风力发电机翼片的柔性调速装置的制作方法

本发明属于一种用于风力发电机翼片上的调速装置。

背景技术：

风能利用系数是评价一台风力发电机性能的重要指标。风能利用系数又与风力发电机翼片的设计密切相关。对于特定的风场，其年平均风速常常作为风力发电机翼片的设计风速，当风速超过设计风速时，作用在风力发电机翼片上负荷就会超过其设计负荷，此时风力发电机的风轮处于过载状态，风轮将超速运行，风轮上的翼片将承受更大的离心力作用以至于破坏。为了避免这种情况的发生，风力发电机设计中常采用速度调节器来限制风轮转速以保护其上的翼片不受破坏，当风速过高时调速装置就能够限制功率并减小作用在风轮翼片上的外力。

现有的调速装置大致分为两大类，一种是固定翼片风力机调速器，该调速装置大都应用在中小型风力发电机上；另一种是可变浆距风力机调速器，该调速器一般结构比较复杂，常用在中型和大型风力发电机的设计中。在中小型风力发电机上，主要采用固定尾舵和空气动力制动器，在采用固定尾舵和空气动力制动器风机叶轮设计中，空气动力制动叶轮大多数情况是直接将风轮顶部制动翼片旋转90度，直接产生旋转阻力扭矩，从而快速降低叶轮旋转速度，风轮处于较低转速，输出功率很低或停止输出；一般情况此部分占整个翼片迎风面积1/10，此时风能不能很好加以利用。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的中小型风力发电机上的调速装置存在当风速达到和超过其额定设计转速时，调速装置直接将风轮顶部制动翼片旋转90度，直接产生旋转阻力扭矩，从而快速降低叶轮旋转速度，风轮处于较低转速，输出功率很低或停止输出以致使风能不能很好加以利用的问题，进而提供了一种风力发电机翼片的柔性调速装置。

本发明的技术方案是：风力发电机翼片的柔性调速装置包括柔性调速主体、固定轴、压紧弹簧、轴套、第一弹簧固定套、第二弹簧固定套，所述固定轴的一端插入柔性调速主体的内腔中，固定轴地另一端固接在风力发电机翼片上，所述轴套、第一弹簧固定套、第二弹簧固定套由上至下依次套装在固定轴上并且三者均与固定轴间隙配合，压紧弹簧套装在固定轴上并位于第一弹簧固定套和第二弹簧固定套之间，所述轴套、第一弹簧固定套、第二弹簧固定套分别与柔性调速主体的侧壁固接，柔性调速主体与固定轴转动连接。

本发明具有以下有益效果：本发明的柔性调速装置使用大大提高了风力发电机的高速高品质的风能利用率，当风轮在风速达到和超过其额定设计转速时，风轮转速仍可维持在较高水平，且不至于使风轮飞车和破坏，此时整个风电装置仍然可以输出较高电功率，从而充分利用这部分优质风能，使风能利用率大大提高，风力发电机工作范围更宽、输出电功率更多。采用压紧弹簧和螺纹连接的设计方法，一方面可以通过调整弹簧弹性系数来确定风轮设计满足极限转速设定范围，即确定可利用风速范围；另一方面，通过弹簧压紧力和顶部翼片所受离心力之间相互平衡关系，实现柔性或平稳控制风轮转速变化，在允许极限风速(停机保护风速)内，风力发电机仍能连续稳定输出电功率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明相对于风力发电机翼片旋转90度的结构示意图；

图3是图1的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式的风力发电机翼片的柔性调速装置由柔性调速主体2、固定轴3、压紧弹簧6、轴套4、第一弹簧固定套5、第二弹簧固定套8组成，所述固定轴3的一端插入柔性调速主体2的内腔中，固定轴3的另一端固接在风力发电机翼片11上，所述轴套4、第一弹簧固定套5、第二弹簧固定套8由上至下依次套装在固定轴3上并且三者均与固定轴3间隙配合，压紧弹簧6套装在固定轴3上并位于第一弹簧固定套5和第二弹簧固定套8之间，所述轴套4、第一弹簧固定套5、第二弹簧固定套8分别与固定轴3的侧壁固接，柔性调速主体2与固定轴3转动连接。

