专利名称：基于风压的风力机变桨距调速装置的制作方法
技术领域：
本发明属于风力发电机的调节控制装置，涉及一种基于风压的风力机变桨距调速
装置。
背景技术：
风力机是把自然风能转换为电能的装置，由于风速和风向在不断的变化，因而风 力机的转速和输出功率也在变化。为了保障供电质量和机组运转工作的稳定安全性，必须 对风能的随意性作额定区域调节限定。为了控制风力机的转速，以便保持输出功率的稳定 和保护风轮与发电机免受过高转速的损坏。目前，小型风力机一般采用以下方式控制转速 (1)改变风轮受风面积(风轮倒偏式、风轮上斜式、尾舵轴倒斜式)；(2)改变风力机轴摩擦 阻力(风大，增加摩擦力；风小，减小摩擦阻力)；(3)改变叶片桨距(利用叶片自动调节桨 距、利用飞锤调节桨距、利用电机驱动调节桨距、利用推拉杆调整桨距)；(4)改变负荷大小 (对于独立供电的风力机组，可使用此法)等。现在技术中的调速机构较多，其中一种是利 用离心力迫使桨叶绕叶柄转过一个角度，以改变桨叶的冲角而变更桨叶阻力与升力的称之 为变桨距调速法；该种机构采用柱型弹簧与道轨套筒配套结构，当风速高桨叶离心力大时， 以弹簧产生弹力变形进行调速；该种结构在使用双桨叶工作，特别是使用双羽型桨叶时，随 风力变化的应变能力特性差，难以很快接受风能(或风轮功率)与风速之立方成正比的变 化要求，实用中不够理想。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、效果好的基于风 压的风力机变桨距调速装置，用以实现风力机的转速控制调节。 本发明的内容是一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是包括外壳 (3)，一端位于外壳(3)中并通过前轴承座(2)和后轴承座(5)与外壳(3)连接、另一端固 定连接有轮毂连接板(11)的转动轴(IO)，套在外壳(3)内的转动轴(10)上、一端与外壳 (3)固定连接、另一端与转动轴(10)固定连接的扭力弹簧(4)，通过螺栓与前轴承座(2) — 端外壳(3)固定连接的法兰(8)，通过螺栓与后轴承座(5) —端外壳(3)固定连接的端盖 (6)，以及与法兰(8)固定连接的叶片连接板(1)。前轴承座(2)和后轴承座(5)可保证外 壳(3)与转动轴(10)之间的相对灵活的转动。 本发明的内容中所述叶片连接板(1)上有与叶片(即桨叶)固定连接的2-4个 连接叶片用条形孔(9)，用于连接叶片、使叶片轴偏离转动轴(10)轴心，从而保证叶片的偏 心力对转动轴(10)产生足够大的扭矩。 本发明的内容中所述法兰(8)通过螺栓与外壳(3)连接的孔为条形孔(12)，可 用于调整桨叶的安装角度。 本发明的工作原理为由于风力机叶片(或称桨叶)的气动中心轴与转桨装置的 转动中心轴有一偏心距，所以桨叶在风力推动下使叶轮转动的同时，由于偏心距的存在，叶片上的风压同时也在转桨装置的筒体外壳上作用扭转力矩，当风速增大超出一定值时，桨
叶上的风压增大，带动风轮加速，但鉴于转桨装置的构造特点，转桨装置上作用的扭转力矩
也增大，使叶片的迎风角度也改变，又减小了叶轮的推动力，使叶轮的转速不能增大，因此，
在叶轮的叶片上就会产生大风速下有小迎角，小风速下有大迎角的效应，从而叶轮的转速
得到有效的控制。与此同时扭力弹簧，随着转角的变化而变形，并随着变形其弹力也随着发
生变化，基本上是随风变化而变化，叶片的迎风角度也能控制在相应的风速下，叶轮的转速
也能得到控制，在风速低于限速值时，恢复变形力使偏转消失，桨距恢复正常下的工作值。
从而实现变桨距调速，使其运转稳定工作可靠。 与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果 (1)采用本发明，桨叶(或称叶片)随风速变化而调整桨距成为自动的变桨距过 程，将风力产生的能量超过额定值部分转换成扭力弹簧的变形能，桨叶从启动迎角到超能 风力额定迎角有一定的变化范围，扭力弹簧是在依据风力大小来调节和改变桨距，改变桨 叶迎角，从而实现变桨距调速、使风力机运转稳定工作可靠；灵敏度高，工作转速稳定可靠， 微风下可以工作，不受风力贫乏地区限制，适用于各种功率的风力机上，强风力不超转，增 大了自然风力可利用的范围； (2)采用本发明，能实现预定的功能机组在低风速段的启动力矩有大幅度增加，提 高这一风速段的风轮风力发电能力，可靠的调速功能实现平稳的供电，还能极大地改善风 力机的整体受力情况，有利于风力发电机的整体设计，在起动前桨叶可处于阻风状态，增大 的起动力矩提高了风力机的风轮叶片的启动性能，比通常的风轮叶片的外形体积要小巧很 多，从而降低了叶片的生产成本，实现风力机的最大功率跟踪功能，并且在低风速时照顾起 动，在大风速时实现调速，并在超大风速时实现设备安全； (3)零部件少、结构简单，容易制造，重量轻、体积小，成本低，生产安装使用方便， 实用性强。
