CN2546647Y

CN2546647Y - 小型风力发电机用自稳速风轮

Info

Publication number: CN2546647Y
Application number: CN02230150U
Authority: CN
Inventors: 张文华
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2012-03-28

Abstract

一种小型风力发电机用自稳速风轮，当风速超过额定设计风速时，可自行调整桨距，降低风轮转速达到稳速的目的。该风轮包括轮毂、稳速机构、桨叶和桨叶轴。其中稳速机构包括一个具有中分面的壳体、套装在桨叶轴头上的扭簧、插入该轴头径向透孔中的限位销、以及开口销、滚动轴承、端盖等。整个调速机构用螺栓固装在轮毂上。本实用新型结构简单，成本低廉，易于推广，有广阔的市场前景。

Description

小型风力发电机用自稳速风轮

技术领域

一种小型风力发电机用自稳速风轮作为风力发电机的驱动装置，当风速超过额定设计风速时，可自行稳定风轮转速。用于小型风力发电机具有结构简单，成本低廉，易于推广等优点。

背景技术

风能是一种经济且带有环保性质的能源。利用风能发电具有久远的历史。但众所周知，风能具有随机性，人们无法预知某时某刻风力的大小和方向，且一年四季变化很大。因此风力发电的技术关键在于在各种风速下实现稳定发电。通常是从统计规律出发，选择适当的风速作为额定设计风速，并确定相应的风轮额定转速。十分明显，偶然的强风将导致风轮转速过快(俗称飞车)、超负荷或振动，其后果可能是破坏性的。因此，在结构设计上风轮应具有稳速功能。其实施办法是多种多样的。

国外，特别是发达国家，整体经济水平比较高，以开发和使用中大型机为主。早期采用过的风轮稳速机构，如风轮桨叶固定结构的侧风轮式、离心制动式和翼片空气动力制动式，以及风轮桨距可变结构的离心力变距式等已被先进、高精度的电子调速方式取代。尽管其结构复杂，成本较高，但技术更成熟，可靠性更强。

目前我国还没有制造中大型风力发电机的能力。生产和销售的小型风力发电机以非调速形式为主。遇有超风速情况，一般采用锁住风轮或三相电短路等被动停机手段。其结果是危险和浪费能源。有人尝试将西方已有的调速技术用于小型机的生产，但大概由于价格和性能比方面的原因，未能形成市场。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有自适应性能的风轮稳速机构，即当风速超过额定设计风速，并使风轮转速超过额定转速时，风轮上的桨叶会借助风力自行调整其在风轮轮毂上的安装角(通称改变桨距)，亦即调整桨叶横断面翼型的迎风角，产生较小的升力，进而降低风轮转速，达到稳速的目的。

小型风力发电机用自稳速风轮包括轮毂、稳速机构、桨叶和桨叶轴。其中桨叶轴轴线沿桨叶纵向布置，整个桨叶可绕该轴线转动。桨叶轴的一端通过稳速机构安装在风轮的轮毂上。稳速机构包括一个有中分面的壳体、两套滚动轴承、扭簧、限位销、开口销、端盖和螺栓。其中扭簧套装在桨叶轴的轴头上，扭簧的一端固装在壳体上，另一端与插入该轴头直径方向上透孔中的限位销头部固连。限位销头部可在上述壳体内小于90°的周向特殊槽道内滑动。开口销插入限位销尾端透孔中，以防其窜动。两套滚动轴承套装在该端桨叶轴上，装于所述壳体中，用四根螺栓将其固定在所述轮毂上，并用端盖封堵。

上述机构可确保桨叶在扭簧力的作用下工作于初始安装角，当过大的风速使风轮转速超过额定转速时，在桨叶上形成的使桨叶绕桨叶轴轴线转动的力矩克服扭簧力矩而改变初始安装角，即改变桨叶横断面翼型的迎风角，降低使风轮旋转的桨叶升力，达到稳速的目的。

其空气动力学原理可简述如下：参照附图1，绝对风速V沿轮毂[1]的轴线方向，桨叶[3]可绕桨叶轴[4]旋转，桨叶[3]的受力中心为O，整个风轮绕轮毂[1]轴线旋转，转向为U，形成的相对风速为W，桨叶翼形弦线与旋转平面间的夹角α为安装角而与相对风速W间的夹角θ为迎风角。相对风速W作用于桨叶[3]上后产生两个分力，分力F_l称为升力，是使风轮旋转的力，垂直于相对风速W；分力F_d称为阻力，是阻止风轮旋转的力，平行于相对风速W。机翼理论表明：在不失速的条件下，升力F_l和阻力F_d均随着桨叶面积、相对风速W的平方和迎风角θ的增加而增加。在最佳迎风角状态下，升力F_l远大于阻力F_d。当迎风角θ减小时，就会导致升力F_l下降，进而使风轮转速下降。当绝对风速V超过额定设计风速时，可利用桨叶[3]上的升力F_l和阻力F_d对桨叶轴[4]所产生的力矩克服扭簧的力矩来减小迎风角θ，从而达到了降低转速的目的。

附图说明

图1桨叶工作的空气动力学原理图

图2自稳速风轮整体结构示意图

图3稳速机构结构示意图

具体实施方式

下面给出实施本发明的优选方案，并结合附图加以说明。

附图2给出了具有3个桨叶[3]的小型风力发电机用自稳速风轮整体结构示意图，它包括轮毂[1]、稳速机构[2]、桨叶[3]和桨叶轴[4]。其中桨叶轴[4]轴线沿桨叶[3]纵向布置。桨叶轴[4]的端部通过稳速机构[2]安装在风轮的轮毂[1]上。固定在轮毂[1]上的稳速机构[2]如图3所示，它包括一个具有中分面的壳体[24]、两套滚动轴承[21]、扭簧[23]、限位销[22]、开口销[27]、端盖[25]和螺栓[26]。其中扭簧[23]套装在桨叶轴[4]的轴头上，其一端固装在壳体[24]上，另一端与插入上述轴头沿径向透孔中的限位销[22]头部固连。限位销[22]头部可在壳体[24]内周向加工出的小于90°的槽道中滑动。开口销[27]插入限位销[22]尾部的径向透孔中，以防止限位销[22]轴向窜动。两套滚动轴承[21]套装在该端桨叶轴[4]和壳体[24]之间，使桨叶轴[4]可相对于壳体[24]自由转动。壳体[24]端部用端盖[25]封堵，并用四根螺栓[26]将稳速机构[2]固定于轮毂[1]上。

这种自稳速风轮结构简单，成本低廉，特别适用于小型风力发电机，市场潜力大。

Claims

1.一种小型风力发电机用自稳速风轮，它包括轮毂[1]、稳速机构[2]、桨叶[3]和桨叶轴[4]；其特征在于每个桨叶[3]通过桨叶轴[4]和稳速机构[2]固装在轮毂[1]上；稳速机构[2]包括一个具有中分面的壳体[24]、两套滚动轴承[21]、扭簧[23]、限位销[22]、开口销[27]、端盖[25]和螺栓[26]；扭簧[23]套装在桨叶轴[4]的轴头上，其一端固装在壳体[24]上，另一端与插入上述轴头沿径向透孔中的限位销[22]头部固连；限位销[22]头部可在壳体[24]内沿周向加工出的小于90°的槽道中滑动，开口销[27]插入限位销[22]尾部的径向透孔中；两套滚动轴承[21]套装在桨叶轴[4]该端和壳体[24]之间，端部用端盖[25]封堵，并用四根螺栓[26]固定在轮毂[1]上。