CN108869177B - 风机安全运行控制装置及包含该装置的风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风机安全运行控制装置，其包括飞杆同步变桨机构和与该飞杆同步变桨机构联动的主动停机操纵机构，该飞杆同步变桨机构构造成随风力被动控制风机叶片转速，该主动停机操纵机构构造成在风机叶片转速过高时主动操纵该飞杆同步变桨机构改变风机叶片桨距以实现停机。在本发明中，飞杆同步变桨机构作为叶片转速被动控制机构，其能够随风力大小自动将风机叶片的转速调节在预定范围内，主动停机操纵机构作为叶片转速主动控制装置，其能够在飞杆同步变桨机构出现转速控制异常时主动操纵飞杆同步变桨机构动作，通过主动变桨来使得风机停机。

Description

风机安全运行控制装置及包含该装置的风机

技术领域

本发明涉及中小型风机，尤其涉及一种风机安全运行控制装置及包含该风机安全运行控制装置的风机。

背景技术

在现有技术中，中小型风机在野外运行时会遇到各种各样不同级别的风力，为了保障安全运行，需要中小型风机自行根据风力调整转速以稳定进行电力输出，同时避免转速过高而毁坏整个机器。

目前市场上针对中小型风机存在如下几种变桨技术：主动变桨距风机、定桨距风机、被动变桨技术。然而，主动变桨距风机虽然技术水平比较高，但造价和维护成本也很高，其在国内市场根本无法推广；而定桨距风机的叶轮结构虽然较为简单，但它需要增设其它的附属结构来限度风机的在大风情况下的功率及转速，否则折尾的风力机就会损失一部分大风时的能量，风机产能下降，同时也会导致叶轮斜向对风，每个叶片工况统一性极差，必导致整机额外的不稳定。

关于被动变桨技术，本公司提出了一种飞杆同步变桨距机构（专利号ZL200820117107.4），该机构中的利用飞杆离心这部分机构独立于电控系统，在机械上就能够有效地控制小型风力矩的转速，即在飞杆离心力的作用下，同步盘通过飞杆调整桨距，并让风机在转速限定值以内安全运行。但在长期使用之后，由于各种磨损，特别是风机叶片法兰和风机叶片轴之间的磨损，会导致上述整个机构不再反应灵敏，即很可能会在环境风力很大且风机转速远远超过转速限定值运行，这种状态持续下去会破坏整个风机。

另外，除了专利号ZL 200820117107.4提及的飞杆离心式被动变桨距技术，被动变桨距技术还涵盖叶片离心式、风压式和叶片柔性可变桨失速形式等等。然而，叶片离心式会导致叶片直径加大，机组运行时会出现更多的不稳定性因素；风压式由于空气的粘性及湍流等现象可以导致叶片扫风面积区域风压分布并不均匀，进而也是恶化了风机正常的工况；叶片柔性化虽是较为先进的技术，但由于叶片材质引雷电问题一般安装高度受限，叶片疲劳需要被充分考虑，产品生产工艺极为严格苛刻，结合生产成本使得类似产品推广比较困难。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种能够根据风力大小控制风机转速并能够在转速异常时紧急停机的风机转速安全控制装置是有利的。

为此，本发明提供一种风机安全运行控制装置，其包括飞杆同步变桨机构和与该飞杆同步变桨机构联动的主动停机操纵机构，该飞杆同步变桨机构构造成随风力被动控制风机叶片转速，该主动停机操纵机构构造成在风机叶片转速过高时主动操纵该飞杆同步变桨机构改变风机叶片桨距以实现停机。

在本发明中，飞杆同步变桨机构作为叶片转速被动控制机构，其能够随风力大小自动将风机叶片的转速调节在预定范围内，主动停机操纵机构作为叶片转速主动控制装置，其能够在飞杆同步变桨机构出现转速控制异常时主动操纵飞杆同步变桨机构动作，通过主动变桨来使得风机停机。

