CN210948986U - 风力机变桨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力机变桨装置，包括：叶片根部，其为柱形体，该叶片根部的端部开口密封；空气缸筒，其用来固定于风力机的轮毂上，空气缸筒的两端敞开，空气缸筒的内腔壁的一端通过螺旋槽和螺旋导轨结构与叶片根部的柱形体配合；调压活塞，其设在空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得叶片根部的密封端部和调压活塞在空气缸筒的内部围成密封空间；以及驱动机构，其用来驱动调压活塞在空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节空气缸筒内的压力，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和空气缸筒内气压作用下带动叶片根部在空气缸筒的内腔内伸缩，伸缩时，螺旋槽和螺旋导轨结构自动驱动叶片扭转。该风力机变桨装置可以可靠抑制交变载荷。

Description

风力机变桨装置

技术领域

本实用新型涉及风力机，特别是涉及一种风力机变桨装置。

背景技术

作为可再生绿色能源，风力机只需利用风的动能。风能利用成本主要由制造、安装调试、运行维护三方面组成。其中装备的精益制造是基础，从风力机的成本考虑，提高经济性可从两种技术路径着手，一是精细设计降低主要部件的成本，再就是延长关键部件的运行寿命。对于占整机成本20％的在役叶片技术改造，后者是更可行的方式。

风力机的设计寿命在20年以上，以2MW机组为例，其叶片在其全寿命周期中要旋转约10⁸周次量级，在每一周都要经受交变的重力、风切变、偏航误差、轴翘曲、塔架干涉、湍流的作用。因此，在风力机叶片设计中，疲劳载荷是非常重要的因素，重要程度甚至可以和极限风速引起的极限载荷相比。

水平轴上风向风力机的控制系统总体是基于传感器、控制器和执行机构的主动控制。传感器测量风速风向、叶轮转速、输出功率或转矩；执行机构调节电机转矩、桨距角及偏航角等；而控制器连接二者，并通过控制算法驱动执行机构对传感器测得的结果进行必要的反应，以达到最优功率或载荷等控制目标。

然而，对于风切变诱导所致的叶片交变载荷，基于统一变桨距的系统不能很好的控制该载荷波动。为此，有的强化的控制系统引入了叶根弯矩传感器并采用叶片独立变桨方法减小风剪切引起的交变载荷。近年来，这种独立变桨系统还引入了实时入流速度测量技术，如激光测风雷达、声学测风雷达等。独立变桨控制方法的确能有效降低交变载荷，但相应的代价也是较高的，因为它增加了变桨频率，并大幅提高了传感器和执行机构的要求，抑制交变载荷成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风力机变桨装置，可以可靠抑制交变载荷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种风力机变桨装置，包括：叶片根部，其为柱形体，该叶片根部的端部开口密封；空气缸筒，其用来固定于风力机的轮毂上，空气缸筒的两端敞开，空气缸筒的内腔壁的一端通过螺旋槽和螺旋导轨结构与叶片根部的柱形体配合；调压活塞，其设在空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得叶片根部的密封端部和调压活塞在空气缸筒的内部围成密封空间；以及驱动机构，其用来驱动调压活塞在空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节空气缸筒内的压力，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和空气缸筒内气压作用下带动叶片根部在空气缸筒的内腔内伸缩，伸缩时，螺旋槽和螺旋导轨结构自动驱动叶片扭转。

可选的或优选的，叶片根部的柱形体表面与空气缸筒的内腔壁上设有密封环。

可选的或优选的，叶片根部的端部开口具有扩形延长段，扩形延长段贴合在空气缸筒的内壁上，空气缸筒的敞开端具有内缩延长段，内缩延长段贴合在叶片根部的柱形体表面，扩形延长段与空气缸筒的贴合处、内缩延长段和叶片根部的柱形体表面的贴合处均设有密封环。

可选的或优选的，叶片根部的端部开口通过安装密封板而密封。

可选的或优选的，叶片根部的柱形体上设有螺旋导轨，空气缸筒的内腔壁上设有螺旋槽。

可选的或优选的，叶片根部的柱形体上设有螺旋槽，空气缸筒的内腔壁上设有螺旋导轨。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在叶片根部的柱形体与空气缸筒的内腔壁通过螺旋槽和螺旋导轨结构配合，结合调压活塞调节空气缸筒内的压力，在叶片旋转过程中，可在其重力和缸筒内外气压差的作用下，进行有限行程的伸缩和扭转，所谓扭转即调整桨矩角，实现在较低风速的扫掠区域有较大扫风面积、较大桨矩角，增加捕风能力，而在较高风速的扫掠区域有较小扫风面积、较小桨矩角，限制捕风载荷，达到载荷均衡的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种风力机变桨装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的一种风力机变桨装置中螺旋槽和螺旋导轨结构配合示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型创造和简化描述，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实用新型创造的限制。

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通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种风力机变桨装置，包括：叶片根部11、空气缸筒2、调压活塞3以及驱动机构4，叶片根部11为柱形体，该叶片根部11的端部开口密封，空气缸筒2用来固定于风力机的轮毂上，空气缸筒2的一端敞开。调压活塞3设在所述空气缸筒2的内腔壁的另一端，进而使得所述叶片根部11的密封端部和所述调压活塞3在所述空气缸筒2的内部围成密封空间。驱动机构4用来驱动所述调压活塞3在所述空气缸筒2的另一端内伸缩进而用来调节所述空气缸筒2内的压力，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和所述空气缸筒2内气压作用下带动所述叶片根部11在所述空气缸筒2的内腔内伸缩，伸缩时，所述螺旋槽和螺旋导轨结构自动驱动所述叶片扭转实现变桨。核心在于，叶片根部11的柱形体与空气缸筒2的内腔壁通过螺旋槽和螺旋导轨结构配合，风力机的叶片1在旋转过程中靠自身重力和缸筒内外气压差的作用带动叶片根部11在空气缸筒2的内腔内伸缩，伸缩时，螺旋槽和螺旋导轨结构自动驱动叶片1扭转。

