CN110425080A - 一种组合式风力发电机叶片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式风力发电机叶片，涉及风力发电设备技术领域，包括旋转座、固定杆、旋转杆、第一偏转风叶、第二偏转风叶、自适应调节机构和偏转调节机构，旋转座固定在垂直风力发电机的转动部件上，第一偏转风叶和第二偏转风叶的一端分别与固定杆一个分支上的旋转杆转动连接，自适应调节机构一端焊接在固定杆的一个分支上，另一端焊接在第一偏转风叶上，偏转调节机构一部分与固定杆连接，另一部分与旋转杆连接。本发明通过自适应调节机构使叶片自动调节从而适应风速波动，通过偏转调节机构调节叶片迎风面积调节叶片受力大小，使风力发电机转速达到额定转速，提高发电效率，两种机构的设置保护了叶片的安全，避免叶片受力过大损坏。

Description

一种组合式风力发电机叶片

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其是涉及一种组合式风力发电机叶片。

背景技术

为了更好的利用风能，长期以来，人们设计了多种结构形式的风力发电机装置，依据风力发电机旋转轴在空间方向位置的不同，划分为水平方向的水平轴风力发电机和垂直方向的垂直轴风力发电机。叶片是风力发电机的关键构件，大型风力发电机叶片的成本占总成本的25％左右。叶片是主要受载构件，主要承受风荷载、重力荷载、向心力荷载等，其工作状态是绕风轮主轴做高速转动。在叶片结构方面，一般的垂直轴风力发电机都只是沿用水平轴风力发电机风轮的叶片结构。但是垂直轴风力发电机风轮的叶片与水平轴风力发电机风轮的叶片受力特点和边界条件皆有明显差异，当风力较大时，传统的叶片由于结构强度有限，可能会在风力过大时产生损坏，影响垂直轴风力发电机的使用寿命。

已经存在当风力过大时调节叶片的形态或结构的现有技术，例如：CN201120092223，本实用新型为一种全新的风力发电风机叶片结构，称为翼展式自适应叶片结构。所述翼展式自适应叶片结构包括主轴、支撑杆、叶片支架、辅助支架、叶片组、连接装置、限位杆、配重模块和牵拉装置。在风力和重力的作用下，翼展式自适应叶片结构如同鸟类扇动翅膀一样，能够根据风速，自动调节叶片形状，叶片形状在“展翼-扇翼-展翼-扇翼......”的状态间变换。翼展式自适应叶片结构，在低风速状态下保持较大的受风面积，易于启动；在高风速状态下通过自动变换形态减少叶片风阻，避免转速过高，然而，该对比文件仅考虑自适应调节风能发电效率，结构也异常复杂，造成成本过高，同时该叶片横向长度较长，会承受较大重力，长期使用后易弯曲变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式风力发电机叶片，以解决现有技术中风力过大损坏风力发电机叶片的问题。

本发明提供一种组合式风力发电机叶片，包括旋转座、固定杆、旋转杆、第一偏转风叶、第二偏转风叶、自适应调节机构和偏转调节机构，所述旋转座固定在垂直风力发电机的转动部件上，所述固定杆为音叉形结构，每根所述固定杆主干末端通过螺栓固定在所述旋转座上，每根所述固定杆的两个分支上分别套接一根旋转杆所述第一偏转风叶和所述第二偏转风叶的一端分别与所述固定杆一个分支上的旋转杆转动连接，所述第一偏转风叶和所述第二偏转风叶沿水平面成对称设置，所述自适应调节机构对应第一偏转风叶和第二偏转风叶分别设置有两个，其中设置在第一偏转风叶上的两个所述自适应调节机构分别设置在第一偏转风叶两端，每个所述自适应调节机构一端焊接在所述固定杆的一个分支上，另一端焊接在所述第一偏转风叶上，所述偏转调节机构对应第一偏转风叶和第二偏转风叶分别设置有一个，所述偏转调节机构一部分与所述固定杆连接，所述偏转调节机构另一部分与所述旋转杆连接。

进一步，所述第一偏转风叶和所述第二偏转风叶结构相同，所述第一偏转风叶包括两个风板、两根立杆和多根加强杆，两个所述风板沿同一方向并排设置，两根立杆分别设置在两个风板相对的两侧上，多根所述加强杆横向设置在两个风板上，多根所述加强杆均与所述立杆焊接。

