CN2144191Y - 一种离心惯力蓄力和离心调速的风轮总成 - Google Patents

Abstract

一种离心惯力蓄力和离心调速的风轮总成，涉及 风能开发利用和风机制造领域。它可解决风力发电 机的功率转速不稳定的技术问题。

风轮叶片制成刀形，从风轮平面开始可作90度 角偏转，设有弹力限位机构，叶片受风力、弹力、离心 力的作用达到自动调整功率和转速的效果。风轮中 心装有流线型导风罩和启动力矩小惯力蓄力大的离 心式惯力蓄力飞轮，减少旋转阻力，使发电机输出稳 定。

本实用新型适用于小型高速风力发电机。

Description

本实用新型提供一种离心惯力蓄力和离心调速的风轮总成，适用于小型高速风力发电机，涉及风能开发利用和风力发动机制造领域。

风力发电机主要存在的技术问题是功率转速不稳定，在应用风力发电机最广泛的丹麦，俄罗斯等国家，在大型风力发电机中调整功率和转速的主要方法有：

（1）使用沙比宁、克拉索夫斯基的调整系统，依靠固定在叶尖上的稳定器受离心力作用使叶尖回转而自动实现功率和转速的调整。

（2）叶片通过空心轴和拉条，扛杆和换向器使用拉索、重锤和绞盘控制叶片偏转角度，达到空气制动效果，实现调整功率和转速。

（3）在大型风力发电机中普遍使用惯力蓄力机，即在发电机轴上串装一只1－3吨重的惯力飞轮，通过松动联接轴与风机的变速机构联接，在风机转速低于飞轮转速或瞬时断风时，由飞轮蓄存的惯力带动发电机运转5－10分种，以保持输出电压的衡定稳定。

在小型风力发电机中采用绞盘，重锤控制叶片角度，机构太复杂，采用惯力蓄力机和叶尖稳定器需要的启动力矩大，在启动力矩小的小型高速风机中无法实现，因此，在我国北方和边远地区普遍使用的小型风力发电机匀没有安装调速和惯力蓄力机构，风能利用率低，只能适合电压稳定性要求不高的充电瓶使用。

风轮旋转时外圆的速度大于中心，其旋转气流的压力趋向中心，产生一个涡流，中心涡流与风向相对抗，造成旋转阻力，降低了风能利用率，尤其是在小型高速风机中明显地体现出来，这一点往往被人们所忽视。

本实用新型的设计目的就是解决以上技术问题，在小型高速风力发电机中实现功率转速的自动调整和惯力蓄力的发挥。

本实用新型的设计目的是通过以下的设计内容和采取的相应措施而实现的。

风轮总成由流线型导风罩，离心式惯力蓄力飞轮和可作90度角偏转的刀形叶片构成，其构造、主要技术性能和特征是：

（1）风轮叶片制成刀形从风轮平面开始可作90度角偏转，设有弹力限位机构，偏转到有利启动位角时，叶片弹簧定位销接触，叶片从自由偏转开始产生弹力，与风力抗衡，产生旋转启动力矩，叶片的工作角度受风力、弹力、叶片离心力的作用，达到自动调整功率和转速的效果；叶片在自由偏转角度内没有弹力作用，在旋转阻力和叶片离心力的作用下，处在阻力最小惯力最大的惯力蓄力发挥状态，配合离心式惯力蓄力机构工作。

（2）风轮中心装有由重力飞块、导轴、弹簧、中心轮、外架框架构成的启动力矩小惯力蓄力大的离心式惯力蓄力飞轮。

（3）在飞轮的外圆框架上固定着流线型导风罩，将中心旋转涡流与风力相隔离，把中心风力引导到叶片上，减少旋转阻力，提高风能利用率，与离心调速、离心惯力机构配合工作，使风轮处在功率转速稳定风能高利用率的最佳工作状态。

本设计的结构原理和主要零部件的作用请参照附图，并进一步详细叙述。

附图1为风轮总成与发电机组装的侧面图，流线型导风罩1和风轮叶片2、3安装在离心飞轮4上，其中心轮轮孔与发电机5的轴配合安装，6尾翼，7机架。

附图2为风轮叶片与离心飞轮的平面组合图，图中1.7叶片，2.6叶片弹力限位机构，3.5离心重力飞块机构，4离心轮外圆框架，8中心轮。

附图3是离心轮平面结构图，图中重力离心飞块1.14的中心孔与滑动导轴2、3、8、15串装在飞轮外圆框架16和中心轮9之间，通过飞块拉弹4、7、10、13拉向中心轮9；空心轴套6、12、是用来安装叶片轴，叶片弹力限位机构5、11是用来确定叶片偏转和弹力起始的角度。

附图4为弹力限位机构侧面图，图中叶片弹簧1的一端通过固定螺钉9固定在叶片8上，另一端挂在叶片限位卡条2上，限位卡条的作用是确定叶片弹簧的起始弹力，并与半圆限位铁6共同完成限制叶片偏转角度的工作，弹簧定位销5的作用是确定叶片弹力的起始角度，弹簧槽3.4的作用是限制弹簧的接触位置，飞轮外圆框架10是用来固定空心轴套11，空心轴套11用以安装叶片轴7。