具体地，飞杆同步变桨机构包括支撑单元、同步移动单元以及多个变桨单元，该支撑单元包括与风机轮毂同轴连接的同步导向焊合以及套装于该同步导向焊合上的同步滑套，该同步移动单元包括套装于同步滑套上的同步盘以及位于同步盘和风机轮毂之间的调速簧，每个变桨单元都包括同步拉杆和位于风机叶片法兰上的飞杆，同步拉杆的一端与风机叶片法兰连接另一端与同步盘连接；上述主动停机操纵机构包括变桨拉杆，该变桨拉杆设置成穿过风机轮毂安装并受动力驱动；其中，变桨拉杆与同步滑套借助于销轴固定在一起。

通过上述结构，在风力产生变化时，风机叶片的转速会产生变化，这自然带来飞杆所产生的偏斜离心力的变化，飞杆借助于偏斜离心力带动风机叶片法兰相对风机叶片轴转动，从而在同步拉杆的带动下使得同步盘在同步滑套上滑动，最终使得调速簧的反弹力和偏斜离心力给予调速簧的离心驱动力之间达成平衡。

进一步具体地，上述同步滑套具有滑动台肩，同步导向焊合具有固定于风机轮毂上的导向台肩，同步盘和调速簧位于该滑动台肩和该导向台肩之间。

通过上述结构设置，同步盘可滑动地位于同步滑套的滑动台肩和调速簧之间，调速簧可伸缩地位于同步盘和同步导向焊合的导向台肩上，从而当来自飞杆的离心驱动力带动同步盘在同步滑套上移动时，调速簧在同步盘和该导向台肩之间受到压缩或释放压缩。

进一步具体地，上述风机叶片法兰经由滚针轴承组和双向推力轴承可转动地连接在固定至风机轮毂上的风机叶片轴上，其中，滚针轴承组包括根部滚针轴承和端部滚针轴承，在风机叶片法兰、根部滚针轴承、端部滚针轴承、双向推力轴承以及风机叶片轴之间形成有多个构成储油室的腔体。

通过上述结构设置，根部滚针轴承和端部滚针轴承承担叶片的挥舞及挥摆弯矩，双向推力轴承承担叶片的离心力，针对性地为叶片载荷选择了合理的轴承配置；多个储油室为该部分机构提供了良好的润滑，使得轴承寿命最大化。

进一步具体地，上述同步拉杆和同步盘之间通过关节轴承连接，在同步盘和该关节轴承之间装设有间隔套，在同步拉杆和该关节轴承之间也装设有间隔套，这些间隔套在朝向该关节轴承的一端设置成末端小的锥形结构从而避免防碍同步拉杆的转动。

通过设置上述间隔套，为同步拉杆在飞杆的离心驱动力作用下被风机叶片法兰带动的转动提供了旋转空间，即不会防碍同步拉杆的转动。

再进一步具体地，上述同步盘上设置有安装孔，同步盘和关节轴承之间的间隔套插接于该安装孔内。

该插接配合结构强化了对关节轴承的支撑，以便调整间隔套长短，使得关节轴承的使用条件更为合理，进一步保障关节轴承的使用寿命。

另外，本发明还提供一种风机，其具有上述的风机安全运行控制装置。

通过参考下面所描述的实施方式，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施方式的风机转速安全控制装置的外部结构立体示意图；

图2是图1所示风机转速安全控制装置从风机轮毂的轴心看过去的平面视图；

图3是图2所示风机转速安全控制装置的局部剖视图；

图4是类似于图3的视图，但为了更加清楚地展示结构，在该图中去掉了对称的一部分结构，同时展示了关节轴承处的内部结构；

图5是图4中间隔套的放大视图。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

根据本发明的一个优选实施方式的风机安全运行控制装置包括飞杆同步变桨机构和与该飞杆同步变桨机构联动的主动停机操纵机构，该飞杆同步变桨机构构造成随风力被动控制风机叶片转速，该主动停机操纵机构构造成在风机叶片转速过高时主动操纵该飞杆同步变桨机构改变风机叶片桨距以实现停机。

