专利名称：叶轮机械变桨装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电装置，尤其涉及一种用于风力发电机的叶轮变桨装置。
背景技术：
目前，可再生能源日益减少，同时给环境造成了严重的破坏，我国对新能源的发展非常重视，风能是其中一个重要的部分。在中小型风力发电机中，一般把叶片固定在轮毂上，其桨距角不变，这种风机一般效率较低，同时抵抗大风能力较差。目前，有部分厂家使用变桨技术实现对风能的最大利用，但是存在机械变桨系统易磨损，可靠性低等缺点，容易造成破坏。电控变桨系统有稳定性差,成本高,故障源多等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对以上技术的不足，提供一种新型的叶轮机械变桨装置，从而克服现有技术的部分或全部缺陷。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是本发明风力发电机叶轮机械变桨装置包括离心动力机构、变桨机构、连接盘、中间拉杆、复位弹簧、轮毂和定位块；所述离心动力机构由至少两个离心单元组成，每个离心单元包括离心块、传力片和连接片；在每个离心单元中，离心块与传力片固定连接，传力片与连接片通过关节螺栓连接；各离心单元的传力片分别通过关节螺栓安装在轮毂上，各离心单元的连接片分别通过关节螺栓安装在连接盘上，各离心单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布且各离心单元在运动时互不干涉；所述变桨机构由至少两个变桨单元组成，每个变桨单元包括叶片拉杆、力臂片、叶片轴、叶片和固定盘；在每个变桨单元中，叶片轴插入到轮毂的叶片安装孔中，固定盘与轮毂固定连接，叶片轴置于固定盘和轮毂之间，并且叶片轴与轮毂能够相对转动；力臂片固定安装在叶片轴的根部，叶片轴的顶部与叶片固定连接；叶片拉杆的一端通过关节螺栓与连接盘连接，叶片拉杆的另一端通过关节螺栓与力臂片相连；各变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布；所述复位弹簧套在中间拉杆上，复位弹簧的一端压在轮毂的外侧面上，复位弹簧的另一端固定有带内螺纹孔的定位块，所述定位块与中间拉杆的加工有外螺纹的一端螺纹连接，中间拉杆的另一端与连接盘固定连接；复位弹簧与各离心单元的离心块分位于轮毂的两侧。进一步地，本发明所述离心单元和/或各所述变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形均匀分布。进一步地，本发明所述轮毂上开设有两个以上第一离心单元安装孔，各第一离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布，各所述离心单元的传力片分别安装于对应的第一离心单元安装孔上。进一步地，本发明各所述离心单元的传力片分别通过相应的安装座安装于对应的第一离心单元安装孔上。进一步地，本发明所述连接盘上开设有两个以上第二离心单元安装孔，各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布，各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应的第二离心单元安装孔上。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明的连接盘与中间拉杆固定，同时与各变桨单元的叶片拉杆连接，工作时中间拉杆带动连接盘作轴向移动，使各变桨单元的叶片拉杆的轴向位移相等，进而使各变桨单元的力臂片转角相等，这样可保证所有的叶片迎风角度一致；结构包含至少两个离心单元，旋转时可以产生足够的离心力，同时离心单元均匀分布使整个结构平衡。当离心块随着轮毂转动时，产生偏离轴心的离心力，离心力通过传动片和传力杆拉动连接盘，连接盘使复位弹簧发生变形，同时带动所有变桨单元，从而改变所有叶片的迎风角度。当叶轮转速减小时，复位弹簧起到复位作用，复位弹簧的弹性力可推动连接盘向反方向移动，从而使叶片的迎风角恢复。在整个过程中，叶片的迎风角都能随风速的变化而变化，这样可以使叶轮在每个风速下都处于较好的迎风角，确保了风力发电机运行的安全、稳定、高效。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步描述。图1发明叶轮机械变桨装置的结构 图2是离心单元的结构示意 图3是变桨单元的结构示意 图4是轮毂的结构示意 图5是叶轮机械变桨装置的内部结构示意图(局部)；
图6是连接盘的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明叶轮机械变桨装置包括离心动力机构、变桨机构、连接盘3、复位弹簧4、中间拉杆5、轮毂15和定位块2。如图2所示，离心动力机构由至少两个离心单元组成，离心单元在轮毂15上沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布，各离心单元运行时互不干涉。每个离心单元由离心块6、传力片7和连接片8组成，离心块6与传力片7固定连接，传力片7和连接片8通过关节螺栓16连接，关节螺栓16保证传力片7和连接片8之间可以相对转动。各离心单元的传力片7可分别通过相应的安装座17安装于对应的第一离心单元安装孔上19。如图1所示，各个离心单元的传力片7通过关节螺栓16与已经固定在轮毂15上的安装座17连接，与不同传力片7相连接的安装座17互不相同。其中，安装座17通过螺纹连接的方式或焊接的方式固定在轮毂15的第一离心单元安装孔19上，优选地，第一离心单元安装孔19在轮毂上沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布。如图6所示，连接盘3开设有多个第二离心单元安装孔22，优选地，各第二离心单元安装孔22在连接盘
