专利名称：变桨距风力机及风力发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力机，特别是具有变桨结构的风力机。
背景技术：
风力机是将风能转换为机械能的装置，传统的风车就是一种常用的风力机。现代社会中利用风能进行发电的设备将风力机转换的机械能进一步转换成电能加以利用。由于自然界中风的速度是时刻变化的，当风速迅速增加时，风力机捕获的风能瞬时增加，这对风力机产生能量冲击，这些能量转换成的电能对电路系统也会产生大的冲击。这种冲击对于风力机即连接的蓄电池或负载设备(电网)会产生不利影响，甚至会造成装置的损毁。为了避免这种风速突然增大所带来的冲击，人们发明了变桨距结构。变桨距机构就是在额定风速以上，依据风速的变化随时调节桨距角，控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量且不超出风力机系统最大的承受能力，另一方面减少风力对风力机传动链机构的冲击。具体的就是在风速较大时，变桨距结构使得桨叶迎角减小；风速小时，使得桨叶迎角增大。实现上述变桨距功能的结构有多种，比较典型的是Soviet调速器和Aerowatt装置。这两种装置的原理基本相同，在桨叶的根部设置有变桨转动轴，同时变桨转动轴上设置平衡配重件，变桨转动轴还通过连杆连接一个活动压板，活动压板下设置两个弹簧，一个比较硬，一个比较软。当风速超过额定值时平衡配重件旋转产生的惯性力使得桨叶绕变桨转动轴的轴线转动，从而使得桨叶迎角变小。同时，变桨转动轴的转动驱动所述连杆，进而推压所述活动压板压缩弹簧。压板首先压缩软弹簧，当软弹簧变形到一定程度后，压板压到硬弹簧，此时硬弹簧与软弹簧同时发生作用。压板和弹簧的存在使得桨叶的迎角变化在可以控制的范围内，使得变桨距起到应有的作用。上述Soviet调速器和Aerowatt装置存在的一个问题是:由于在变桨过程中，首先需要压缩软弹簧，由于自然风的多变性，这样软弹簧变形的次数和幅度都比较高，更容易发生疲劳损害，降低结构的使用寿命。
实用新型内容为了解决现有搭载Soviet调速器和AeiOwatt装置的风力机由于弹簧疲劳导致的使用寿命降低的问题，本实用新型提供了一种变桨距风力机，通过调整弹簧的设置提高了风力机的使用寿命。且根据用户具体的使用环境的年平均风速的不同，在安装时设定特定初始安装角度，最大限度的发挥叶片的启动性。本实用新型的技术方案如下:变桨距风力机，包括桨叶，所述桨叶的根部设置有变桨转动轴，在所述变桨转动轴上设置有转动平衡体，所述变桨转动轴通过连杆机构与活动压板连接，当所述平衡体带动所述变桨转动轴转动时，所述连杆机构驱动所述活动压板推压弹簧组，所述弹簧组包括至少两个弹簧，分别为第一介入弹簧和第二介入弹簧，当所述活动压板推压所述弹簧组时首先推压第一介入弹簧，当所述第一介入弹簧压缩到预定程度时活动压板接触并推压所述第二介入弹簧；所述第一介入弹簧的弹性模量大于所述第二介入弹簧的弹性模量。所述变桨距风力机设置有压紧结构，所述压紧结构挤压所述第一介入弹簧，使得所述第一介入弹簧处于压缩状态。所述压紧结构包括设置在所述第一介入弹簧端部的螺栓和螺母，所述螺母沿所述螺栓的轴线方向移动以挤压所述第一介入弹簧。所述桨叶与轮毂连接，所述轮毂套接在主轴上，所述主轴与所述轮毂接触段为锥形，且所述轮毂与所述主轴之间为过盈配合。所述变桨距风力机还包括从所述主轴端部固定所述轮毂的轮毂螺栓，所述轮毂螺栓的螺纹的旋转方向与所述桨叶的旋转方向一致。在所述轮毂螺栓的头部与所述主轴之间依次设置有止动垫片和垫板；所述垫板与所述轮毂之间设置有紧固结构。所述紧固结构为螺钉紧固结构。在所述轮毂螺栓头部设置有直边，所述止动垫片沿所述直边向上弯折。所述止动垫片与所述垫板之间设置有定位结构。风力发电机，设置有上所述风力机。本实用新型的技术效果:本实用新型在Soviet调速器和Aerowatt装置的基础上,将活动压板下两个弹簧的介入次序(或者说活动压板触压两个弹簧的次序)进行了调整。在风速增大的初始阶段，活动压板首先触压硬弹簧(即弹性模量大的第一介入弹簧，以下同)，当风速进一步增大，第一介入弹簧变形超过一定程度后再触压软弹簧(即弹性模量较小的第二介入弹簧，以下同)。这样一来，在中低风速阵风情况下，由于作用力较小，硬弹簧的动作就可以调整变桨，软弹簧无需介入。从而就减少了两个弹簧共同动作的次数和动作幅度，因此降低了弹簧疲劳损害的可能性。这也就意味着从变桨结构这个方面提升了变桨距风力机的使用寿命，同时且根据用户具体的使用环境的年平均风速的不同，在安装时设定特定初始安装角度，最大限度的发挥叶片的启动性，实现了本实用新型的目的。采用本实用新型风力机的风力发电机由于提升了变桨距风力机的使用寿命而延长了使用寿命。