具体实施方式二：如图3所示，本实施方式所述风力发电机翼片11与柔性调速主体2之间的夹角α为0～90°。0°和90°分别是调速的极限位置，在调速时，夹角α从0°逐渐变为90°，从而实现柔性调速。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式还包括端盖1，所述端盖1盖在轴套4上端的柔性调速主体2上。如此设计，减小阻力。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：如图1和图2所示，本实施方式还包括防尘保护套10，所述防尘保护套10设置在柔性调速主体2与风力发电机翼片11之间并与柔性调速主体2固接。柔性调速装置旋转时，风力发电机翼片11与柔性调速主体2之间会形成一定间隙，为防止螺旋槽暴露于外界环境中，设计一防尘保护套，此保护套起到防止尘沙、雪和雨水等对螺旋槽的侵蚀，使调速机构运转灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式所述柔性调速主体2的根部9与固定轴3采用螺纹连接。如此设计，连接强度好且可自锁。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：本发明是安装在风力发电机翼片末端的一套柔性调速装置，通过其上的柔性调速主体2的旋转来实现对风力发电机翼片转速的控制。当风速超过设计额定风速时，柔性调速装置开始工作，柔性调速主体2在离心力f1的作用下，克服压紧弹簧6的压紧力f2，柔性调速主体2向上运动，同时沿固定轴3转动，直至离心力f1与压紧力f2平衡。当风速下降到设计额定时，风轮转速降低，在弹簧压紧力作用下，柔性调速主体2恢复到原始设计位置。在正常工作状态下，此时风速低于其设计规定的额定转速，柔性调速装置中压紧弹簧6压紧力大于柔性调速主体2由于旋转所受到的离心力f1，因此柔性调速主体2始终处于原始设计位置(即风力发电机翼片11与柔性调速主体2之间的夹角α为0°)。当风速达到或超过其额定设计转速时，柔性调速主体2所受到的离心力f1大于弹簧压紧力f2，本发明开始工作，压紧弹簧6被压缩，柔性调速主体2沿固定轴3的螺旋槽发生旋转，使风力发电机翼片11产生阻力矩增加，叶轮旋转速度下降，压紧弹簧6压紧力f2大于柔性调速主体2所受到的离心力f1，柔性调速主体2转角α会部分回调，直至离心力f1与弹簧压紧力f2达到平衡，在此风速下叶轮工作达到新的稳定状态，此时风能被充分利用，整个风电装置输出电功率略高于其设计额定输出的电功率。风电装置处于满负荷工作状态。当风速进一步增加，直至达到设计允许的最高极限转速时，在柔性调速主体2所受到的离心力f1作用下，弹簧被压缩到一定行程时(极限行程)，此时柔性调速主体2的转角(沿固定轴3)已经与其原始位置成90度角(极限值)，柔性调速主体2形成的阻力限制叶轮转速进一步提高。此时为防止风力发电机翼片破坏，机械刹车装置应紧急启动，使风力发电机的风轮停止转动。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种用于风力发电机翼片上的柔性调速装置。本发明解决了现有的中小型风力发电机上的调速装置存在当风速达到和超过其额定设计转速时，输出功率很低或停止输出以致使风能不能很好加以利用的问题。压紧弹簧(6)套装在固定轴(3)上并位于第一弹簧固定套(5)和第二弹簧固定套(8)之间，所述轴套(4)、第一弹簧固定套(5)、第二弹簧固定套(8)分别与柔性调速主体(2)的侧壁固接，柔性调速主体(2)与固定轴(3)转动连接。本发明大大提高了风力发电机的高速高品质风能利用率，当风轮在风速达到和超过其额定设计转速时，风轮转速仍可维持在较高水平，此时整个风电装置仍然可以输出较高电功率。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：江苏旭力新能源发展有限公司
技术研发日：2018.09.14
技术公布日：2019.01.11