CN106499576A - 低风速自变桨距风力发电机叶轮和低风速自变桨距风力发电机 - Google Patents

低风速自变桨距风力发电机叶轮和低风速自变桨距风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其包括：叶轮盘、叶轮辐轴、变桨控制机构和叶片等。其特征在于在叶轮盘外圆周均佈若干叶轮辐轴，叶轮辐轴外端有变桨控制机构，变桨距控制机构外端连接叶片。所述变桨控制机构是在叶轮辐轴外端轴上依次有桨距角定位轴套，变桨控制轴套和轴向定位轴套组成的，叶片根部有叶片轴孔，变桨控制机构整体装入叶片轴孔中，其中变桨控制轴套与叶片固定在一起，使叶片与变桨控制轴套绕叶轮辐轴在变桨控制机构设定的桨距角变动范围内能同步转动，调整桨距角。本发明低风速自变桨距风力发电机叶轮在低风速区间起动和运行性能好，本发明还公开了一种低风速自变桨距风力发电机。

Description

低风速自变桨距风力发电机叶轮和低风速自变桨距风力发 电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机叶轮，尤其是一种低风速自变桨距风力发电机叶轮和低风速自变桨距风力发电机叶轮。
背景技术
目前，风力发电机叶轮主要有定桨距和变桨距两种结构形式。定桨距风力发电机叶轮叶片桨距角固定安装，不能调整变动。在低风速时起动和运行性能不好。
变桨距风力发电机叶轮叶片桨距角可以调整变动，在风速超额定风速时，使叶片顺桨变桨，叶片受空气阻力增大使叶轮转速变慢或停机，以避免飞车现象发生。顺桨变桨并没有改变这种变桨距风力发电机叶轮在低风速区间起动和运行性能。
发明内容
为了解决上述定桨距和变桨距风力发电机叶轮存在的在低风速区间起动和运行性能差的不足，本发明提供一种低风速自变桨距风力发电机叶轮和低风速自变桨距风力发电机。
本发明的技术方案：一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其包括叶轮盘、叶轮辐轴、变桨控制机构和叶片等，其特征在于：在叶轮盘外圆周匀怖若干叶轮辐轴，叶轮辐轴长度为叶轮半径的三分之一至二分之一之间，在叶轮辐轴外端装有变桨控制机构，变桨控制机构外端连接叶片，叶片长度为叶轮半径的三分之二到二分之一之间，叶片弦长与叶片长之比为0.2∶1至0.3∶1之间。
所述变桨控制机构有多种结构形式，本发明给出三种结构形式。
所述变桨控制机构的第一种结构，其特征在于：是在叶轮辐轴外端轴上依次有桨距角定位轴套，桨距角定位轴套用定位销固定在叶轮辐轴上，在桨距角定位轴套外侧有变桨控制轴套，变桨控制轴套能在叶轮辐轴上转动，桨距角定位轴套与变桨控制轴套各自的凸起部分相互嵌入对应的缺口部分中，相互间有设定的适应桨距角变动角度的转动间隙，在变桨控制轴套外侧有轴向定位轴套，轴向定位轴套用定位销固定在叶轮辐轴上。
在叶片根部有叶片轴孔，叶片轴孔的中心位于叶片中弧线上距叶片前缘三分之一弦长处。
所述变桨控制机构整体装入叶片轴孔中，其中变桨控制轴套与叶片轴孔固定在一起，叶片与变桨控制轴套在叶轮辐轴上能同步转动，在变桨控制机构另一侧有密封圈。
所述变桨控制机构第二种结构，其特征在于：在叶轮辐轴外端固定连接外套，外套内一端有浆距角定位轴，桨距角定位轴用销钉固定在外套内，叶片轴一端伸入外套内，并能在外套内转动，另一端连接叶片，叶片轴和桨距角定位轴各自端面凸起部分相互嵌入各自对应的缺口部分中，相互间有适应的桨距角调整角度的转动空隙，在叶片轴中部有轴向定位盘，轴向定位盘用销钉固定在叶片轴上，轴向定位盘外侧有轴向定位套，轴向定位套上的内螺纹与外套连接。
