CN202056007U - 一种大功率风力发电机及其叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率风力发电机的叶片，包括变桨机构(3)；还包括叶根定桨段(1)和叶尖变桨段(2)，所述叶根定桨段(1)和叶尖变桨段(2)可转动地连接，且转动中心线沿所述叶片的长度方向，所述叶根定桨段(1)的顶部固定连接有驱动所述叶尖变桨段(2)转动的所述变桨机构(3)。这种结构的叶片的变桨方式轻便、灵活，需要的变桨机构的尺寸也相应减小，使得驱动功率减小，进一步减小了风力发电机的风轮的成本和重量，同时降低了制造和运输的难度。本实用新型还公开了一种风力发电机，包括风轮和上述叶片，所述叶片固定连接于所述风轮的轮毂。该风力发电机具有与上述叶片相同的技术效果。

Description

一种大功率风力发电机及其叶片

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种大功率风力发电机的叶片。本实用新型还涉及一种包括上述叶片的大功率风力发电机。 

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械能的动力机械，又称风车；风力发电是将风力发电机的叶片迎风扫掠面积内截获的风能转化成电能的过程。在风力发电过程中，风轮叶片迎风面与风速的夹角直接影响到风力发电机对风能的吸收，当夹角达到某一定值时吸收效率最高。为了使风轮在低风速时具有最佳吸收率，高风速时不吸收超过发电机能力的风能，所以就需要变桨机构。 

变桨机构是一种风力发电机的调节装置，风力较大时，通过调节变桨机构使叶片迎角减小；风力较小时，通过调节变桨机构使叶片迎角增大；从而控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应)，同时减少风力对风力机的冲击。 

目前的变桨风力发电机都采用整个叶片变桨，即整个叶片转动以改变迎角大小。但是随着风力发电机功率越来越大，叶片尺寸也不断增大，3MW叶片达到50m、5MW叶片达60m、10MW叶片将达80m或更长。叶片尺寸的增大，使得叶片变桨笨重、缓慢，且使得变桨回转支承尺寸增大，变桨电机所需的功率也增大，这对风力发电机的零部件的制造采购造成很大的困难。这些零部件尺寸、重量的增加和成本的提高对大型风力发电机的轻量化设计、高性能低成本规划造成了障碍。因此大功率风力发电机的变桨设计问题已成为了风力发电机大型化发展道路中的一大难题。 

因此，如何在现有技术的基础上，改进大功率风力发电机的叶片结构，使其实现叶片变桨灵活，且其所需要的变桨机构尺寸较小，是 本领域的技术人员目前急需解决的技术问题。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题为提供一种大功率风力发电机的叶片，该叶片变桨灵活，且所需要的变桨机构的尺寸较小。本实用新型要解决的另一个技术问题为提供一种包括上述叶片的大功率风力发电机。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种大功率风力发电机的叶片，包括变桨机构；还包括叶根定桨段和叶尖变桨段，所述叶根定桨段和叶尖变桨段通过回转支承可转动地连接，且转动中心线沿所述叶片的长度方向，所述叶根定桨段的顶部固定连接有驱动所述叶尖变桨段相对于所述叶根定桨段转动的所述变桨机构。 

优选地，所述回转支承的外圈连接所述叶根定桨段，其内圈连接所述叶尖变桨段。

优选地，所述叶根定桨段、所述叶尖变桨段均通过双头螺柱固定连接于所述回转支承。 

优选地，所述回转支承的内圈的内壁设有内齿，所述变桨机构的输出轴固定连接有齿轮，所述齿轮与所述内齿啮合。 

优选地，所述叶根定桨段为铸铁叶片。 

优选地，所述叶尖变桨段为碳纤维叶片。 

本实用新型所提供的叶片，包括变桨机构、叶根定桨段和叶尖变桨段，叶根定桨段和叶尖变桨段通过回转支承可转动地连接，且转动中心线沿叶片的长度方向，叶根定桨段的顶部固定连接有变桨机构，该变桨机构驱动叶尖变桨段相对于叶根定桨段转动。 

采用这种结构的叶片，将叶片设置成叶根定桨段和叶尖变桨段的组合体，当叶片需要变桨时，启动叶片的变桨机构，使其输出轴转动，从而驱动叶尖变桨段相对于叶根定桨段在垂直于叶片长度方向的平面转动，实现部分叶片变桨，取代了现有技术的整个叶片变桨。 