上述方案中，对叶片在叶根处进行改进，密封叶根端部，增加叶根部分刚度、耐磨性，降低粗糙度，并采用螺旋空气缸筒连接叶片法兰或代替法兰(异形法兰)连接叶片与轮毂，在叶片旋转过程中，可在其重力和缸筒内外气压差的作用下，进行有限行程的伸缩和扭转，实现在较低风速的扫掠区域有较大扫风面积、较大桨矩角，增加捕风能力，而在较高风速的扫掠区域有较小扫风面积、较小桨矩角，限制捕风载荷，达到载荷均衡的效果。同时，增加调压活塞及相应的执行机构如液压缸、涡轮涡杆、齿轮齿条等可以实现灵活控制，可以可靠抑制交变载荷。

作为一种优选的具体实施例，在叶片根部的柱形体表面与空气缸筒的内腔壁上设有密封环，这样，在空气缸筒与叶根之间用密封环等密封件可以加强密封。当然，叶片根部11的柱形体与空气缸筒2的内腔壁之间的螺旋槽和螺旋导轨结构本身也可以实现密封。

作为一种优选的具体实施例，叶片根部的端部开口具有扩形延长段13，扩形延长段13贴合在空气缸筒2的内壁上，空气缸筒2的敞开端具有内缩延长段21，内缩延长段21贴合在叶片根部11的柱形体表面，扩形延长段13与空气缸筒的贴合处、内缩延长段21和叶片根部11的柱形体表面的贴合处均设有密封环。

作为一种优选的具体实施例，叶片根部11的端部开口通过焊接密封板12而密封。

如图2所示，作为一种优选的具体实施例，其为螺旋槽和螺旋导轨结构的原理示意图。叶片根部11的柱形体上设有螺旋导轨，空气缸筒2的内腔壁上设有螺旋槽。当然，可以在叶片根部的柱形体上设有螺旋槽21，空气缸筒的内腔壁上设有螺旋导轨22，叶片根部11通过螺旋槽21和螺旋导轨22的配合在伸缩的时候实现旋转。由于空气缸筒用来固定于风力机的轮毂上，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和所述空气缸筒内气压作用下带动所述叶片根部在所述空气缸筒的内腔内伸缩的同时，风力机的叶片通过螺旋槽和螺旋导轨结构的驱动实现扭转。需要说明的是，螺旋导轨可根据载荷优化的需要设计形状，一般叶片全程扭转的角度不大于10度。

综上，本实施例的风力机变桨装置，通过对风机叶片在叶根处进行改进，密封叶根端部，增加叶根部分刚度、耐磨性，降低粗糙度，并采用螺旋空气缸筒连接叶片法兰或代替法兰(异形法兰)连接叶片与轮毂，在叶片旋转过程中，可在其重力和缸筒内外气压差的作用下，进行有限行程的伸缩和扭转，实现在较低风速的扫掠区域有较大扫风面积、较大桨矩角，增加捕风能力，而在较高风速的扫掠区域有较小扫风面积、较小桨矩角，限制捕风载荷，达到载荷均衡的效果。本结构可控性、可靠性高，可减小载荷周期的峰谷差12％以上，从而减小交变载荷，延长叶片寿命。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利实用新型说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

以上所述仅为本实用新型的示例实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风力机变桨装置，其特征在于，包括：

叶片根部，其为柱形体，该叶片根部的端部开口密封；

空气缸筒，其用来固定于风力机的轮毂上，所述空气缸筒的两端敞开，所述空气缸筒的内腔壁的一端通过螺旋槽和螺旋导轨结构与所述叶片根部的柱形体配合；

调压活塞，其设在所述空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得所述叶片根部的密封端部和所述调压活塞在所述空气缸筒的内部围成密封空间；以及

驱动机构，其用来驱动所述调压活塞在所述空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节所述空气缸筒内的压力，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和所述空气缸筒内气压作用下带动所述叶片根部在所述空气缸筒的内腔内伸缩，伸缩时，所述螺旋槽和螺旋导轨结构自动驱动所述叶片扭转。

2.根据权利要求1所述的风力机变桨装置，其特征在于，所述叶片根部的柱形体表面与所述空气缸筒的内腔壁上设有密封环。

3.根据权利要求2所述的风力机变桨装置，其特征在于，所述叶片根部的端部开口具有扩形延长段，所述扩形延长段贴合在所述空气缸筒的内壁上，所述空气缸筒的敞开端具有内缩延长段，所述内缩延长段贴合在所述叶片根部的柱形体表面，所述扩形延长段与所述空气缸筒的贴合处、所述内缩延长段和所述叶片根部的柱形体表面的贴合处均设有所述密封环。

4.根据权利要求1所述的风力机变桨装置，其特征在于，所述叶片根部的端部开口通过安装密封板而密封。

5.根据权利要求1所述的风力机变桨装置，其特征在于，所述叶片根部的柱形体上设有螺旋导轨，所述空气缸筒的内腔壁上设有螺旋槽。

6.根据权利要求1所述的风力机变桨装置，其特征在于，所述叶片根部的柱形体上设有螺旋槽，所述空气缸筒的内腔壁上设有螺旋导轨。

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