如图1至图4所示，飞杆同步变桨机构包括支撑单元、同步移动单元以及多个变桨单元，该支撑单元包括与风机轮毂10同轴连接的同步导向焊合12以及套装于该同步导向焊合12上的同步滑套14，该同步移动单元包括套装于同步滑套14上的同步盘20以及位于同步盘20和风机轮毂14之间的调速簧22，每个变桨单元都包括位于风机叶片法兰40上的飞杆30和同步拉杆32，同步拉杆32的一端与风机叶片法兰40连接另一端与同步盘20连接；主动停机操纵机构包括变桨拉杆50，该变桨拉杆50设置成穿过风机轮毂10安装并受动力驱动；其中，变桨拉杆50与同步滑套14通过销轴52固定在一起。

需要说明的是，如图3所清楚显示的，风机轮毂10上固定有风机叶片轴41，风机叶片法兰40经由根部滚针轴承42、端部滚针轴承44以及双向推力轴承46可转动地连接在风机叶片轴41上，其中，在风机叶片法兰40、根部滚针轴承42、端部滚针轴承44、双向推力轴承46以及风机叶片轴41之间形成有多个构成储油室48的腔体。另外，在风机叶片法兰40的外侧设置有注油口45和出油口47。

如图4所示，并参考图3，同步滑套14具有滑动台肩140，同步导向焊合12具有固定于风机轮毂10上的导向台肩120，同步盘20和调速簧22位于该滑动台肩140和该导向台肩120之间。也就是说，同步盘20被限位在同步滑套14和调速簧22之间，调速簧22被限位在同步盘20和同步导向焊合12的导向台肩120之间。

再如图3和图4所示，同步拉杆32的一端和同步盘20之间通过关节轴承60连接。如图4所示，并参考图5，在同步盘20和该关节轴承60之间装设有间隔套62，在同步拉杆32和该关节轴承60之间也装设有间隔套64，这些间隔套在朝向该关节轴承60的一端都设置成末端小的锥形结构63，从而避免防碍同步拉杆32的转动。

应当理解的是，同步拉杆32的另一端和风机叶片法兰40之间也是通过关节轴承60连接，在关节轴承60的两端也安装有间隔套以避免直接安装销钉66所带来的对同步拉杆32活动范围的限制。

再如图4所示，同步盘20上设置有安装孔202，同步盘20和关节轴承60之间的间隔套62插接于该安装孔202内。

另外，如图3所示，在本实施方式中，风机转速安全控制装置还设置有导流罩70、调速簧保护套220和关节轴承保护套600。其中导流罩70外形呈现水滴形，其能够最大限度地降低风阻，其空间尺寸设置成尽量包含大部分的上述变桨用的结构，能有效抵抗外界对冲的风沙和紫外线，尤其是对密封防尘的橡胶器件的保护，例如调速簧保护套220和关节轴承保护套600等。

应当理解的是，在本实施方式中，主动停机操纵机构的变桨拉杆50是靠动力来拉动的，这个动力的来源并非本发明的重点，因而在此不作展开。本发明的核心在于提供了一种被动变桨和主动停机相结合的结构，使得在飞杆同步变桨机构没有出现故障的情况下，完全靠飞杆同步变桨机构来借助于风力被动实现变桨，以此来实现对风机叶片43（通过风机叶片法兰40安装在风机叶片轴41上）转速的控制；而当飞杆同步变桨机构出现故障，例如由于风机叶片法兰和风机叶片轴之间的轴承经过长期使用出现较大磨损，影响了飞杆同步变桨机构被动变桨的效果，致使风机叶片转速居高不下，在这种情况下，动力会输入到变桨拉杆50来主动对风机叶片进行变桨，来实现停机操作。

下面首先对飞杆同步变桨机构的工作过程简要描述如下:

飞杆30在旋转过程中产生偏斜离心力，带动风机叶片法兰40通过根部滚针轴承42、端部滚针轴承44以及双向推力轴承46来绕着风机叶片轴41旋转，同时也通过关节轴承60带动同步拉杆32，这些结构构成一个变桨单元，风机的每一幅风机叶片43配套一组变桨单元，每一个变桨单元最终都通过同步拉杆32和关节轴承60连接同步盘20；来自飞杆30的离心驱动力进而拉动同步盘20在同步滑套14上滑动，同步盘20压缩调速簧22，使得飞杆30的离心驱动力在调速簧22压缩过程中达到平衡。不同转速下，对应着调速簧22的不同位移，对应着风机叶片法兰40的不同角度（即不同的叶片安装角度）。

