主轴前轴支撑的大孔和与轮廓支架配合的连接脚。
5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述主轴装置采用分段式，包括主轴前轴、主轴前轴支撑、主轴后轴、主轴后轴支撑、主轴轴承、主轴齿轮法兰和主轴齿轮，主轴前轴和主轴后轴均为中空形，变桨拉杆从主轴前轴中心通过，主轴前轴两端与变桨滑套配合，主轴前轴和主轴后轴分别由主轴轴承支撑安装在主轴前轴支撑和主轴后轴支撑中，主轴前轴的末端和主轴后轴的前端分别通过两套主轴齿轮法兰和主轴齿轮连接在一起，通过主轴齿轮及主轴齿轮法兰的啮合将主轴前轴的动力传递给主轴后轴。
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