一种风机临界转速的控制装置的制作方法

本发明涉及一种风机临界转速的控制装置，属于风电设备技术领域。

背景技术：

随着化石能源的日益紧缺，世界各国纷纷将目光转向可再生能源。风能作为一种清洁、可再生的绿色能源受到广泛关注。风力发电是目前最为主要的风能利用手段，主要通过风带动风机叶片转动从而带动发电设备转动来产生电能，主要包括水平轴风机和垂直轴风机两种。目前风力发电厂主要分为陆地发电厂和海上发电厂，与陆地相比，海上遮挡物较少空间更为广阔，因此风能资源更加集中、稳定。同时海上风场对周围的自然环境以及生活环境影响较小，从而降低风场运营成本。因此与陆地风电开发相比，海上风电开发具有更多的技术和成本优势。

海上风机在能够获得更多的风力资源的同时也要面对更为恶劣的海上环境，包括海浪、海流的袭扰，海水腐蚀以及台风的影响。对我国而言，东南沿海包括江苏、福建以及广东等省份海上风能资源丰富，但同时每年都会有数月的台风期，对海上生产生活造成了不小的影响，为此需要考虑风机在极端恶劣环境下的生存能力。台风过境时风机叶片会高速运转，这种情况下发电装置的转速会剧烈增加甚至超过其临界转速，从而造成严重的“飞车”事故，这会对风机叶片以及发电装置造成巨大损伤，甚至直接破坏发电装置。因此对海上风机而言，需要专门的装置来控制风机在极端天气条件下的临界转速，提高风机的海上生存能力减少维护成本，从而更大程度地改善其经济效益。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风机临界转速的控制装置，该控制装置能够在台风等极端恶劣条件下降低风机的转速，使其转速维持在正常运转的区间，从而实现风机在过速情况下的自我保护。

本发明采用的技术方案是：一种风机临界转速的控制装置，它包括风机叶片，它还包括一个减速板、收放机构和缓冲装置，所述减速板通过第一铰链与风机叶片连接，所述收放机构的一端固连于第一连接件，另一端固连于第二连接件，第一连接件通过第三铰链与风机叶片铰链连接，第二连接件通过第二铰链与减速板铰链连接，在风机叶片的尖部处设有缓冲装置，缓冲装置与减速板的叶片尖部相配合；当风机叶片的转速低于临界转速时，所述减速板在收放机构的作用下位于初始位置呈闭合状态，当风机叶片的转速高于临界转速时，所述减速板在收放机构的作用下开始转动变为开启状态。

所述缓冲装置采用在缓冲减速板闭合时对叶片冲击的缓冲垫或缓冲弹簧。

所述减速板位于闭合状态时，风机叶片的表面与减速板的表面采用平滑过渡的流线形外形。

所述收放机构采用被动控制方式或主动控制方式，包括利用弹簧、液压装置机构实现减速板的收放。

所述控制装置应用于水平轴风机或垂直轴风机。

所述控制装置安装于风机叶片的相应位置，包括叶根以及叶梢部位，并与风机叶片相配合。

所述控制装置通过减速板的开启与闭合实现风机叶片所受空气阻力的改变，从而利用空气阻力实现对风机叶片转速的调节。

本发明的有益效果是：这种风机临界转速的控制装置包括风机叶片、减速板、收放机构和缓冲装置。减速板与风机叶片通过铰链连接，在风机叶片的尖部处设有缓冲装置。当风机叶片的转速低于临界转速时，减速板位于闭合状态，当风机叶片的转速高于临界转速时，减速板转动变成开启状态。当减速板位于开启状态时，风机叶片的空气阻力增大，从而控制风机的临界转速，实现对风机在高转速情况下的制动、保护。该控制装置根据改变风机空气阻力大小来实现对叶片转速的控制，因此可以广泛应用于水平轴风机以及垂直轴风机。此外该装置在降低机械故障率的同时也降低了整套风机装置的成本。另外当风机叶片转速超过临界转速时，可以根据实际转速的不同让减速板开启的不同角度来产生额外的空气阻力，通过空气阻力的大小来调节叶片转速。