图1为本实用新型变桨距风力机的一个实例，其中一个桨叶根部剖视。图2为图1所示A-A方向的剖视图。图3为图2所示视图装配到主轴上的状态图。图4为图3中主轴装配部分的左视图。图中标识说明如下:10、桨叶；11、转动平衡体；12、变桨转动轴；20、连杆；21、轮毂；22、第一介入弹簧；23、第二介入弹簧；24、活动压板；25、固定压板；26、螺栓；27、螺母；30、主轴；31、紧固螺钉；32、垫板；33、止动垫片弯折段；34、螺栓；35、止动垫片；36、销；40、头部直边。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。结合图1和图2可以看到，本实用新型的变桨距风力机的原理与搭载Soviet调速器和AeiOwatt装置的风力机的原理相同。具体的，本实用新型的变桨距风力机包括桨叶10，桨叶10的根部设置有变桨转动轴12。风力机的多个桨叶10在外力推动下围绕一个旋转中心(简称为风力机旋转中心)旋转，变桨距风力机的每个桨叶还有自转运动，即平行于桨叶10的长轴方向每个桨叶10有一个自转中心。由于这个自转中心的存在，桨叶10可以调整迎风面的面积，即调整受力面积，从而可以调整桨叶10围绕风力机旋转中心旋转的速度，使得桨叶10围绕风力机旋转中心旋转速度变化比较平稳。变桨转动轴12就是桨叶10实现上述自转的转动轴。在变桨转动轴12上还设置有转动平衡体11。在图1至图2所示的实例中，转动平衡体11设置在变桨转动轴12上，并与桨叶10固定连接。转动平衡体11是一个圆柱体，该圆柱体的轴线与变桨转动轴12的轴线基本垂直。当桨叶10在风力作用下围绕风力机旋转中心旋转时，转动平衡体11也随桨叶10进行旋转，由于旋转产生了惯性力，使得转动平衡体11绕变桨转动轴12偏转。平衡体11绕变桨转动轴12的偏转带动桨叶10发生前述的自转。从图2可以进一步看到，变桨转动轴12与连杆20的一端铰接，连杆20的另一端与活动压板24铰接。即变桨转动轴12通过连杆机构与活动压板24连接。当桨叶10发生前述的自转时，从图2中的结构可以得出，变桨转动轴12带动连杆20，进而驱动活动压板24在图2所示左右方向上运动。从图2中可以看到，在轮毂21上固定设置一个固定压板25，在固定压板25和活动压板24之间设置有一组弹簧:第一介入弹簧22和第二介入弹簧23。活动压板24向固定压板25运动时(即风力增加时)首先触压第一介入弹簧22，当第一介入弹簧22被压缩变形到一定程度后再触压第二介入弹簧23。此时，第一介入弹簧22和第二介入弹簧23的弹性变形力共同作用于活动压板24上，进而对桨叶10的自转产生作用。第一介入弹簧22的弹性模量大于第二介入弹簧23的弹性模量，通俗地解释是第一介入弹簧
22比第二介入弹簧23硬。由于第一介入弹簧22的弹性模量大，可以应对较大范围内的风力变化，使得第一介入弹簧22和第二介入弹簧23共同动作的次数和动作幅度降低，因此降低了弹簧疲劳损害的可能性。这也就意味着从变桨结构这个方面提升了变桨距风力机的使用寿命。图2中还可见，穿过活动压板24设置有螺栓26，与螺栓26相配合的螺母27顶压在活动压板24上。通过调整螺母27在螺栓26的位置，可以使得第一介入弹簧22处于不同的压缩状态。第一介入弹簧22的不同的压缩状态决定了第一介入弹簧22发生前述作用时所对应的风速及桨叶10的初始角度。换言之，本实用新型可以根据用户具体的使用环境的年平均风速的不同，在安装时通过调整螺母27设定桨叶10的特定初始安装角度，以及变桨时的风速等参数，最大限度的发挥桨叶10的启动性。为了进一步提升本实用新型变桨距风力机的使用寿命，本实用新型对风力机与主轴连接部分的结构进行了改进，具体的改进结合图3和图4进行说明。[0035]从图3中可以看到，轮毂21中心设置有锥形通孔，该通孔套接在主轴30上。主轴30具有与所述通孔相应的锥形外表面。轮毂21与主轴30之间为过盈配合。主轴30与轮毂21的这种装配方式避免了在主轴30上开键槽。键槽的存在容易使主轴30产生应力集中，进而在疲劳载荷作用下发生损坏。