CN106640519A - 机械式自动变矩风机 - Google Patents

机械式自动变矩风机 Download PDF

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CN106640519A CN201610914161.0A CN201610914161A CN106640519A CN 106640519 A CN106640519 A CN 106640519A CN 201610914161 A CN201610914161 A CN 201610914161A CN 106640519 A CN106640519 A CN 106640519A
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Abstract

本发明公开了一种机械式自动变矩风机,主要包括叶片(18),机壳(6),左右端盖(10、1),风机轴(2),机壳(6)上有一组圆柱形凸台(6c),其上连接有装有平面轴承(14)和轴套(15)的平面轴承座(6a),叶片轴(16)自机壳(6)内腔穿过平面轴承(14)中心通孔及轴套(15)与叶片(18)连接,叶片轴(16)底端固定偏心摇臂(13),左端盖(10)内壁固定离心摇架座(9),并在其轻臂顶端铰接滚轮(12),风机轴(2)上套有滑套(7)、回位弹簧(4),叶片轴(16)上套有扭弹簧(19),两个弹簧的弹力使偏心摇臂(13)一端与滑套(7)右端大头右端面接触,左端小头左端面与滚轮(12)接触。在风力大小变化时,本发明能自动转动叶片轴(16),调整叶片(18)转矩,稳定转速。