进一步，所述自适应调节机构包括固定板、旋转板和调节弹簧，所述固定板焊接在所述旋转杆上，所述旋转板焊接在所述立杆上，所述调节弹簧共有两个，两个所述调节弹簧分别设置在所述旋转杆两侧，所述调节弹簧一端焊接在所述固定板上，所述调节弹簧另一端焊接在所述旋转板上。

进一步，所述固定杆包括固定块、固定柱和两个固定套筒，所述固定块安装在所述旋转座上，所述固定块设置在所述固定柱中部，所述两个所述固定套筒分别设置在所述固定柱的一端。

进一步，所述偏转调节机构包括偏转电机、主动板和从动杆，所述主动板与所述偏转电机的输出轴连接，所述从动杆一端铰接在所述主动板上，所述从动杆另一端铰接在所述旋转杆上。

进一步，所述旋转杆两端开有通孔，所述立杆穿过通孔与所述旋转杆转动连接。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

其一，设置有自适应调节机构，所述自适应调节机构包括固定板、旋转板和调节弹簧，所述固定板焊接在所述旋转杆上，所述旋转板焊接在所述立杆上，所述调节弹簧共有两个，两个所述调节弹簧分别设置在所述旋转杆两侧，所述调节弹簧一端焊接在所述固定板上，所述调节弹簧另一端焊接在所述旋转板上，通过所述自适应调节机构的设置，当风力过大时会导致立杆转动，立杆转动带动旋转板转动，使旋转板和固定板之间直线距离拉长，从而使得调节弹簧拉伸，调节弹簧产生弹性变形从而产生弹力，调节弹簧产生的弹力作用在旋转板上，使立杆转动产生的力与调节弹簧弹力相互平衡，此时立杆停止转动，安装在立杆上的风板通过调节弹簧的作用转动一定角度后停止，从而使得风板迎风面的面积减小，使风板受到的风阻减小，从而避免风板在风速突然增大时因承受应力过大产生断裂，保护了风板结构的安全稳定。

其二，设置有所述偏转调节机构包括偏转电机、主动板和从动杆，所述主动板与所述偏转电机的输出轴连接，所述从动杆一端铰接在所述主动板上，所述从动杆另一端铰接在所述旋转杆上，在叶片使用过程中，由于风速不稳定，而风力发电机发电率最高是在达到其额定转速的情况下，风速过快过过慢都可能导致发电效率降低，因此通过控制偏转电机转动，使主动板带动从动杆动作，使从动杆推动旋转杆转动，控制第一偏转风叶和第二偏转风叶与竖直方向的夹角大小，从而控制风力发电机在运行过程中，第一偏转风叶和第二偏转风叶的迎风面积，使第一偏转风叶和第二偏转风叶所受风阻控制在合适范围内，此时第一偏转风叶和第二偏转风叶在风力作用下转动且达到风力发电机的额定转速，从而使得风力发电机在不同风力时均可以达到其额定转速，提高发电效率，同时在风速过大时，还可以通过控制偏转电机，使第一偏转风叶和第二偏转风叶的迎风面积减小至最小值，从而大大降低第一偏转风叶和第二偏转风叶所受风阻，避免风力发电机叶片受力过大损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的第一偏转风叶4和第二偏转风叶7结构示意图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为本发明的固定杆2结构示意图；

图6为图5中B处的放大图。

附图标记：

旋转座1，固定杆2，旋转杆3，第一偏转风叶4，第二偏转风叶7，自适应调节机构5，偏转调节机构6，风板4a，立杆4b，加强杆4c，固定板5a，旋转板5b，调节弹簧5c，固定块2a，固定柱2b，固定套筒2c，偏转电机6a，主动板6b，从动杆6c。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连同。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图6所示，本发明实施例提供一种组合式风力发电机叶片包括旋转座1、固定杆2、旋转杆3、第一偏转风叶4、第二偏转风叶7、自适应调节机构5和偏转调节机构6，所述旋转座1固定在垂直风力发电机的转动部件上，所述固定杆2为音叉形结构，每根所述固定杆2主干末端通过螺栓固定在所述旋转座1上，每根所述固定杆2的两个分支上分别套接一根旋转杆3所述第一偏转风叶4和所述第二偏转风叶7的一端分别与所述固定杆2一个分支上的旋转杆3转动连接，所述第一偏转风叶4和所述第二偏转风叶7沿水平面成对称设置，所述自适应调节机构5对应第一偏转风叶4和第二偏转风叶7分别设置有两个，其中设置在第一偏转风叶4上的两个所述自适应调节机构5分别设置在第一偏转风叶4两端，每个所述自适应调节机构5一端焊接在所述固定杆2的一个分支上，另一端焊接在所述第一偏转风叶4上，所述偏转调节机构6对应第一偏转风叶4和第二偏转风叶7分别设置有一个，所述偏转调节机构6一部分与所述固定杆2连接，所述偏转调节机构6另一部分与所述旋转杆3连接。本发明的工作原理是：在风力发电机使用过程中，首先将旋转座1安装在风力发电机的转动部件上，将固定杆2固定在旋转座1上，之后通过第一偏转风叶4和第二偏转风叶7将风力转换为机械动力，带动旋转座1旋转，然后通过偏转调节机构6，控制第一偏转风叶4和第二偏转风叶7与竖直方向的夹角，使第一偏转风叶4和第二偏转风叶7所受风阻控制在合适范围内，此时旋转座1旋转速度使得风力发电机发电效率最高，当风速小范围内波动时，通过自适应调节机构5小范围内改变第一偏转风叶4和第二偏转风叶7与固定杆2的夹角，防止第一偏转风叶4和第二偏转风叶7反复受应力发生折断。

