CN215170520U - 变桨机构和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种变桨机构和风力发电机组，变桨机构适用于风力发电机组，变桨机构包括底座、十字盘组件、连杆组件、多个驱动装置，底座固定连接有固定轴，十字盘组件包括内盘体和外盘体，内盘体和外盘体分别套设于固定轴的外侧，外盘体位于内盘体和底座之间，内盘体的法线与外盘体的法线平行，连杆组件用于连接在叶片和内盘体之间，多个驱动装置连接于底座和外盘体之间，驱动装置能够伸长或缩短，以驱动外盘体的与驱动装置连接的部位远离或者靠近底座。如此设置，内盘体可以连接在叶片上，在外盘体静止状态下，内盘体可以随叶片一起转动，每个叶片在随轮毂转动的过程中在不同位置可以具有不同的桨距角。

Description

变桨机构和风力发电机组

技术领域

本公开属于风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨机构和风力发电机组。

背景技术

叶片是风力发电机组中的重要组成部件，通常是多个叶片安装在轮毂法兰上以组成叶轮，由于自然风的流动方向可能时时改变，为了更好地适应风向，叶片需要相对于轮毂法兰发生偏转，即变桨。

目前，轮毂上的三个叶片通常始终保持相同的桨距角，使得叶片在不同的方位角不能更高效地吸收风能。本领域技术人员亟需提供一种能够分别调整每个叶片的桨距角的变桨机构。

实用新型内容

本公开的主要目的在于提供一种变桨机构，以使得该变桨机构能够分别独立调整每个叶片的桨距角。

针对上述目的，本公开提供如下技术方案：

本公开一个方面，提供一种变桨机构，适用于风力发电机组，所述变桨机构包括底座、十字盘组件、连杆组件、多个驱动装置，所述底座固定连接有固定轴，所述十字盘组件包括内盘体和外盘体，所述内盘体和所述外盘体分别套设于所述固定轴的外侧，所述外盘体位于所述内盘体和所述底座之间，所述内盘体的法线与所述外盘体的法线平行，所述连杆组件用于连接在叶片和所述内盘体之间，多个所述驱动装置连接于所述底座和所述外盘体之间，所述驱动装置能够伸长或缩短，以驱动所述外盘体的与所述驱动装置连接的部位远离或者靠近所述底座。

本公开一示例性实施例，所述内盘体的外周边缘突出设置有多个内盘凸部，所述内盘凸部上设置有沿所述内盘体的周向延伸的连杆枢转轴，所述外盘体的外周边缘设置有多个外盘凸部，所述外盘凸部上设置有沿所述外盘体的径向延伸的驱动装置枢转轴。

进一步地，所述十字盘组件还包括球头，所述球头沿所述固定轴的轴向可移动地套设于所述固定轴的外周，所述内盘体设置有与所述球头匹配的球窝，所述球头可转动地设置于所述球窝内。

可选地，所述内盘体的朝向所述外盘体的一侧轴向突出延伸有内盘筒体，所述十字盘组件还包括轴承，所述轴承的轴承内圈和轴承外圈两者中的一者连接于所述内盘筒体上，所述轴承的轴承内圈和轴承外圈两者中的另一者固定于所述外盘体上。

本公开另一示例性实施例，所述内盘筒体的自由端设置有沿所述内盘筒体的径向突出延伸的凸块，所述凸块布置于所述轴承的背向所述内盘体的一侧。

可选地，所述外盘体、所述内盘体以及内盘筒体同轴设置。

进一步地，所述驱动装置为伸缩缸，所述伸缩缸的一端铰接于所述底座上，所述伸缩缸的另一端铰接于所述驱动装置枢转轴上。

本公开另一示例性实施例，所述外盘体上设置有外盘体凹孔，所述轴承外圈上设置有外圈凸柱，外圈凸柱设置于所述外盘体凹孔内。

本公开另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的变桨机构。

本公开另一示例性实施例，所述风力发电机组还包括机舱、轮毂以及叶片，所述轮毂可转动地设置于所述机舱的前端，所述叶片可摆动地设置于所述轮毂的轮毂法兰上，所述变桨机构的固定轴的第二端固定于所述机舱的前端，且所述固定轴与所述轮毂同轴设置，每个所述叶片连接于所述变桨机构的连杆组件上。