附图5是附图4的横截面图，图标与附图4的图标一致，图中箭头表示叶片方向，从图中可以看出，叶片从风轮平面偏转一个角度后，弹簧头开始接触定位销，同时脱离限位卡条的弹簧槽，使叶片从自由偏转开始产生弹力，这个角度就是风轮启动的有利角度；调节弹簧起始弹力，就可以调节风轮转速。

本实用新型的设计目的是这样实现的，流线型导风罩将风轮中心的旋转涡流与风力相隔离，减少旋转阻力，把中心风能引导到叶片上；当风速超过3米／秒，达到风轮启动风速时，风力推动叶片偏转，叶片弹簧与定位销接触，产生弹力，与风力抗衡，产生启动力矩启动风轮，达到一定转速后重力飞块开始飞离中心轮，产生惯力，当风速增加，克服叶片弹力和离心力使叶片继续偏转，改变叶片工作角度，减少叶片迎风工作面积增加旋转阻力，使转速降低；当风速减少，叶片依靠弹力和离心力向有利启动角度回转，转速提高，从而使风轮保持一定转速，达到自动调整转速和功率的目的。当风速瞬时增加到10／米秒以上，超过风轮承受极限，风力克服叶片的弹力和离心力推动叶片偏转90度角，处在与风向平行的风标位置，此时转动力矩最小，旋转阻力最大，迫使风轮停转，达到保护风机的目的。

当风力瞬时停止，叶片的离心力和弹力使叶片回转到与风轮平面平行的自由偏转角度范围内，在离心力和旋阻力的作用下，叶片处在阻力最小，惯力最大，风轮叶片的惯力与离心惯力蓄力飞轮蓄存的惯力组成合成力，带动发电机轴旋转发电；离心惯力蓄力飞轮启动后，其启动力和惯力同时增加，控制了风轮转速的突然增加或降低，配合叶片离心自动调速机构工作，使发电机输出电压保持衡定稳定。当风轮转速下降到100周／分以下时，离心重力飞块在拉弹的作用下向中心轮靠拢，减少旋转阻力，以便在风力正常后使风机容易启动，继续完成以上功率转速的自动调整和惯力蓄力的发挥过程。

与现有风能利用技术相比，本新型具有以下技术进步。

（1）风机的风能利用率一般在36％左右，本实用新型提高风能利用率10％以上。

（2）转速和功率稳定，出色完成充电瓶工作外，可直接完成一般要求的照明工作。

（3）在小型风机上实现了惯力蓄力和自动调速，性能优越，结构简单，易于推广制造。

为达到本设计的最佳实施效果，设计制作中应注意以下几个要点。

（1）导风罩、叶片要用塑料、铝板、薄铁板制造。叶片平面夹角叶尖的角度要根据形状和面积小于叶根0－15度角；本新型专为300瓦以下小型高速风机设计，风轮直径根据发电机功率在1－2.5米之间确定，叶片轴要在轴套内作90度灵活转动，叶片轴头要锁定可靠。

（2）叶片弹簧的定位销要设在使叶片处在4－16度角的启动有利角度时产生弹力的点上，起始弹力要在限位卡条上调整到风速6米／秒时使叶片继续偏转的弹力，两叶片的弹力要一致。

（3）离心飞轮直径要取风轮直径的1／3－1／5长度，离心重力飞块要用铸铁制造，导孔要平行光洁，在导轴上灵活滑动，重力飞块重量要在1－4公斤确定，飞块的四只拉簧，可以使用弹簧装在飞块导轴上，拉力要一致，拉力要调整到风轮转速100周／分时飞块开始飞离中心轮；飞块内弧与中心轮弧度配合一致，外弧与外风轮外圆框架弧度配合一致，以保障启动和工作时的靠合平稳，中心轮孔与发电机轴用半圆键配合组装，保持风轮平面与发电机端盖平行。

与风轮配合使用的发电机，尾翼机架应保持技术性能合乎要求，以保障本实用新型优越性能的充分发挥。

Claims (1)

1、一种离心惯力和离心调速的风轮总成，其特征是：

(1)风轮叶片呈刀形，安装在外圆框架上的空心轴套内，空心轴套固定在中心轮和外圆框架之间，空心轴套外端口设有由限位半圆铁、限位卡条、弹簧和定位销构成的弹力限位机构，叶片从风轮平面开始可作90度角偏转，偏转到有利启动角度前叶片弹簧不与定位销接触，(2)重力飞块串装在导轴上，导轴固定在中心轮和外圆框架之间，飞块通过弹簧拉向中心轴，构成处在风轮中心的离心式惯力蓄力飞轮，(3)风轮设有流线型导风罩，固定在离心惯力飞轮的外圆框架的外边缘上。

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