具体地，根据图3所述的本发明的第一偏转风叶4和所述第二偏转风叶7结构相同，所述第一偏转风叶4和所述第二偏转风叶7均设有四个，所述第一偏转风叶4包括两个风板4a、两根立杆4b和多根加强杆4c，两个所述风板4a沿同一方向并排设置，两根立杆4b分别设置在两个风板4a相对的两侧上，多根所述加强杆4c横向设置在两个风板4a上，多根所述加强杆4c均与所述立杆4b焊接。风板4a焊接在两根立杆4b上，使得风板4a与立杆4b形成杠杆，当风板4a受力时，通过杠杆原理使风板4a一立杆4b为轴转动，从而使风板4a根据风速不同改变风板4a的迎风面积，多根加强杆4c的设置增加了风板4a的结构强度，使风板4a可以承受更大风阻。

具体地，根据图4所示,本发明的自适应调节机构5包括固定板5a、旋转板5b和调节弹簧5c，所述固定板5a焊接在所述旋转杆3上，所述旋转板5b焊接在所述立杆4b上，所述调节弹簧5c共有两个，两个所述调节弹簧5c分别设置在所述旋转杆3两侧，所述调节弹簧5c一端焊接在所述固定板5a上，所述调节弹簧5c另一端焊接在所述旋转板5b上。通过所述自适应调节机构5的设置，当风力过大时会导致立杆4b转动，立杆4b转动带动旋转板5b转动，使旋转板5b和固定板5a之间直线距离拉长，从而使得调节弹簧5c拉伸，调节弹簧5c产生弹性变形从而产生弹力，调节弹簧5c产生的弹力作用在旋转板5b上，使立杆4b转动产生的力与调节弹簧5c弹力相互平衡，此时立杆4b停止转动，安装在立杆4b上的风板4a通过调节弹簧5c的作用转动一定角度后停止，从而使得风板4a迎风面的面积减小，使风板4a受到的风阻减小，从而避免风板4a在风速突然增大时因承受应力过大产生断裂，保护了风板4a结构的安全稳定。

具体地，根据图5所示的本发明的固定杆2包括固定块2a、固定柱2b和两个固定套筒2c，所述固定块2a设置在所述固定柱2b中部，所述两个所述固定套筒2c分别设置在所述固定柱2b的一端。所述固定块2a安装在所述旋转座1上，固定块2a和固定柱2b焊接，通过固定块2a和固定柱2b的设置，增强了风力发电机叶片的结构强度，使叶片可以承受更大风阻不产生弯曲变形，固定套筒2c的设置使得旋转杆3可以在固定套筒2c内转动，同时固定套筒2c的设置使得旋转杆3与固定套筒2c的接触范围变大，使旋转杆3旋转更为稳定，避免了旋转杆3晃动过大使风力发电机结构磨损过快，提高了风力发电机的使用寿命。