附图说明

图1是一种风机临界转速的控制装置在垂直轴风机上应用的示意图。

图2是一种风机临界转速的控制装置的结构图。

图3是一种风机临界转速的控制装置的减速板位于闭合状态的结构图。

图4是一种风机临界转速的控制装置的减速板位于开启状态的结构图。

图中：1、风机叶片，1a、叶片尖部，2、第一铰链，2a、第二铰链，2b、第三铰链，3、减速板，3a、尖部，4、第一连接件，4a、第二连接件，5、收放机构，6、缓冲装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1、2、3、4示出了一种风机临界转速的控制装置的结构图。这种风机临界转速的控制装置包括风机叶片1、减速板3、收放机构5和缓冲装置6。减速板3通过第一铰链2与风机叶片1的铰链连接。收放机构5的一端固定连接于第一连接件4，另一端固定连接与第二连接件4a，第一连接件4通过第三铰链2b与风机叶片1连接，第二连接件4a通过第二铰链2a与减速板3连接，在风机叶片1的尖部1a处设有缓冲装置6，缓冲装置6与减速板3的叶片尖部3a相配合。当风机叶片1的转速低于临界转速时，所述减速板3在收放机构5的作用下位于初始位置呈闭合状态。当风机叶片1的转速高于临界转速时，所述减速板3在收放机构5的作用下开始转动变成开启状态。

收放机构5采用被动控制方式或主动控制方式，可以通过弹簧、液压装置等机构实现减速板的开启与回收。缓冲装置6采用可以缓冲减速板3闭合时冲击力的缓冲垫或缓冲弹簧。减速板3位于闭合状态时，风机叶片1的表面与减速板3的表面采用平滑过渡的流线形外形。

上述技术方案的具体工作原理如下：风机在来流作用下开始旋转，当叶片转速低于临界转速时，随叶片一同旋转的减速板在收放机构作用下位于闭合状态，如图3所示。当叶片转速超过临界转速时，收放机构被触发，减速板在收放机构作用下绕铰接轴旋转偏离其初始位置，如图4所示，风机叶片迎风面积变大造成叶片空气阻力增大，风机叶片转速降低从而实现控制风机临界转速的目的。当风机叶片转速降低至临界转速以下时，在收放机构作用下减速板回到初始闭合状态，在减速板即将闭合的一瞬间，通过缓冲装置减小其对风机叶片的冲击力。

为更好地实现该装置控制功能，风机叶片应在该控制装置安装位置进行相应设计，包括相关区域结构的加强，同时设计预留出足够的空间以容纳减速板、收放机构及其相关连接构件。

减速板的尺寸以及收放机构的相关参数应根据情况进行设计选取，设计时应考虑风机安装地点的风力大小，风机的正常转速以及临界转速，同时考虑风机叶片尺寸等相关因素。

技术特征：

技术总结
一种风机临界转速的控制装置，属于风电设备技术领域。该控制装置主要包括减速板、收放机构和缓冲装置。减速板通过铰链与风机叶片相连，收放机构通过连接件与减速板和风机叶片相连，缓冲装置布置于叶片尖部。当风机叶片转速超过其临界转速时，减速板在收放机构作用下偏离其初始位置并绕铰链轴旋转与风机叶片成一定角度，叶片的迎风面积增大受到的空气阻力也因此增加，在空气阻力作用下风机叶片转速降低。该控制装置不需要复杂的机械机构就可以实现对风机叶片转速的控制，极大降低了风机的成本以及故障率，同时也在很大程度上降低了风机因转速过快而导致的发电设备损坏的风险，另外该控制装置可以广泛应用于各种水平轴风机和垂直轴风机。

技术研发人员：姜宜辰;李嘉文;赵培栋;宗智;孙铁志;王昆
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2017.11.04
技术公布日：2018.03.27