本公开提供的变桨机构和风力发电机组至少具有如下有益效果：本公开提供的十字盘组件包括可转动地套设于球头外周的内盘体和外盘体，且该内盘体可以连接在叶片上，在外盘体静止状态下，内盘体可以随叶片一起转动，每个叶片在随轮毂转动的过程中在不同位置可以具有不同的桨距角，即该变桨机构可以分别独立地调整每个叶片的桨距角。除此，在风力发电机组工作过程中，外盘体可以保持静止状态，即驱动装置无需频繁变化长度，从而提高了变桨机构的使用寿命，也就提高了风力发电机组的使用寿命。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1为本公开一示例性实施例提供的风力发电机组的结构图。

图2为图1的I圈内结构的局部放大图。

图3为图1中的十字盘组件的结构图。

图4为图3中的十字盘组件的局部剖视图。

图5为图3中的十字盘组件的轴向剖视图。

附图标记说明：

10、塔架； 20、机舱；

30、叶片； 401、底座；

402、驱动装置； 403、连杆组件；

404、内盘体； 405、外盘体；

406、外盘凸部； 407、内盘凸部；

408、固定轴； 409、轴承内圈；

410、轴承外圈； 411、球头；

412、内盘筒体； 413、凸块；

414、连杆枢转轴； 415、驱动装置枢转轴；

416、外圈凸柱； 417、外盘体凹孔；

201、轮毂。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

图1为本公开一示例性实施例提供的风力发电机组的结构图。参照图1，风力发电机组包括塔筒10、设置于塔筒10顶端的机舱20以及布置于机舱20前端的叶片30。具体地，机舱20的前端设置有轮毂201，叶片30可以设置于轮毂201的轮毂法兰上，如图2所示。

图2是图1的I圈内结构的布局放大图，作为示例，轮毂201可以沿其周向均匀布置有3个轮毂法兰，每个轮毂法兰上分别连接有各自的叶片30。由于叶片30在绕轮毂旋转的过程中，在不同位置处的风速可以不同，例如位于轮毂201上方的位置处的风速可以大于位于轮毂201下方的位置处的风速，为了很好地保护叶片30，叶片30在不同位置处可以具有不同的桨距角。

具体地，本公开一示例性实施例，提供一种变桨机构，变桨机构可以包括底座401、十字盘组件、连杆组件403以及多个驱动装置402，底座401可以固定连接有固定轴408，十字盘组件可以包括内盘体404和外盘体405，内盘体404和外盘体405分别套设于固定轴408的外侧，且外盘体405位于内盘体404和底座401之间，也就是说，内盘体404和外盘体405沿固定轴408的轴向布置，连杆组件403用于连接在叶片和内盘体404之间，多个驱动装置402可以连接于底座401和外盘体405之间，该驱动装置402能够伸长或缩短，以驱动外盘体405的与驱动装置402连接的部位远离或者靠近底座401。

作为示例，固定轴408可以固定连接在机舱20上，例如但不限于，固定轴408的一端可以固定于机舱20的前端，固定轴408的另一端可以固定有底座401，可以理解的是，底座401通过固定轴408固定于机舱20上。本实施例定义的机舱20的前端可以为机舱20的设置有轮毂201的一端。

驱动装置402的一端连接在底座401上，另一端连接在外盘体405上，以通过驱动装置402的伸长或者缩短来带动外盘体405相对于固定轴408摆动，从而调整外盘体405的法线与固定轴408的轴线之间的夹角。作为示例，驱动装置402可以为伸缩缸，伸缩缸的一端可以铰接在底座401上，伸缩缸的另一端可以铰接在外盘体405上。可选地，伸缩缸的另一端可以铰接在驱动装置枢转轴415上，将在下文中描述。进一步地，本公开提供的驱动装置402可以为液压缸或者气缸。可选地，本公开提供的变桨机构可以包括多个驱动装置402，且沿外盘体405的周向均匀设置。作为示例，本公开中提供的变桨机构包括3个驱动装置402。