具体地，根据图6所示的本发明的偏转调节机构6包括偏转电机6a、主动板6b和从动杆6c，所述主动板6b与所述偏转电机6a的输出轴连接，所述从动杆6c一端铰接在所述主动板6b上，所述从动杆6c另一端铰接在所述旋转杆3上。在叶片使用过程中，由于风速不稳定，而风力发电机发电率最高是在达到其额定转速的情况下，风速过快过过慢都可能导致发电效率降低，因此通过控制偏转电机6a转动，使主动板6b带动从动杆6c动作，使从动杆6c推动旋转杆3转动，控制第一偏转风叶4和第二偏转风叶7与竖直方向的夹角大小，从而控制风力发电机在运行过程中，第一偏转风叶4和第二偏转风叶7的迎风面积，使第一偏转风叶4和第二偏转风叶7所受风阻控制在合适范围内，此时第一偏转风叶4和第二偏转风叶7在风力作用下转动且达到风力发电机的额定转速，从而使得风力发电机在不同风力时均可以达到其额定转速，提高发电效率，同时在风速过大时，还可以通过控制偏转电机6a，使第一偏转风叶4和第二偏转风叶7的迎风面积减小至最小值，从而大大降低第一偏转风叶4和第二偏转风叶7所受风阻，避免风力发电机叶片受力过大损坏。

具体地，本发明的旋转杆3两端开有通孔，所述立杆4b穿过通孔与所述旋转杆3转动连接。立杆4b设置在通孔中，使得立杆4b在安装在旋转杆3两端时，可以使旋转杆3重心位于旋转杆3轴线上，相较于将立杆4b安装在旋转杆3一侧的安装方式，本实施例中采用立杆4b安装在通孔中的安装方式，更有利于第一偏转风叶4和第二偏转风叶7在运行过程中各方向受力平衡，避免风力发电机在使用过程中产生过大晃动产生损坏。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种组合式风力发电机叶片，其特征在于：包括旋转座(1)、固定杆(2)、旋转杆(3)、第一偏转风叶(4)、第二偏转风叶(7)、自适应调节机构(5)和偏转调节机构(6)，所述旋转座(1)固定在垂直风力发电机的转动部件上，所述固定杆(2)为音叉形结构，每根所述固定杆(2)主干末端通过螺栓固定在所述旋转座(1)上，每根所述固定杆(2)的两个分支上分别套接一根旋转杆(3)所述第一偏转风叶(4)和所述第二偏转风叶(7)的一端分别与所述固定杆(2)一个分支上的旋转杆(3)转动连接，所述第一偏转风叶(4)和所述第二偏转风叶(7)沿水平面成对称设置，所述自适应调节机构(5)对应第一偏转风叶(4)和第二偏转风叶(7)分别设置有两个，其中设置在第一偏转风叶(4)上的两个所述自适应调节机构(5)分别设置在第一偏转风叶(4)两端，每个所述自适应调节机构(5)一端焊接在所述固定杆(2)的一个分支上，另一端焊接在所述第一偏转风叶(4)上，所述偏转调节机构(6)对应第一偏转风叶(4)和第二偏转风叶(7)分别设置有一个，所述偏转调节机构(6)一部分与所述固定杆(2)连接，所述偏转调节机构(6)另一部分与所述旋转杆(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述第一偏转风叶(4)和所述第二偏转风叶(7)结构相同，所述第一偏转风叶(4)包括两个风板(4a)、两根立杆(4b)和多根加强杆(4c)，两个所述风板(4a)沿同一方向并排设置，两根立杆(4b)分别设置在两个风板(4a)相对的两侧上，多根所述加强杆(4c)横向设置在两个风板(4a)上，多根所述加强杆(4c)均与所述立杆(4b)焊接。

3.根据权利要求2所述的一种组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述自适应调节机构(5)包括固定板(5a)、旋转板(5b)和调节弹簧(5c)，所述固定板(5a)焊接在所述旋转杆(3)上，所述旋转板(5b)焊接在所述立杆(4b)上，所述调节弹簧(5c)共有两个，两个所述调节弹簧(5c)分别设置在所述旋转杆(3)两侧，所述调节弹簧(5c)一端焊接在所述固定板(5a)上，所述调节弹簧(5c)另一端焊接在所述旋转板(5b)上。

4.根据权利要求1所述的一种组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述固定杆(2)包括固定块(2a)、固定柱(2b)和两个固定套筒(2c)，所述固定块(2a)安装在所述旋转座(1)上，所述固定块(2a)设置在所述固定柱(2b)中部，所述两个所述固定套筒(2c)分别设置在所述固定柱(2b)的一端。

5.根据权利要求1所述的一种组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述偏转调节机构(6)包括偏转电机(6a)、主动板(6b)和从动杆(6c)，所述主动板(6b)与所述偏转电机(6a)的输出轴连接，所述从动杆(6c)一端铰接在所述主动板(6b)上，所述从动杆(6c)另一端铰接在所述旋转杆(3)上。

6.根据权利要求2所述的一种组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述旋转杆(3)两端开有通孔，所述立杆(4b)穿过通孔与所述旋转杆(3)转动连接。