所述变桨控制机构的第三种结构，其特征在于：在叶轮辐轴外端固定连接轴，在轴上装有轴承和轴承，轴承和轴承外圈上有壳体，壳体一端有端盖，壳体另一端为局部凸出的圆弧状，在轴外端有浆距角定位盘，浆距角定位盘用键与轴连接在一起，壳体外端凸出部分与浆距角定位盘径向之间有设定的浆距角调整转动空隙，在壳体外端连接叶片根部法兰，叶片根部法兰外端连接叶片。
本发明的原理在于：变桨控制机构使叶片能在设定的桨距角变动范围内绕叶轮辐轴转动，使叶片作逆桨变桨，自动调整叶片的桨距角。
在低风速起动时，气流作用在叶片的迎风面，由于叶轮辐轴和叶片轴孔中心线及延长线至叶片后缘部分叶片面积大于叶轮辐轴和叶片轴孔中心线及延长线至叶片前缘部分叶片面积，叶片绕叶轮辐轴转动，使叶片桨距角处于变桨控制机构所设定的最大桨距角位置，叶片能获得最大升力，叶轮能在低风速下迅速起动，起动后随着叶轮转速加快，叶轮扫掠平面上气流阻力加大并作用在叶片的背风面，使叶片绕叶轮辐轴转动，开始逆桨变桨，即桨距角由大变小，使叶片在扫掠平面上气流阻力减小，叶片得到较大的升阻比，叶轮能快速运转，据此，叶片根据变化的风速、转速、升力和阻力在变桨距控制机构设定的角度内自动调整叶片桨距角，使叶片始终保持较大的升阻比，叶轮在低风速区间能平稳运行。
叶轮辐轴使叶片高效作功部分力臂加长，在相同气动力下叶轮的转矩增大。
本发明还公开了一种低风速自变桨距风力发电机，其包括叶轮，所述叶轮具体为上述低风速自变桨距风力发电机叶轮。
本发明的有益效果：
1、叶片逆桨变桨在低风速区间起动，叶片处于大桨距角起动具有较大的升力，低风速起动性能好。
2、叶轮能根据变化的风速、转速、升力和阻力自动调整叶片桨距角，使叶轮始终保持较大升阻比，适应在低风速区间运行。
3、叶轮设有叶轮辐轴使叶片高效做功部分力臂长，相同气动力下叶轮转矩大。
4、叶轮实度减小，叶轮及整机风阻小。
附图说明
图1是本发明实施例1整体结构示意图
图2是本发明实施例1中的变桨控制机构及叶片结构示意图
图3是图2的A-A剖视图
图4是本发明实施例1中的变桨控制机构直观示意图
图5是图4的B-B剖视图
图6是本发明实施例1中的变浆控制机构设定最小浆距角时沿B-B剖线剖视图
图7是本发明实施例1中的起动时叶片桨距角示意图
图8是本发明实施例1中的正常运行时叶片桨距角示意图
图9是本发明实施例2和实施例3中的整体结构示意图
图10是本发明实施例2中的变桨控制机构结构图
图11是图10的C-C剖视图
图12为本发明实施例2中的变桨控制机构设定最大桨距角沿C-C剖线剖视图
图13为本发明实施例3中的变桨控制机构结构示意图
图14为图13的D-D剖视图
图中标号说明：
1叶轮盘 2叶轮辐轴 3变桨控制机构 4叶片 5密封圈
6桨距角定位轴套 7变桨控制轴套 8轴向定位轴套
9定位销 10定位销 11叶片轴孔 12销钉 13桨距角定位轴
14外套 15叶片轴 16销钉 17轴向定位盘 18轴向定位套
19轴 20端盖 21轴承 22壳体 23轴承 24键
25桨距角定位盘 26叶片根部法兰
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明
实施例1：
根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其包括叶轮盘1、叶轮辐轴2、变桨控制机构3、叶片4和密封圈5等，其特征在于：在叶轮盘1外圆周匀怖若干叶轮辐轴2，叶轮辐轴2长度为叶轮半径的三分之一至二分之一之间，在叶轮辐轴2外端装有变桨控制机构3，在变桨控制机构3外端连接有叶片4，叶片4长度为叶轮半径的三分之二到二分之一之间，叶片4弦长与叶片4长度之比为0.2∶1至0.3∶1之间。