由于内盘体404的法线与外盘体405的法线可以平行，在外盘体405保持静止的情况下，内盘体404的法线与固定轴408的轴线之间可以保持恒定的夹角，内盘体404可以随着轮毂201一同旋转，即内盘体404可以绕固定轴408旋转，在内盘体404的转动过程中，每个叶片30在不同位置处可以具有不同的桨距角，如此在驱动装置402无需频繁变化长度的情况下，每个叶片30可以周期性变桨，从而提高了驱动装置402的使用寿命，也就提高了变桨机构的使用寿命。

进一步地，参照图1至图5，内盘体404的外周边缘可以设置有多个内盘凸部407，内盘凸部407上设置有沿内盘体404的周向延伸的连杆枢转轴414，外盘体405的外周边缘可以设置有多个外盘凸部406，外盘凸部406上设置有沿外盘体405的径向延伸的驱动装置枢转轴415。如此设置，驱动装置枢转轴415可以与连杆枢转轴414位于不同的圆周上，以在内盘体404旋转过程中，避免驱动装置枢转轴415对连杆枢转轴414造成干涉。可选地，连杆枢转轴414布置于驱动装置枢转轴415的内侧，即驱动装置枢转轴415的径向内端所在的圆周的半径大于与连杆枢转轴414相外切的圆周的半径。

本公开另一示例性实施例，十字盘组件还可以包括球头411，球头411沿该固定轴408的轴向可移动地套设于固定轴408的外周，内盘体404可以设置有与球头411匹配的球窝，球头411可转动地设置于该球窝内。如此设置，内盘体404可以绕球头411自由旋转，从而可以满足叶片30的各种变桨需求，也就提高了变桨机构的适用范围。作为示例，球头411的中部可以设置有供固定轴408穿过的通孔，且该通孔的直径与固定轴408的直径相同，从而可以避免球头411相对于固定轴408转动。

继续参照图3至图5，为了提高十字盘组件的一致性，内盘体404的朝向外盘体405的一侧可以轴向突出延伸有内盘筒体412，十字盘组件还可以包括轴承，轴承的轴承内圈409和轴承外圈410两者中的一者可以连接于内盘筒体412上，轴承的轴承内圈409和轴承外圈410两者中的另一者可以固定于外盘体405上。如此设置，通过轴承可以将内盘体404和外盘体405连接到一起，且在外盘体405处于静止状态时，内盘体404可以自由旋转。除此，通过轴承将两者连接在一起，在驱动装置402的作用下，内盘体404可以及时调整角度，从而可以对叶片30进行实时调整，也就是说，本公开提供的变桨机构可以及时变桨，缩短了变桨机构的调整速度。

通过在内盘体404的朝向外盘体405的一侧设置内盘筒体412，可以实现内盘体404和外盘体405之间的轴承连接，结构简单，制造成本低廉。可选地，内盘筒体412可以与内盘体404一体成型，但不以此为限。作为示例，轴承内圈409套设在内盘筒体412上，轴承外圈410连接在外盘体405上。进一步地，内盘体404、内盘筒体412以及外盘体405三者可以同轴设置。

为了防止内盘体404与轴承脱离，提高变桨机构的连接可靠性，内盘筒体412的自由端可以设置有沿内盘筒体412的径向突出延伸的凸块413，凸块413可以布置于轴承的背向内盘体404的一侧。可选地，凸块413可以直接抵顶在轴承内圈409的轴向端部。进一步地，凸块413可以为内盘筒体412的外翻边，但不以此为限。