由此可见，这种结构的叶片变桨轻便、灵活，且需要的变桨机构 的尺寸也相应减小，使得驱动功率减小，进一步减小了叶片的生产成本。 

本实用新型还提供一种大功率风力发电机，包括风轮；还包括上述的叶片，所述叶片固定连接于所述风轮的轮毂。 

由于上述叶片具有上述的技术效果，因此，包括该叶片的大功率风力发电机也具有相应的技术效果，在此不再赘述。 

附图说明

图1为本实用新型所提供的大功率风力发电机的叶片的一种具体实施方式的结构示意图； 

图2为图1中的叶根定桨段和叶尖变桨段连接处的局部放大图。 

其中，图1和图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：1叶根定桨段；2叶尖变桨段；3变桨机构；4回转支承；31齿轮；41外圈；42内圈；43内齿。 

具体实施方式

本实用新型的核心为提供一种大功率风力发电机的叶片，该叶片变桨灵活，且所需要的变桨机构的尺寸较小。本实用新型的另一个核心为提供一种包括上述叶片的大功率风力发电机。 

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。 

请参考图1，图1为本实用新型所提供的大功率风力发电机的叶片的一种具体实施方式的结构示意图。 

在一种具体的实施方式中，如图1所示，本实用新型所提供的大功率风力发电机的叶片包括叶根定桨段1、叶尖变桨段2和变桨机构3，叶根定桨段1是叶片中比较笨重、对风能吸收影响不大的部分，叶根定桨段1固定连接于风轮；叶尖变桨段2是叶片中比较灵活、对风能吸收影响较大的部分，叶尖变桨段2与叶根定桨段1通过回转支承4可转动地连接，且转动中心线沿所述叶片的长度方向；变桨机构3是 叶片中驱动叶片变桨的部件，其固定连接于叶根定桨段1的顶部，该变桨机构3驱动叶尖变桨段2相对于叶根定桨段1转动。 

采用这种结构的叶片，将叶片设置成叶根定桨段1和叶尖变桨段2的组合体，当叶片需要变桨时，启动叶片的变桨机构3，使其输出轴转动，从而驱动叶尖变桨段2相对于叶根定桨段1在垂直于叶片长度方向的平面转动，实现部分叶片变桨，取代了现有技术的整个叶片变桨，这种结构的叶片变桨轻便、灵活，且需要的变桨机构3的尺寸也相应减小，使得驱动功率减小，进一步减小了叶片的生产成本。同时，由于这种结构的叶片的驱动功率减小，进一步减小了大功率风力发电机的风轮的成本和重量，同时降低了叶片制造和运输的难度。 

此外，本文中出现的“根部”指的是叶片靠近风力发电机的风轮一侧的部分，即图1中叶片的左侧部分；文中出现的“顶部”指的是叶片远离风力发电机的风轮一侧的部分，即图1中叶片的右侧部分，应当理解，这些方位词是以说明书附图中为基准设立的，它们的出现不应当影响本实用新型的保护范围。 

需要说明的是，上述实施方式并未限定上述叶根定桨段1和叶尖变桨段2通过回转支承4连接的具体形式，也并未限定上述变桨机构3驱动叶尖变桨段2的具体形式，事实上，凡是包括由回转支承4连接的叶根定桨段1和叶尖变桨段2，且变桨机构3驱动叶尖变桨段2转动的风力发电机的叶片均属于本实用新型的保护范围内。 

还可以进一步设置上述叶根定桨段1和叶尖变桨段2的连接方式。 

如图1所述，回转支承4包括外圈41和内圈42，内圈42通常为光滑的连接面，外圈41的内壁设有齿，在内圈42和外圈41之间通过滚珠滑动连接。在另一种具体的实施方式中，叶根定桨段1固定连接于回转支承4的外圈41，叶尖变桨段2固定连接于回转支承4的内圈42。通过这种结构，能够方便地实现叶根定桨段1和叶尖变桨段2的可转动连接，从而保证叶尖变桨段2可相对叶根定桨段1转动。 

当然，上述变桨叶片并不限于叶根定桨段1连接回转支承4的外圈41，叶尖变桨段2连接回转支承4的内圈42，也可以采用叶根定桨 段1连接回转支承4的内圈42，叶尖变桨段2连接回转支承4的外圈41。 

还可以进一步设置上述叶根定桨段1、叶尖变桨段2与回转支承4的连接方式。 

在另一种具体的实施方式中，上述叶根定桨段1可以通过双头螺柱与回转支承4的外圈41固定连接。通过双头螺柱固定连接叶根定桨段1和回转支承4，具有结构简单的特点，并且双头螺柱可以采用标准件，其加工制造程序方便的优点。相同地，上述叶尖变桨段2也可以通过双头螺柱固定连接于回转支承4的内圈42。当然，除了采用双头螺柱连接的方式，上述叶根定桨段1、叶尖变桨段2还可以通过螺栓连接、焊接等固定连接。 

