风力机风压变桨距全程控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及风力机转速和输出功率的调节控制装置领域，公开了一种风力机风压变桨距全程控制装置，其包括轮毂、桨叶和变桨距执行机构,变桨距执行机构包括变桨距机构座、拉杆、同步盘和切变弹力平衡单元，变桨距机构座固定在轮毂的左端面，其上设置有导管，导管上设置有同步盘，切变弹力平衡单元包括固定支座Ⅰ、固定支座Ⅱ、压杆Ⅰ、压杆Ⅱ和平衡弹簧，本发明专利技术适用于小型风力机，在风力机运行中能够实现变桨距从0度到90度的全程自动调控，遇灾害性大风(大于25m/s)无需值守维护，自动顺桨停机；配备本装置的风力机适应风速范围宽，在工作风速范围(3‑25m/s)内运行保持高效、平稳、安全，噪音低、年发电量高。

【技术实现步骤摘要】
风力机风压变桨距全程控制装置
本专利技术涉及风力机转速和输出功率的调节控制装置领域，具体而言，涉及一种风力机风压变桨距全程控制装置。
技术介绍
风力机的工作风速范围通常是3-25m/s，在工作风速范围应确保运行安全转速和输出功率稳定，在大于切出风速25m/s时必须自动关机。风力机转速和输出功率会随风速的增大而增高，如果超出允许的范围将可能对风力机造成致命的伤害。为防止风力机超转速和超功率必须进行调控，调控方式有风轮偏离风向、定桨距失速和改变桨叶桨距角等，改变桨叶桨距角，是比较先进合理的一种调控方式，其中多采用机械离心力、风压力、电力或液力驱动等变桨距机构。兆瓦级风电机组采用当代先进的电力电子变桨距控制技术，该项技术虽已成熟，但若将其直接照搬套用到小型风力机组，设备制造成本太高，市场难于接受。目前若干风轮转速低于200r/min，直径大于10米的风电机组在试探选用低价位电力电子元器件降低配套费用制作电子电力或液力驱动等变桨距机构，制造成本依然偏高，因低价位电力电子元器件耐候性和稳定性差往往造成设备故障多发、运行可靠性差，导致市场信誉低，销路不畅。常见风轮转速高于200r/min，直径小于6米的风力机一般采用机械离心力变桨距。现有的采用机械离心力变桨距的小型风力机，受机械离心作用原理所限采取负向变桨距的方法，其效果仅是在超额定风速时以负桨距角形成气动阻力来限制风力机超转速，在超额定风速运行时并不能控制超功率，而且在超额定风速时以负桨距角持续运行，桨叶气动载荷、惯性力等交变载荷超大，桨叶、桨叶轴、风轮主轴及其他承载零部件疲劳失效、损毁，缩短风力机使用寿命；还有一个突出的弊端是它在超额定风速时运行时噪音严重超标，对社会环境造成不良影响。风压变桨距调控的主要方法有风轮整体平移、在桨叶根部配置可变形弯折的弹性材料和桨叶扭转变桨距等。风轮整体平移风压变桨距机构，风轮惯性较大，对风速风压变化的响应迟缓、零部件磨损较为严重，且不能实现风力机从0度到90度变桨距的全程控制；桨叶根部弹性材料弯折的风压变桨距结构，其桨距角调节范围小、弹性材料易疲劳失效、运行使用寿命较短。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种利用风压变化能对风力机桨叶桨距角实现全程控制的纯机械装置，利用风速增大则风压力加大，风速降低则风压力减小的原理，通过桨叶把随风速大小而变化的风压力传递给变桨距机构，并与变桨距机构相互作用实施对桨叶桨距角的调节与控制，从而在额定风速到切出风速之间的不同风速下均能获得保持风力机转速和输出功率稳定的与当前风速对应的桨叶桨距角。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种风力机风压变桨距全程控制装置，包括轮毂、桨叶和变桨距执行机构,轮毂包括左端面、右端面和均布的空心盘状圆端面，圆端面上固定有轮辐套筒，轮辐套筒内安装有桨叶轴，桨叶轴与轮辐套筒共轴线，可在轮辐套筒内灵活转动，桨叶轴内端安装有摇臂，外端连接桨叶，所述空心盘状圆端面为3个、4个或者6个。桨叶弦心线与桨叶轴轴线不共线，设置一个弯折的角度，即桨叶弦心线与桨叶轴轴线之间设置夹角为3度～8度。变桨距执行机构包括变桨距机构座、拉杆、同步盘和切变弹力平衡单元，其中，变桨距机构座固定在轮毂的左端面，变桨距机构座上设置有导管，导管上设置有可沿导管移动的同步盘，导管端部还设有限制同步盘行程的调节螺母。