图1是本发明实施例结构示意图；
图2是图1的左视结构示意图；
图3是图1的右视结构示意图；
图4是图1中法兰的结构示意图。 图中l-叶片连接板、2-前轴承座、3-外壳、4-扭力弹簧、5-后轴承座、6-端盖、 7-螺栓、8_法兰、9_连接叶片用条形孔、10-转动轴、11-轮毂连接板、12-法兰上条形孔。
具体实施例方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例l:参见各附图。 —种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是主要由外壳3，一端位于外壳 3中并通过前轴承座2和后轴承座5与外壳3连接、另一端固定连接有轮毂连接板11的转 动轴10，套在外壳3内的转动轴10上、一端与外壳3固定连接、另一端与转动轴10固定连 接的扭力弹簧4，通过螺栓与前轴承座2 —端外壳3固定连接的法兰8，通过螺栓与后轴承
4座5 —端外壳3固定连接的端盖6，以及与法兰8固定连接的叶片连接板1组成；所述前轴 承座2和后轴承座5可保证外壳3与转动轴10之问的相对灵活的转动；
所述叶片连接板l上有与叶片(即桨叶)固定连接的2个连接叶片用条形孔9，用 于连接叶片、使叶片轴偏离转动轴IO轴心，从而保证叶片的偏心力对转动轴IO产生足够大 的扭矩； 所述法兰8通过螺栓与外壳3连接的孔为条形孔12，可用于调整桨叶的安装角度。
安装使用时，叶片连接板1通过螺栓连接风力机的桨叶的根部；轮毂连接板11通 过螺栓连接风力机的轮毂。 工作时，在风力作用下，该装置既整体旋转、叶片连接板1及法兰8和外壳3等也 可以相对于转动轴IO作一定角度的转动；当风速超过机组运转额定值时，桨叶转动使弹簧 变形(转动轴10的转动依据风压在叶片上产生的对叶片轴向的扭矩驱动，通过扭力弹簧4 的扭力来控制叶片转动的角度，以不同的弹簧变形力控制随意风速下叶片迎风角度，在相 应的风速下完成桨距的调整和稳定风力机叶轮的转速)，桨距变化的同时保持机组运转正 常，保障了机组供电的质量。 调速原理是将风力对叶片产生的压力转换成对叶片轴上扭力弹簧的变形能，从 而使桨叶(或称叶片)随风速变化而调整桨距成为自动的变桨距过程。扭力弹簧是依据风 力大小来改变桨叶迎角，调节和改变桨距，实现变桨距调速。桨叶与风向的迎角，从最大启 动迎角到最小迎角有一定的变化范围。 本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
权利要求
一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是包括外壳(3)，一端位于外壳(3)中并通过前轴承座(2)和后轴承座(5)与外壳(3)连接、另一端固定连接有轮毂连接板(11)的转动轴(10)，套在外壳(3)内的转动轴(10)上、一端与外壳(3)固定连接、另一端与转动轴(10)固定连接的扭力弹簧(4)，通过螺栓与前轴承座(2)一端外壳(3)固定连接的法兰(8)，通过螺栓与后轴承座(5)一端外壳(3)固定连接的端盖(6)，以及与法兰(8)固定连接的叶片连接板(1)。
2. 按权利要求1所述的基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是所述叶片连接 板(1)上有与叶片固定连接的2-4个连接叶片用条形孔(9)。
3. 按权利要求1或2所述的基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是所述法兰 (8)通过螺栓与外壳(3)连接的孔为条形孔(12)。
全文摘要
一种基于风压的风力机变桨距调速装置，其特征是包括外壳，一端位于外壳中并通过前轴承座和后轴承座与外壳连接、另一端固定连接有轮毂连接板的转动轴，套在外壳内的转动轴上、一端与外壳固定连接、另一端与转动轴固定连接的扭力弹簧，通过螺栓与前轴承座一端外壳固定连接的法兰，通过螺栓与后轴承座一端外壳固定连接的端盖，以及与法兰固定连接的叶片连接板。采用本发明，叶片随风速变化而调整桨距成为自动的变桨距过程，从而实现变桨距调速，风力机运转稳定工作可靠，灵敏度高，工作转速稳定可靠，微风下可以工作，不受风力贫乏地区限制，适用于各种功率的风力机上。
文档编号F03D7/04GK101793230SQ201010140100
公开日2010年8月4日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者姚勇, 王汝恒, 陈国平 申请人:西南科技大学