参照图3和图4，为了进一步提高轴承与外盘体405之间的连接稳定性，防止两者出现滑脱，外盘体405上可以设置有外盘体凹孔417，轴承外圈410上可以设置有外圈凸柱416，外圈凸柱416可以设置于外盘体凹孔417内，从而可以使外盘体405稳定地套设于轴承外圈410上，而不会出现两者之间的相对转动。可选地，外圈凸柱416可以设置为可拆卸地连接在轴承外圈410上，例如但不限于，外圈凸柱416可以通过螺纹连接在轴承外圈410上。

本公开提供的风力发电机组还可以包括机舱20、轮毂201以及叶片30，轮毂201可转动地设置于机舱20的前端，叶片30可摆动地设置于轮毂201的轮毂法兰上，变桨机构的固定轴408的一端可以固定于机舱20的前端，且固定轴408可以与轮毂201同轴设置，每个叶片30可以连接于变桨机构的连杆组件403上。

本公开的变桨机构通过设置十字盘组件，可以使内盘体404的法线与固定轴408的轴线保持恒定值的情况下，内盘体404可以绕固定轴408转动，在内盘体404的转动过程中，每个叶片30可以周期性地变桨，从而可以实现每个叶片30周期性变桨的情况下，驱动装置402无需频繁工作，降低了驱动装置402的出错的概率，提高了变桨机构的工作可靠性。除此，也提高了驱动装置402的使用寿命，从而提高了变桨机构的使用寿命。

进一步地，内盘体404和外盘体405可以通过轴承连接，在外盘体405的法线相对于固定轴408的轴线发生改变的情况下，内盘体404可以及时作出调整，也就降低了变桨机构的反应速度，提高了变桨机构的灵敏性。

本公开提供的变桨机构的工作原理是：叶片30绕轮毂201旋转的过程中将带动连杆组件403和内盘体404转动，而十字盘组件的外盘体405连接在驱动装置402的一端上，驱动装置402的另一端固定在底座401上，如此，外盘体405和驱动装置402并不绕固定轴408旋转。

三个驱动装置402全部伸长或缩短可以推动十字盘组件沿固定轴408的轴向移动，十字盘组件可以带动连杆组件403进一步使叶片30转动，从而统一改变三片叶片30的桨距角；当三个驱动装置402的长度发生不同改变时，十字盘组件的倾角会随之发生改变，从而拉动连杆组件403带动叶片30不同程度地转动，在叶片30随轮毂201旋转时，各叶片30在连杆组件403的牵引下会周期地在不同的方位角产生不同的桨距角。

如在小风阶段，需要叶片30吸收更多的风能，高处的风相比低处的风大，叶片30在上方位角和下方位角的最优桨距角不同：叶片30在上方位角的最优桨距角小，在下方位角的最优桨距角大。如图2所示，一个驱动装置402(位于十字盘组件上方的驱动装置402)可以缩短，另外两个驱动装置402可以伸长，从而使十字盘组件的与上述的一个驱动装置402的连接点远离叶片旋转平面，十字盘组件的与上述的另外两个驱动装置402的连接点靠近叶片旋转平面，使得十字盘组件可以发生倾斜，叶片30在连杆组件403的牵引下，旋转到上方位角时桨距角变小，旋转到下方位角时桨距角变大。

在上述3个驱动装置402保持相同长度的情况下，每个叶片30在旋转过程中桨距角将保持恒定；在上述3个驱动装置402同时伸长或者缩短的情况下，3个叶片30的桨距角将同时变化或同时变小。

在大风满发阶段，同样高处的风相比低处的风大，叶片30承受相同的极限载荷需在上方位角时桨距角大，而在下方位角时桨距角小，此时位于十字盘组件上方的驱动装置402可以伸长，另外两个驱动装置402可以缩短，从而使十字盘组件的与上述的一个驱动装置402的连接点靠近叶片旋转平面，十字盘组件的与上述的另外两个驱动装置402的连接点远离叶片旋转平面，从而叶片30在连杆组件403的牵引下，旋转到上方位角时桨距角变大，旋转到下方位角时桨距角变小，这样可以避免叶片30在不同方位角吸收风能不同而造成机组较大的周期性震动，降低疲劳载荷。