Description

机械式自动变矩风机
技术领域:
本发明涉及一种利用风能的风机,尤其是能自动变矩的风机。
背景技术:
风能作为一种可再生能源越来越受到重视。但是,风力大小变化无常,给风机的稳定工作带来了困难。因此,能根据风力大小自动调整风机叶片输出转矩的技术应运而生。但现有的自动调整叶片转矩的风机,有采用电脑控制的,电磁控制的,即便是机械式的,如专利号为 90101941.0 名称为一种机械式浆叶变矩器的发明专利,采用行星齿轮差动控制变矩装置,结构十分复杂,增加了风机的制造、维修成本。
发明内容:
本发明的目的是提供一种机械式自动变矩风机,能根据风力大小自动
调整叶片的输出转矩,使风机稳定工作,且结构简单,制造、维修成本相对较低。
为此,本发明提出的技术解决方案是,一种机械式自动变矩风机,主要包括风机轴及连接在风机轴左端的靠背轮,叶片,机壳及其左右端盖,穿套在左右端盖中的风机轴与至少一个端盖的中心通孔之间有平键连接,机壳偏右部位的圆周上均匀分布一组向外凸起的有中心通孔的圆柱形凸台,各个圆柱形凸台的中心线位于与风机轴垂直的同一平面上,圆柱形凸台的数目与风机叶片的数目相同,每个圆柱形凸台上均覆盖并连接一个圆盘状的平面轴承座,平面轴承座面向机壳内腔的一面有一个圆柱形凸起插在机壳圆柱形凸台的中心通孔内,该圆柱形凸起的外径小于平面轴承座圆盘部分的直径,平面轴承座内有一个阶梯形中心通孔,即圆柱形凸起部分与机壳内腔连通的开口直径大而圆盘部分与外部连通的通孔直径小,所以平面轴承座内有一个凹坑和环形平台,每个凹坑的环形平台上均放置一个有中心通孔的平面轴承,且平面轴承的高度大于凹坑的深度,平面轴承座圆盘部分直径较小的通孔内静配合置有一个中空的轴套。中底部位有个圆环形凸肩的叶片轴自机壳内腔穿过各自平面轴承的中心通孔及轴套外露于各自的平面轴承座外面,叶片轴与轴套为动配合,叶片轴的圆环形凸肩面向平面轴承的那个端面与平面轴承的端面接触,其直径与平面轴承的直径相同。叶片轴的底端套一个氏条形的轴孔偏向一端的偏心摇臂,其两端均为圆弧,并由摇臂销钉将偏心摇臂与叶片轴连接成一体。在左端盖内壁上以风机轴轴线为中心对称地均匀固定至少一对离心摇架座,每个离心摇架座上均铰接一个曲尺形的离心摇架,每个离心摇架重量较轻的这一臂的顶端铰接一个滚轮。一个哑铃状的空心滑套空套在风机轴上,其右端圆盘直径较大的为大头,左端圆盘直径较小的为小头。在滑套大头右端面与右端盖内壁之间的风机轴上套有回位弹簧。外露于轴承座外的叶片轴顶部由叶片销钉将各个叶片与各自的叶片轴连接成一体,且叶片的迎风面与其同轴的偏心摇臂的中心平面垂直,该偏心摇臂中心平面与叶片轴的轴线重合。在每个叶片的底端与平面轴承座顶面之间的叶片轴上套有扭弹簧,各个扭弹簧一端连接在各自叶片的小通孔中,另一端则插在平面轴承座顶面小孔中。在叶片静止状态下,回位弹簧的弹力使滑套小头左端面与各个滚轮接触,并使离心摇架重量较轻的这一臂处在与风机轴垂直的位置,而重量较重的这一臂则处在与风机轴平行的位置。同样,在叶片静止状态下,扭弹簧的弹力使偏心摇臂离叶片轴较远的一端与滑套大头右端面接触,偏心摇臂与叶片轴轴线重合的那个中心平面与风机轴的轴线之间的夹角为 α,α 的范阳为 20°~ 70°。
由上可见,本发明的结构主要有机壳及其端盖、风机轴、叶片,变矩装置有离心摇架及其滚轮、滑套和回位弹簧、偏心摇臂和扭弹簧等。能根据风力大小自动转动风机轴,调整叶片的有效迎风面,改变叶片的输出转矩,稳定风机的转速。本发明结构简单,工作可靠,制造和维修成本相对较低。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明:图 1 是本发明的剖视结构示意图。
图 2 是图 1 中只限风机轴 2、滑套 7、偏心摇臂 13、叶片轴 16 部分的俯视图。图 3 是应用本发明的风机及发电机组的结构示意图。
具体实施方式:实施例 1 如图 1 至图 3 所示。卧式的圆筒形机壳 6 两端分别连接左端盖 10 和右端盖 1,各由一组端盖连接螺钉 5 连接成一体。左、右端盖 10、1 中央均有向外凸起的有中心通孔的圆柱形平台,两个端盖中心通孔同轴线。左端连接有靠背轮 11 的风机轴 2 穿套在左、右端盖 10、1 中的中心通孔中可以自由转动,如图 1 所示,两个端盖的中心通孔处均有平键 3 将风机轴 2 与左、右端盖 10、1 相互连接,但也可以只有一个端盖有平键 3 连接。机壳 6 偏右部位均匀分布一组向外凸起的有中心通孔的圆柱形凸台 6c,各个圆柱形凸台 6c 的中心线位于与风机轴 2 垂直的同一个平面上,圆柱形凸台 6c 数目马风机叶片 18 的数目相同,实施例 1 为 4 叶,但也可以是 3 叶或更多叶。每个圆柱形凸台 6e 上均覆盖并由一组平面轴承座连接螺钉 6b 连接一个圆盘状平面轴承座 6a,平面轴承座 6a 面向机壳 6 内腔的一面有一个圆柱形凸起插在机壳 6 圆柱形凸台 6c 的中心通孔内,该圆柱形凸起的外径明显小于平面轴承座 6a 圆盘部分的直径,平面轴承座 6a 内有一个阶梯形的中心通孔,即圆柱形凸起部分与机壳 6 内腔连通的开口直径大,而圆盘部分与外部连通的通孔直径小,所以每个平面轴承座 6a 内都有一个凹坑和环形平台,每个凹坑的环形平台上均放置一个有中心通孔的平面轴承 14,且平面轴承 14 的高度略大于凹坑的深度,而平面轴承座 6a 圆盘部分直径较小的通孔中静配合置有一个中空的轴套 15。