其次，结合飞杆同步变桨机构的结构简易描述一下主动停机操纵机构的动作过程：

当风机内部感测到飞杆同步变桨机构已失效，例如由于轴承的磨损而无法实现将风机叶片控制在预设转速以内时，会有动力输入到变桨拉杆50，使得变桨拉杆50向后拉动销轴52，销轴52带动同步滑套14在同步导向焊合12上滑动，同步滑套14带动同步盘20，同步盘20作用到每一个变桨单元，即通过同步盘20作用到关节轴承60和同步拉杆32（同步盘20同时也会作用到调速簧22，调速簧22会适量储存传递过来的部分能量，可以起到复位辅助作用），同步拉杆32另一端也通过关节轴承60作用到风机叶片法兰40，风机叶片法兰40带动风机叶片43绕风机叶片轴41旋转，该旋转副是通过根部滚针轴承42、端部滚针轴承44和双向推力轴承46衔接实现；输入到变桨拉杆50的大部份能量储存到调速簧22内起到复位辅助作用，小部份能量克服阻力实现风机叶片法兰40和风机叶片43的安装角度变化，进而实现在切出风速时（即风速过高时）风机机组安全停机保护的一项功能。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种具有上述风机联动停机装置的风机。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (6)

1.一种风机安全运行控制装置，其特征在于包括飞杆同步变桨机构和与该飞杆同步变桨机构联动的主动停机操纵机构，该飞杆同步变桨机构构造成随风力被动控制风机叶片转速，该主动停机操纵机构构造成在风机叶片转速过高时主动操纵该飞杆同步变桨机构改变风机叶片桨距以实现停机，其中，所述飞杆同步变桨机构包括支撑单元、同步移动单元以及多个变桨单元，该支撑单元包括与风机轮毂同轴连接的同步导向焊合以及套装于该同步导向焊合上的同步滑套，该同步移动单元包括套装于同步滑套上的同步盘以及位于同步盘和风机轮毂之间的调速簧，每个变桨单元都包括同步拉杆和位于风机叶片法兰上的飞杆，同步拉杆的一端与风机叶片法兰连接另一端与同步盘连接；所述主动停机操纵机构包括变桨拉杆，该变桨拉杆设置成穿过风机轮毂安装并受动力驱动；其中，所述变桨拉杆与所述同步滑套借助于销轴固定在一起。

2.根据权利要求1所述的风机安全运行控制装置，其特征在于，所述同步滑套具有滑动台肩，所述同步导向焊合具有固定于所述风机轮毂上的导向台肩，所述同步盘和所述调速簧位于该滑动台肩和该导向台肩之间。

3.根据权利要求1所述的风机安全运行控制装置，其特征在于，所述风机叶片法兰经由滚针轴承组和双向推力轴承可转动地连接在固定至所述风机轮毂上的风机叶片轴上，其中，滚针轴承组包括根部滚针轴承和端部滚针轴承，在所述风机叶片法兰、根部滚针轴承、端部滚针轴承、双向推力轴承以及风机叶片轴之间形成有多个构成储油室的腔体。

4.根据权利要求1所述的风机安全运行控制装置，其特征在于，所述同步拉杆和所述同步盘之间通过关节轴承连接，在所述同步盘和该关节轴承之间装设有间隔套，在所述同步拉杆和该关节轴承之间也装设有间隔套，这些间隔套在朝向该关节轴承的一端设置成末端小的锥形结构从而避免妨碍所述同步拉杆的转动。

5.根据权利要求4所述的风机安全运行控制装置，其特征在于，所述同步盘上设置有安装孔，所述同步盘和所述关节轴承之间的所述间隔套插接于该安装孔内。

6.一种风机，其具有根据权利要求1至5任一项所述的风机安全运行控制装置。