3上沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布；第二离心单元安装孔22与离心单元--对应，
即连接盘3在各第二离心单元安装孔22处一一对应地与一个离心单元的连接片8通过关节螺栓16连接(参见图1和图2)。如图3所示，变桨机构由至少两个变桨单元组成，每个变桨单元由固定盘18、力臂片10、叶片拉杆9、叶片轴11和一个叶片I组成。如图4所示，轮毂15上沿周向间隔的有多个叶片安装孔13(图4中示例性地示出了 3个叶片安装孔13)。结合图3和图4所示，将叶片轴11插入到对应的叶片安装孔13中，叶片轴11和叶片安装孔13之间可以相对转动；再将固定盘18通过螺栓固定在轮毂15上，使叶片轴11置于固定盘18和轮毂15之间；力臂片10用螺栓固定在叶片轴11的根部，叶片I用螺栓固定在叶片轴11的顶部；叶片拉杆9的一端通过关节螺栓16与连接盘3连接，叶片拉杆9的另一端则通过关节螺栓16与力臂片10相连。如图6所示，连接盘3开设有变桨单元安装孔21，在连接盘3上呈环形均匀分布，变桨单元安装孔21的数量与变桨单元的数量相等。复位弹簧4套在中间拉杆5上；并且，复位弹簧4的一端压在轮毂15的外侧面上，复位弹簧4的另一端固定有带内螺纹孔的定位块2，定位块2与中间拉杆5的加工有外螺纹的一端螺纹连接，中间拉杆5的另一端则与连接盘3固定连接，复位弹簧4与各离心单元的离心块分位于轮毂15的两侧。如图6所示，连接盘3的中心还开设有中间拉杆安装孔20。由于各传力片7与轮毂15之间，各传力片7与连接盘3之间，连接盘3与各叶片拉杆9之间，力臂片10与对应的叶片拉杆9之间均通过关节螺栓16连接，因此它们之间可以相对转动。如图4所示，轮毂15包括轮毂基体14，轮毂基体14的中心开有中心轴孔，在轮毂基体14上沿轮毂15的旋转方向间隔的有叶片安装孔13,从而使叶片安装孔13沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布；并且,各叶片安装孔13的中心轴线与轮毂基体14的中心轴孔的中心轴线相互垂直；在轮毂基体14上还沿轮毂15的旋转方向间隔地开设有第一离心单元安装孔19，第一离心单元安装孔19沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布，并且，各第一离心单元安装孔19的中心轴线与轮毂基体14的中心轴孔的中心轴线相互平行。轮毂基体14上还设有轮毂加强筋12。在图4中所示的是有三个叶片I的风力发电机的轮毂15，轮毂15也相应的有3个叶片安装孔13。在图5中示例地给出了其中一个离心动力单元与一个变桨单元的安装关系示意图。图6为连接盘3的结构示意图，如图6所示，在连接盘3的中心开有中间拉杆连接孔20，中间拉杆连接孔20的中心轴线与轮毂基体14的中心轴孔的中心轴线相互平行；在连接盘3上沿着中间拉杆连接孔20的外圆周开有多个变桨单元连接孔21和第二离心单元连接孔22，其中，各变桨单元连接孔21分布在各第二离心单元连接孔22的外围。参看图1至图6，各变桨单元连接孔21和各第二离心单元连接孔22的中心轴线与轮毂基体14的中心轴孔的中心轴线相互平行，各变桨单元连接孔21和各第二离心单元连接孔22沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布，最终使各离心单元和各变桨单元沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布。本发明的机械变桨装置工作原理是利用离心力驱动叶片轴11转动，而风速的变化会导致叶轮转速的变化，从而改变离心力，进而改变迎风角。具体工作过程为当风速低于切入风速时叶片I处于初始桨距角，此时叶片I可以产生较大的启动力矩，有利于低风速启动；叶轮启动后，随着转速增加时，离心动力机构产生变桨源动力，当离心块6随着轮毂15转动，产生偏离轴心的离心力，离心力通过传动片7和传力杆8拉动连接盘3，连接盘3使复位弹簧4发生变形，同时由连接盘3带动变桨机构的所有变桨单元，使叶片I迅速处于较佳的迎风角，这样可以保证额定风速以下风机的输出功率，连接盘3同时与各变桨单元的叶片拉杆9连接，工作时中间拉杆5带动连接盘3轴向移动，使各变桨单元的叶片拉杆9的轴向位移相等，进而使各变桨单元的力臂片10转角相等，这样可保证所有的叶片I迎风角度一致；结构包含至少两个离心单元，旋转时可以产生足够的离心力，同时离心单元均匀分布使整个结构平衡。当超过额定风速时，叶轮转速小幅提高，进一步改变桨距角，此时可以限制叶轮的驱动力矩，从而限制了转速的进一步提高，使整个结构安全。当叶轮转速减小时，复位弹簧4起到复位作用，弹簧的弹性力推动连接盘3向反方向移动，从而使叶片I的迎风角恢复。整个过程，叶片I迎风角都能随风速的变化而变化，这样可以使叶轮在每个风速下都处于较好的迎风角。本发明整体结构简单，响应即时；可以实现低风速时有较佳的启动角，额定风速时使叶轮处于最佳尖速比，高风速时限速；整个关节结构使用耐磨关节轴承，使用寿命长，确保了风力发电机运行的安全、稳定、高效。