中底部位有个圆环形凸肩 16a 的叶片轴 16 自机壳 6 内腔穿过各自的平面轴承 14 的中心通孔及轴套 15 外露于各自的平面轴承座 6a 外面,叶片轴16 与轴套 15 为动配合。圆环形凸肩 16a 面向平面轴承 14 的那个端面与平面轴承 14的端面接触,其直径则与平面轴承 14 的直径相同。叶片轴 16 底端套一个长条形的轴孔偏向一端的偏心摇臂 13,其两端均为圆弧,并由摇臂销钉 20 将偏心摇臂 13 与叶片轴16 迮接成一体。在左端盖 10 内壁适当直径的圆周上,也就是略大于左端盖 10 二分之一直径部位的圆周上,以风机轴 2 轴线为中心对称地均匀固定至少一对离心摇架座 9,一般也是用连接螺钉连接在左端盖 10 的内壁上。每个离心摇架座 9 均铰接一个曲尺形的离心摇架 8,离心摇架 8 重量较轻的这一臂的顶端又铰接一个滚轮 12。实施例 1 如图 1所示,离心摇架座 9 为一对,但也可以是 2 对、3 对甚至更多对。一个哑铃状的空心滑套7 空套在风机轴 2 上,其右端圆盘直径较大的为大头,而左端圆盘直径较小的为小头。在滑套 7 大头右端面与右端盖 1 内壁之间的风机轴 2 上套有回位弹簧 4,在叶片 18 静止状态下,回位弹簧 4 的弹力使滑套 7 小头左端面与滚轮 12 接触,并使离心摇架 8 重量较轻的这一臂处在与风机轴 2 垂直的位置,而重量较重的这一臂处在与风机轴 2 平行的位置。外露于平面轴承座 6a 外的叶片轴 16 顶部由叶片销钉 17 将各个叶片 18 与各自的叶片轴 16 连接成一体,每个叶片 18 上至少有 2 个叶片销钉 17,且叶片 18 与偏心摇臂 13 相互有位置关系,如图 2 所示,叶片 18 的迎风面 B 与其同轴的偏心摇臂 13中心平面 P 垂直。摇臂 13 在厚度上也有个中心平面,但中心平面 P 是与叶片轴 16 轴线重合的那个中心平面;所谓叶片 18 的迎风面 B,就是叶片 18 曲面的最大投影面,也就是叶片 18 中两条边线所在的平面。在每个叶片 18 底端与平面轴承座 6a 顶面之间的叶片轴 16 上套有扭弹簧 19,各个扭弹簧 19 一端连接在各自叶片 18 底部的小通孔中,而另一端则插在各自的平面轴承座 6a 顶面的小孔中。在叶片 18 静止状态下,扭弹簧 19的弹力使偏心摇臂 13 离叶片轴 16 较远的一端与滑套 7 大头右端面接触,偏心摇臂 13中心平面 P 与风机轴 2 轴线之间的夹角 α 为 45°。
实施例 2 与实施例 1 的区别是,在叶片 18 静止状态下,偏心摇臂中心平面 P与风机轴 2 轴线之间的夹角 α 为 20°,其他均与实施例 1 相同,不再重复。实施例 2 的初始 α 比较小,偏心摇臂 13 和叶片 18 可转动范围大,适用于风力大小变动范围较大的场所。
实施例 3 与实施例 1 的区别是,在叶片 18 静止状态下,偏心摇臂 13 中心平面 P 与风机轴 2 轴线之间的夹角 α 为 70°,其他均与实施例 1 相同,不再重复。实施例3 的初始 α 比较大,偏心摇臂 13 与叶片 18 可转动范围小,适用于风力大小变化范围较小的场所。 本发明是这样工作的:应用本发明的风电机组如图 3 所示,与发电机 30 机壳连成一体的立轴 32 安装在塔架 ( 末画 ) 中可以转动,在风力作用下,连接在发电机 30机壳左端的燕尾舵 31 使风机的机头对准风向,叶片 18 旋转,机壳 6、左右端盖 10、1 同步旋转,通过平键 3 带动风机轴 2 同步转动,经靠背轮 11 带动发电机 30 工作。
当风力驱动叶片 18 旋转时:
机壳 6 和离心摇架 8 同步转动,在离心力作用下,离心摇架 8 克服回位弹簧 4 与扭弹簧 19 的阻力推动滑套 7 向右移,当离心摇架 8 的离心力与回位弹簧 4 及扭弹簧19 的弹力平衡时,滑套 7 不再移动,叶片 18 在该平衡转速下工作。改变回位弹簧 4 的刚度,就能调整叶片 18 的平衡转速。当风力增大时,叶片 18 产生的转矩增加,转速升高,离心摇架 8 的离心力增加,滑套 7 再向右移,如图 2 所示,偏心摇臂 13 与叶片 18 逆时针转动,叶片 18 有效迎风面减小,叶片 18 产生的转矩减小,转速下降,直至离心摇架8 的离心力与回位弹簧 4 及扭弹簧 19 的弹力重新平衡,偏心摇臂 13 与叶片 18 不再转动,叶片 18 又恢复到原来的平衡转速。当风力减小时,叶片 18 产生的转矩减小,叶片18 转速下降,离心摇架 8 的离心力减小,滑套 7 左移,偏心摇臂 13 和叶片 18 顺时针转动,叶片 18 的有效迎风面增加,叶片 18 产生的转矩增大 . 叶片 18 转速增加,离心摇架 8 的离心力增加,直至离心摇架 8 的离心力与回位弹簧 4 及扭弹簧 19 的弹力重新平衡,偏心摇臂 13 与叶片 18 不再转动,叶片 18 恢复到原来的平衡转速。
由此可见,无论风力大小如何变化,本发明均能自动转动叶片轴 16,调整叶片 18产生的转矩,稳定叶片 18 的转速,从而保证风电机组稳定工作。