还可以进一步设置上述变桨机构3驱动叶尖变桨段2的具体结构。 

请参考图2，图2为图1中的叶根定桨段和叶尖变桨段连接处的局部放大图。 

在另一种具体的实施方式中，如图2所示，上述回转支承4的内圈42的内壁可以设有内齿43，变桨机构3的输出轴固定连接有齿轮31，该齿轮31与回转支承4的内齿43啮合。采用这样的结构，通过齿轮啮合的传动方式，当变桨机构3转动时，能够将动力传递至回转支承4的内圈42，从而驱动与内圈42固定连接的叶尖变桨段2转动，实现叶片变桨。 

除此之外，还可以通过设置变桨机构3的齿轮31的齿数和回转支承4的内圈42的齿数来得到预定的传动比，达到减速的目的，从而使得叶尖变桨段2进行合理速度的变桨，齿轮31传动还具有平稳性高、传动运动准确可靠的优点。 

需要说明的是，上述变桨机构3的齿轮31与回转支承4的内壁可以啮合于回转支承4的部分内齿43，也可以设置齿轮31与回转支承4的所有内齿43均啮合，凡是通过齿轮31啮合的叶片均在本实用新型的保护范围内。 

当然，上述变桨机构3也可以采用其他方式驱动叶尖变桨段2转动，例如可以将变桨机构3的输出轴与回转支承4的内圈42固定连接，同样可以使得变桨机构3驱动叶尖变桨段2转动。 

需要说明的是，上述变桨机构并不仅限于齿轮传动的机构，还可以利用曲柄摇杆机构的原理，采用液压缸推动回转支承4的内外圈相对转动，即将液压缸的一端与回转支承4的内圈42固定连接，其另一端与外圈41固定连接，当液压缸伸缩时，推动回转支承4的内外圈相对转动，从而实现叶片的变桨。当然，除了采用液压缸驱动的形式以外，还可以采用丝杠驱动内外圈相对转动。 

还可以进一步设置上述叶根定桨段1和叶尖变桨段2的叶片材料。 

在另一种具体的实施方式中，上述叶根定桨段1可以具体为铝合金叶片，以保证叶根定桨段1能够具有较高的强度，并且具有较小的重量。当然，叶根定桨段1还可以采用其他高强度的金属，例如可以采用铸铁叶片、钢叶片等。在叶根定桨段1的外部还可以覆盖一层玻璃钢，以保证叶根定桨段1的叶片具有良好的气动性能。 

上述叶尖变桨段2可以为碳纤维叶片，以减少叶尖变桨段2的重量，减轻叶根定桨段1顶部与叶尖变桨段2根部的连接接口的载荷，从而使得叶片变桨更加轻便、灵活，从而能够进一步减小变桨机构3的尺寸。当然，上述叶尖变桨段还可以为其他材料的叶片，例如可以为玻璃纤维和碳纤维的组合叶片，或者其他满足要求的热塑性材料的叶片。 

本实用新型还提供一种大功率风力发电机，包括风轮，还包括上述叶片，叶片固定连接于风轮的轮毂。由于上述叶片具有上述的技术效果，因此包括该叶片的风力发电机也具有相应的技术效果，在此不再赘述。 

以上对本实用新型所提供的一种大功率风力发电机及其叶片进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方 法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (7)

1.一种大功率风力发电机的叶片，包括变桨机构(3)；其特征在于，还包括叶根定桨段(1)和叶尖变桨段(2)，所述叶根定桨段(1)和叶尖变桨段(2)通过回转支承(4)可转动地连接，且转动中心线沿所述叶片的长度方向，所述叶根定桨段(1)的顶部设有驱动所述叶尖变桨段(2)相对于所述叶根定桨段(1)转动的所述变桨机构(3)。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述回转支承(4)的外圈(41)连接所述叶根定桨段(1)，其内圈(42)连接所述叶尖变桨段(2)。

3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述叶根定桨段(1)、所述叶尖变桨段(2)均通过双头螺柱固定连接于所述回转支承(4)。

4.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述回转支承(4)的内圈(42)的内壁设有内齿(43)，所述变桨机构(3)的输出轴固定连接有齿轮(31)，所述齿轮(31)与所述内齿(43)啮合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶根定桨段(1)为铝合金叶片。

6.根据权利要求1-4任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶尖变桨段(2)为碳纤维叶片。

7.一种大功率风力发电机，包括风轮；其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的叶片，所述叶片固定连接于所述风轮的轮毂。

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