在轮毂21上所述锥形通孔的开口部设置有垫板32。垫板32的上部(即图3中垫板32的左侧)设置有止动垫片33。螺栓34穿过垫板32和止动垫片33连接到主轴30上。垫板32通过紧固螺钉31固定在轮毂21上(结合图4)。顺风方向看风轮是顺时针旋转，螺栓34的螺纹的旋转方向为右旋螺纹。螺纹的旋转方向与桨叶10绕风力机旋转中心旋转的方向一致。即螺栓34的螺纹的旋转方向使得桨叶10绕风力机旋转中心旋转产生的惯性力能够更进一步旋紧螺栓34，避免螺栓34松动。从图3和图4中看到螺栓34的头部(即图3中螺栓34的左端)为六边形，沿六边形的一个直边(头部直边40)，止动垫片35向上(即图3中向左的方向)弯折，形成一个止动垫片弯折段33。同时，止动垫片35有一部分向下(即图3中向右的方向)弯折形成一个销36。销36伸入垫板32相应设置的一个销孔，使得止动垫片35与垫板32之间的位置相对固定。在止动垫片35与垫板32之间的位置相对固定的情况下，止动垫片弯折段33与头部直边40相配合，进一步防止螺栓34松动。采用如图1至图4所述风力机的风力发电机,具有使用寿命更长的优点。值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本实用新型还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本实用新型的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本实用新型所涵盖的范围内。
权利要求1.变桨距风力机，包括桨叶，所述桨叶的根部设置有变桨转动轴，在所述变桨转动轴上设置有转动平衡体，所述变桨转动轴通过连杆机构与活动压板连接，当所述平衡体带动所述变桨转动轴转动时，所述连杆机构驱动所述活动压板推压弹簧组，其特征在于:所述弹簧组包括至少两个弹簧，分别为第一介入弹簧和第二介入弹簧，当所述活动压板推压所述弹簧组时首先推压第一介入弹簧，当所述第一介入弹簧压缩到预定程度时活动压板接触并推压所述第二介入弹簧；所述第一介入弹簧的弹性模量大于所述第二介入弹簧的弹性模量。
2.根据权利要求1所述变桨距风力机，其特征在于:设置有压紧结构，所述压紧结构挤压所述第一介入弹簧，使得所述第一介入弹簧处于压缩状态。
3.根据权利要求2所述变桨距风力机，其特征在于:所述压紧结构包括设置在所述第一介入弹簧端部的螺栓和螺母，所述螺母沿所述螺栓的轴线方向移动以挤压所述第一介入弹黃。
4.根据权利要求1至3之一所述变桨距风力机，其特征在于:所述桨叶与轮毂连接，所述轮毂套接在主轴上，所述主轴与所述轮毂接触段为锥形，且所述轮毂与所述主轴之间为过盈配合。
5.根据权利要求4所述变桨距风力机，其特征在于:还包括从所述主轴端部固定所述轮毂的轮毂螺栓，所述轮毂螺栓的螺纹的旋转方向与所述桨叶的旋转方向一致。
6.根据权利要求5所述变桨距风力机，其特征在于:在所述轮毂螺栓的头部与所述主轴之间依次设置有止动垫片和垫板；所述垫板与所述轮毂之间设置有紧固结构。
7.根据权利要求6所述变桨距风力机，其特征在于:所述紧固结构为螺钉紧固结构。
8.根据权利要求7所述变桨距风力机，其特征在于:在所述轮毂螺栓头部设置有直边，所述止动垫片沿所述直边向上弯折。
9.根据权利要求8所述变桨距风力机，其特征在于:所述止动垫片与所述垫板之间设置有定位结构。
10.风力发电机，其特征在于:设置有如权利要求1至9之一所述风力机。
专利摘要本实用新型提供了一种变桨距风力机及风力发电机。其中变桨距风力机，包括桨叶，所述桨叶的根部设置有变桨转动轴，在所述变桨转动轴上设置有转动平衡体，所述变桨转动轴通过连杆机构与活动压板连接，当所述平衡体带动所述变桨转动轴转动时，所述连杆机构驱动所述活动压板推压弹簧组，所述弹簧组包括至少两个弹簧，分别为第一介入弹簧和第二介入弹簧，当所述活动压板推压所述弹簧组时首先推压第一介入弹簧，当所述第一介入弹簧压缩到预定程度时活动压板接触并推压所述第二介入弹簧；所述第一介入弹簧的弹性模量大于所述第二介入弹簧的弹性模量。本实用新型的变桨距风力机及风力发电机具有使用寿命长的优势。
文档编号F03D7/00GK202946312SQ20122061636
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者贺琦, 李卿韶, 吴令红, 石云岩 申请人:中科恒源科技股份有限公司