Claims (1)

1.一种机械式自动变矩风机,主要包括风机轴及连接在风机轴左端的靠背轮,叶片,机壳及其左右端盖,其特征是:穿套在左端盖 (10) 与右端盖 (1) 中的风机轴 (2) 与至少一个端盖的中心通孔之间有平键 (3) 连接;所述机壳 (6) 偏右部位均匀分布一组向外凸起的有中心通孔的圆柱形凸台 (6c),各个圆柱形凸台 (6c) 的中心线位于与风机轴 (2)垂直的同一个平面上,圆柱形凸台 (6c) 的数目与风机叶片 (18) 的数目相同,每个圆柱形凸台 (6c) 上均覆盖并连接一个圆盘状的平面轴承座 (6a),平面轴承座 (6a) 面向机壳 (6) 内腔的一面有一个圆柱形凸起插在圆柱形凸台 (6c) 的中心通孔内,该圆柱形凸起的外径小于平面轴承座 (6a) 圆盘部分的直径,平面轴承座 (6a) 内有一个阶梯形中心通孔,即圆柱形凸起部分与机壳 (6) 内腔连通的开口直径大而圆盘部分与外部连通的通孔直径小,所以平面轴承座 (6a) 内有一个凹坑和环形平台,每个凹坑的环形平台上均放置一个有中心通孔的平面轴承(14),且平面轴承 (14) 的高度大于凹坑的深度,而平面轴承座 (6a) 圆盘部分直径较小的通孔内静配合的置有一个中空的轴套 (15) ;中底部位有个圆环形凸肩 (16a) 昀叶片轴 (16) 自机壳 (6) 内腔穿过各自的平面轴承 (14) 的中心通孔及轴套 (15) 外露于各自的平面轴承
(6a) 外面,叶片轴 (16) 与轴套 (15) 为动配合,叶片轴 (16) 上圆柱形凸肩(16a) 面向平面轴承 (14) 的那个端面与平面轴承 (14) 的端面接触,其直径则与平面轴承 (14) 的直径相同,叶片轴 (16) 底端套一个长条形的轴孔偏向一端的偏心摇臂 (13),其两端均为圆弧,并由摇臂销钉 (20) 将偏心摇臂 (13) 与叶片轴 (16) 连接成一体;在左端盖 (10) 内壁上以风机轴 (2) 轴线为中心对称地均匀固定至少一对离心摇架座(9),每个离心摇架座 (9) 上均铰接一个曲尺形的离心摇架 (8),离心摇架 (8) 重量较轻的这一臂的顶端铰接一个滚轮 (12) ;一个哑铃状的空心滑套 (7) 空套在风机轴 (2)上,其右端圆盘直径较大的为大头,左端圆盘直径较小的为小头;在滑套 (7) 大头右端面与右端盖 (1) 内壁之间的风机轴 (2) 上套有回位弹簧 (4) ;外露于平面轴承座 (6a)外的叶片轴 (16) 顶部由叶片销钉 (17) 将各个叶片 (18) 与各自的叶片轴 (16) 连接成一体,且叶片 (18) 的迎风面 B 与其同轴的偏心摇臂 (13) 中心平面 P 垂直 . 该中心平面 P 与叶片轴 (16) 的轴线重合;在每个叶片 (18) 底端与平面轴承(6a) 顶面之间的叶片轴 (16) 上套有扭弹簧 (19),各个扭弹簧 (19) 一端连接在各自叶片(18) 的小通孔中,而另一端则插在各自的平面轴承座 (6a) 顶面的小孔中;在叶片 (18) 静止状态下,回位弹簧 (4) 的弹力使滑套 (7) 小头左端面与各个滚轮 (12) 接触,并使离心摇架 (8)重量较轻的这一臂处在与风机轴 (2) 垂直的位置,而重量较重的这一臂则处在与风机轴(2) 平行的位置;同样,在叶片 (18) 静止状态下,扭弹簧 (19) 的弹力使偏心摇臂 (13)离叶片轴 (16) 较远的一端与滑套 (7) 大头右端面接触,而偏心摇臂 (13) 与叶片轴(16) 轴线重合的那个中心平面 P 与风机轴 (2) 轴线之间的夹角为 α,α 的范围为 20°~ 70°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106968888A (zh) * 2017-06-05 2017-07-21 湘潭大学 一种小型风力机变桨装置
CN108590960A (zh) * 2018-04-02 2018-09-28 深圳市贝优通新能源技术开发有限公司 一种具有蓄电池清洗和叶片调节功能的风力发电设备

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