所述变桨控制机构3是在叶轮辐轴2外端轴上依次有桨距角定位轴套6，桨距角定位轴套6用定位销9固定在叶轮辐轴2上，在桨距角定位轴套6外侧有变桨控制轴套7，变桨控制轴套7能在叶轮辐轴2上转动，桨距角定位轴套6与变桨控制轴套7各自的凸起部分相互嵌入对应的缺口部分中，相互间有设定的适应桨距角变动角度的转动间隙，在变桨控制轴套7外侧有轴向定位轴套8，轴向定位轴套8用定位销10固定在叶轮辐轴2上。
在叶片4根部有叶片轴孔11，叶片轴孔11的中心位于叶片中弧线上距叶片前缘三分之一弦长处。
所述变桨控制机构3整体装入叶片轴孔11中，其中变桨控制轴套7与叶片轴孔11固定在一起，叶片4与变桨控制轴套7在叶轮辐轴2上能同步转动，在变桨控制机构3另一侧有密封圈5。
实施例2：
根据图9、图10、图11和图12所示，本发明一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其特征在于：在叶轮盘1外圆周匀怖若干叶轮辐轴2，叶轮辐轴2长度为叶轮半径的三分之一至二分之一之间，在叶轮辐轴2外端装有变桨控制机构3，变桨控制机构3外端连接叶片4，叶片4长度为叶轮半径的三分之二到二分之一之间，叶片4弦长与叶片4长度之比为0.2∶1至0.3∶1之间。
所述变桨控制机构3是在叶轮辐轴2外端固定连接外套14，外套14内一端有桨距角定位轴13，桨距角定位轴13用销钉12固定在外套14内，叶片轴15一端伸入外套14内，另一端连接叶片4，叶片轴15和桨距角定位轴13各自端面凸起部分相互嵌入各自对应的缺口部分中，相互间有适应的桨距角调整角度的转动空隙，在叶片轴15中部有轴向定位盘17，轴向定位盘17用销钉16固定在叶片轴15上，轴向定位盘17外侧有轴向定位套18，轴向定位套18上的内螺纹与外套14连接。
实施例3：
根据图9、图13、图14所示，本发明一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其特征在于：在叶轮盘1外圆周匀怖若干叶轮辐轴2，叶轮辐轴2长度为叶轮半径的三分之一至二分之一之间，在叶轮辐轴2外端装有变桨控制机构3，变桨控制机3构外端连接叶片，叶片4长度为叶轮半径的三分之二到二分之一之间，叶片4弦长与叶片4长度之比为0.2∶1至0.3∶1之间。
所述变桨控制机构3，是在叶轮辐轴2外端固定连接轴19，在轴19上，装有轴承21和轴承23，轴承21和轴承23外圈上有壳体22，壳体22一端有端盖20，壳体22另一端为局部凸出的圆弧状，在轴19外端有桨距角定位盘25，桨距角定位盘25用键24与轴19连接在一起，壳体22外端凸出部分与桨距角定位盘25径向之间有设定的桨距角调整转动空隙，在壳体22外端连接叶片根部法兰26，叶片根部法兰26外端连接叶片4。
本发明低风速自变桨距风力发电机叶轮的工作过程是：在低风速起动时，气流作用在叶片4的迎风面，由于叶轮辐轴2和叶片轴孔11中心线及延长线至叶片4后缘部分叶片4面积大于叶轮辐轴2和叶片轴孔11中心线及延长线至叶片4前缘部分叶片4面积，叶片4绕叶轮辐轴2转动，使叶片4桨距角处于变桨控制机构3所设定的最大桨距角位置，叶片4能获得最大升力，叶轮能在低风速下迅速起动，起动后随着叶轮转速加快，叶轮扫掠平面上气流阻力加大并作用在叶片4的背风面，使叶片4绕叶轮辐轴2转动，开始逆桨变桨，即桨距角由大变小，使叶片4在扫掠平面上气流阻力减小，叶片4得到较大的升阻比，叶轮能快速运转，据此，叶片4根据变化的风速、转速、升力和阻力在变桨距控制机构3设定的角度内自动调整叶片4桨距角，使叶片4始终保持较大的升阻比，叶轮在低风速区间能平稳运行。
叶轮辐轴2使叶片4高效作功部分力臂加长，在相同气动力下叶轮的转矩增大。