权利要求
1.一种风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是包括离心动力机构、变桨机构、连接盘、中间拉杆、复位弹簧、轮毂和定位块；所述离心动力机构由至少两个离心单元组成，每个离心单元包括离心块、传力片和连接片；在每个离心单元中，离心块与传力片固定连接，传力片与连接片通过关节螺栓连接； 各离心单元的传力片分别通过关节螺栓安装在轮毂上，各离心单元的连接片分别通过关节螺栓安装在连接盘上，各离心单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布且各离心单元在运动时互不干涉；所述变桨机构由至少两个变桨单元组成，每个变桨单元包括叶片拉杆、力臂片、叶片轴、叶片和固定盘；在每个变桨单元中，叶片轴插入到轮毂的叶片安装孔中，固定盘与轮毂固定连接，叶片轴置于固定盘和轮毂之间，并且叶片轴与轮毂能够相对转动；力臂片固定安装在叶片轴的根部，叶片轴的顶部与叶片固定连接；叶片拉杆的一端通过关节螺栓与连接盘连接，叶片拉杆的另一端通过关节螺栓与力臂片相连；各变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布；所述复位弹簧套在中间拉杆上，复位弹簧的一端压在轮毂的外侧面上，复位弹簧的另一端固定有带内螺纹孔的定位块，所述定位块与中间拉杆的加工有外螺纹的一端螺纹连接，中间拉杆的另一端与连接盘固定连接；复位弹簧与各离心单元的离心块分位于轮毂的两侧。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是各所述离心单元和/或各所述变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是所述轮毂上开设有两个以上第一离心单元安装孔，各第一离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布，各所述离心单元的传力片分别安装于对应的第一离心单元安装孔上。
4.根据权利要求3所述的风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是各所述离心单元的传力片分别通过相应的安装座安装于对应的第一离心单元安装孔上。
5.根据权利要求1或2所述的风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是所述连接盘上开设有两个以上第二离心单元安装孔，各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布，各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应的第二离心单元安装孔上。
6.根据权利要求3所述的风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是所述连接盘上开设有两个以上第二离心单元安装孔，各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布，各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应的第二离心单元安装孔上。
7.根据权利要求4所述的风力发电机叶轮机械变桨装置，其特征是所述连接盘上开设有两个以上第二离心单元安装孔，各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布，各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应的第二离心单元安装孔上。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电机叶轮机械变桨装置。它包括连接盘、中间拉杆、复位弹簧、轮毂、定位块、由至少两个离心单元组成的离心动力机构和由至少两个变桨单元组成的变桨机构；各离心单元包括离心块、传力片和连接片；各离心单元分别与轮毂、连接盘连接，各离心单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布且各离心单元在运动时互不干涉；各变桨单元包括叶片拉杆、力臂片、叶片轴、叶片和固定盘，各变桨单元分别与轮毂、连接盘安装在一起，各变桨单元的叶片沿轮毂的旋转方向呈环形分布；复位弹簧套在中间拉杆上，复位弹簧的一端压在轮毂的外侧面上，复位弹簧的另一端通过带内螺纹孔的定位块与中间拉杆的一端螺纹连接，中间拉杆的另一端与连接盘固定连接。
文档编号F03D7/00GK102996345SQ20121057375
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者陈波 申请人:浙江理工大学