本公开提供的变桨机构可以对每个叶片30分别独立变桨，从而提高了风能利用率，从而提高了发电量。进一步地，通过周期变桨，在易扫塔的方位区可特殊考虑叶片的桨距角，从而降低扫塔的风险。通过周期变桨，可以避免在大风状态下，叶片在不同方位角吸收载荷不同而造成的较大的周期性震动，可以有效降低疲劳载荷。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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公开和简化描述，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公开的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本公开的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

Claims (10)

1.一种变桨机构，适用于风力发电机组，其特征在于，所述变桨机构包括：

底座(401)，所述底座(401)固定连接有固定轴(408)；

十字盘组件，所述十字盘组件包括内盘体(404)和外盘体(405)，所述内盘体(404)和所述外盘体(405)分别套设于所述固定轴(408)的外侧，所述外盘体(405)位于所述内盘体(404)和所述底座(401)之间，所述内盘体(404)的法线与所述外盘体(405)的法线平行；

连杆组件(403)，用于连接在叶片和所述内盘体(404)之间；

多个驱动装置(402)，连接于所述底座(401)和所述外盘体(405)之间，所述驱动装置(402)能够伸长或缩短，以驱动所述外盘体(405)的与所述驱动装置(402)连接的部位远离或者靠近所述底座(401)。

2.如权利要求1所述的变桨机构，其特征在于，所述内盘体(404)的外周边缘突出设置有多个内盘凸部(407)，所述内盘凸部(407)上设置有沿所述内盘体(404)的周向延伸的连杆枢转轴(414)，所述外盘体(405)的外周边缘设置有多个外盘凸部(406)，所述外盘凸部(406)上设置有沿所述外盘体(405)的径向延伸的驱动装置枢转轴(415)。

3.如权利要求1所述的变桨机构，其特征在于，所述十字盘组件还包括球头(411)，所述球头(411)沿所述固定轴(408)的轴向可移动地套设于所述固定轴(408)的外周，所述内盘体(404)设置有与所述球头(411)匹配的球窝，所述球头(411)可转动地设置于所述球窝内。

4.如权利要求1所述的变桨机构，其特征在于，所述内盘体(404)的朝向所述外盘体(405)的一侧轴向突出延伸有内盘筒体(412)，所述十字盘组件还包括轴承，所述轴承的轴承内圈(409)和轴承外圈(410)两者中的一者连接于所述内盘筒体(412)上，所述轴承的轴承内圈(409)和轴承外圈(410)两者中的另一者固定于所述外盘体(405)上。

5.如权利要求4所述的变桨机构，其特征在于，所述内盘筒体(412)的自由端设置有沿所述内盘筒体(412)的径向突出延伸的凸块(413)，所述凸块(413)布置于所述轴承的背向所述内盘体(404)的一侧。

6.如权利要求4所述的变桨机构，其特征在于，所述外盘体(405)、所述内盘体(404)以及内盘筒体(412)同轴设置。

7.如权利要求2所述的变桨机构，其特征在于，所述驱动装置(402)为伸缩缸，所述伸缩缸的一端铰接于所述底座(401)上，所述伸缩缸的另一端铰接于所述驱动装置枢转轴(415)上。

8.如权利要求4所述的变桨机构，其特征在于，所述外盘体(405)上设置有外盘体凹孔(417)，所述轴承外圈(410)上设置有外圈凸柱(416)，外圈凸柱(416)设置于所述外盘体凹孔(417)内。

9.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-8中任一项所述的变桨机构。

10.如权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括机舱(20)、轮毂(201)以及叶片(30)，所述轮毂(201)可转动地设置于所述机舱(20)的前端，所述叶片(30)可摆动地设置于所述轮毂(201)的轮毂法兰上，所述变桨机构的固定轴(408)的第二端固定于所述机舱(20)的前端，且所述固定轴(408)与所述轮毂(201)同轴设置，每个所述叶片(30)连接于所述变桨机构的连杆组件(403)上。

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