本发明还公开了一种低风速自变桨距风力发电机，其包括叶轮，所述叶轮具体为上述低风速自变桨距风力发电机叶轮，该低风速自变桨距风力发电机其他部份结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，凡在本发明所公怖的原理范围内作任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其包括叶轮盘(1)和叶片(4)等，其特征在于：在叶轮盘(1)外圆周匀怖若干叶轮辐轴(2)，在叶轮辐轴(2)外端装有变桨控制机构(3)，在变桨控制机构(3)外端连接叶片(4)。
2.根据权利要求1、所述的一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其特征在于：所述变桨控制机构(3)是在叶轮辐轴(2)外端轴上依次有桨距角定位轴套(6)，桨距角定位轴套(6)用定位销(9)固定在叶轮辐轴(2)上，在桨距角定位轴套(6)外侧有变桨控制轴套(7)，变桨控制轴套(7)能在叶轮辐轴(2)上转动，桨距角定位轴套(6)与变桨控制轴套(7)各自的凸起部分相互嵌入对应的缺口部分中，相互间有设定的适应桨距角变动角度的转动间隙，在变桨控制轴套(7)外侧有轴向定位轴套(8)，轴向定位轴套(8)用定位销(10)固定在叶轮辐轴(2)上，在叶片(4)根部有叶片轴孔(11)，所述变桨控制机构(3)整体装入叶片轴孔(11)中，其中变桨控制轴套(7)与叶片轴孔(11)固定在一起，使叶片(4)与变桨控制轴套(7)在叶轮辐轴(2)上能同步转动，在变桨控制机构(3)另一侧有密封圈(5)。
3.根据权利要求1所述的一种低风速自变桨力风力发电机叶轮，其特征在于：所述变浆控制机构(3)是在叶轮辐轴(2)外端固定连接外套(14)，外套(14)内一端有浆距角定位轴(13)，浆距角定位轴(13)用销钉(12)固定在外套(14)内，叶片轴(15)一端伸入外套(14)内并能转动，另一端连接叶片(4)，叶片轴(15)和桨距角定位轴(13)各自端面凸起部分相互嵌入各自对应的缺口部分中，相互间有适应桨距角调整角度的转动空隙，在叶片轴(15)中部有轴向定位盘(17)，轴向定位盘(17)用销钉(16)固定在叶片轴(15)上，轴向定位盘(17)外侧有轴向定位套(18)，轴向定位套(18)上的内螺纹与外套(14)连接。
4.根据权利要求1所述的一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其特征在于：所述变桨控制机构(3)，是在叶轮辐轴(2)外端固定连接轴(19)，在轴(19)上装有轴承(21)和轴承(23)，轴承(21)和轴承(23)外圈上有壳体(22)，壳体(22)一端有端盖(20)，壳体(22)另一端为局部凸出的圆弧状，在轴(19)外端有桨距角定位盘(25)，浆距角定位盘(25)用键(24)与轴(19)连接在一起，壳体(22)外端凸出部分与桨距角定位盘(25)径向之间有设定的桨距角调整转动空隙，在壳体(22)外端连接叶片根部法兰(26)，叶片根部法兰(26)外端连接叶片(4)。
5.根据权利要求1所述的一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其特征在于：所述的叶轮辐轴(2)长度为该叶轮半径的三分之一至二分之一之间。
6.根据权利要求1所述的一种低风速自变桨距风力发电机叶轮，其特征在于：所述叶片(4)其长度为该叶片(4)半径的三分之二至二分之一之间，叶片(4)的弦长与该叶片(4)长度之比为0.2∶1至0.3∶1之间。
7.一种低风速自变桨距风力发电机，其包括叶轮，其特征在于：所述的叶轮具体为权利要求1-6任一项所述的低风速自变桨距风力发电机叶轮。
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