切变弹力平衡单元位于同步盘和变桨距机构座之间，拉杆的一端与摇臂铰接，另一端与同步盘铰接。切变弹力平衡单元包括固定支座Ⅰ、固定支座Ⅱ、压杆Ⅰ、压杆Ⅱ和平衡弹簧，固定支座Ⅱ固定在变桨距机构座上，固定支座Ⅰ位于同步盘下方，与同步盘为一体结构，压杆Ⅰ一端与固定支座Ⅰ铰接，另一端与压杆Ⅱ铰接，压杆Ⅱ的另一端与固定支座Ⅱ铰接，平衡弹簧挂接于压杆Ⅰ与压杆Ⅱ的铰接处。切变弹力平衡单元的构成中：第一种，由中间铰接的两套压杆对置安装，然后将拉力弹簧挂接在关节铰链轴的端头，构成为一组；第二种，由中间铰接并缠绕扭力弹簧的两套压杆对置安装，构成为一组。切变弹力平衡单元中可配置2～8组。进一步的，变桨距机构座、导管、同步盘均同轴，固定支座Ⅰ和固定支座Ⅱ在导管周围均匀分布。进一步的，压杆Ⅰ和压杆Ⅱ通过关节铰链轴连接，压杆Ⅰ与固定支座Ⅰ、压杆Ⅱ与固定支座Ⅱ均通过压杆销连接。进一步的，所述平衡弹簧为拉簧，拉簧挂接在关节铰链轴的端头。进一步的，所述平衡弹簧为扭簧，压杆Ⅰ、压杆Ⅱ和扭簧通过关节铰链轴连接在一起。进一步的，所述空心盘状圆端面3个、4个或者6个。进一步的，切变弹力平衡单元中压杆Ⅰ、压杆Ⅱ和平衡弹簧组件配置2-8组。进一步的，同步盘与固定支座Ⅰ之间还设置有顺桨锁定结构，三者为一体结构，顺桨锁定结构为内侧开孔的对称封闭结构，开孔处设置有锁定钢球，锁定钢球内侧设置有锁定弹簧，相对应的导管根部对称设置顺桨锁定孔，当同步盘往下运动至锁定钢球卡入顺桨锁定孔时，同步盘被锁定，风力机进入顺桨停机状态。进一步的，还包括解锁结构，解锁结构设置于变桨距机构座下方，其为两端开孔的封闭结构，内部设置有推杆弹簧，解锁推杆一端穿过上端开孔插入到导管内，另一端穿过下端开孔露出一截，与解锁摇杆及凸轮相互作用。进一步的，切变弹力平衡单元对于风压作用力分别具有1/183的缩小倍数和3.81/1的放大倍数，适应风力机工作范围内变桨距过程的风压变化，实现桨距角0度到90度全程控制。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术全部是机械零件构成，设计新颖，结构紧凑，功能可靠，易于制造，造价低廉，装配便利，调整简单，使用寿命长，适用于高寒、酷暑、雨雪、风沙等恶劣的运行环境和粗放的运行管理条件；(2)本专利技术具有宽泛的切变弹力，能使切变弹力平衡单元的平衡弹力变化曲线和由当前风速、所对应的目标桨叶桨距角所形成的即时风压作用力变化曲线能够较好的拟合。对风速变化响应速度快，变桨距灵敏，随风速变化而随机改变桨叶桨距角，在风力机运行中实现变桨距从0度(高效运行)到90度(顺桨停机)的全程自动调控；(3)本专利技术采用正向变桨距，随风速加大桨叶的桨距角增大，调控过程平稳柔和，风轮气动载荷趋小，机械构件磨损轻微，使用寿命长；(4)装备有本专利技术的风压变桨距全程控制装置的风力机具有优异的抗大风性能，遇灾害性大风(大于25m/s)无需值守维护，自动顺桨停机；(5)本专利技术适宜应用在风轮扫略面积200平方米及以内的风力机，配备本装置的风力机适应风速范围宽，在工作风速范围(3-25m/s)内运行保持高效、平稳、安全，噪音低、年发电量高。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术正视图；图3是本专利技术变桨距执行机构结构示意图；图4是本专利技术变桨距执行机构顺桨停机锁定状态结构示意图；其中，上述附图包括以下附图标记：1、桨叶；2、桨叶轴；3、轮辐套筒；4、轮毂；5、摇臂；6、拉杆；7、同步盘；8、固定支座Ⅰ；9、压杆Ⅰ；10、压杆Ⅱ；11、变桨距机构座；12、固定支座Ⅱ；13、平衡弹簧；14、关节铰链轴；15、导管；16、压杆销；17、调节螺母；18、锁定钢球；19、锁定弹簧；20、解锁推杆；21、推杆弹簧；22、解锁摇杆及凸轮；23、顺桨锁定孔；24、桨叶轴轴线；25、桨叶弦心线；α为压杆Ⅰ和压杆Ⅱ之间的夹角；P为来自桨叶的风压作用力；F为切变弹力平衡单元的平衡弹力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力机风压变桨距全程控制装置，包括轮毂(4)、桨叶(1)和变桨距执行机构,轮毂(4)包括左端面、右端面和均布的空心盘状圆端面，圆端面上固定有轮辐套筒(3)，轮辐套筒(3)内安装有桨叶轴(2)，桨叶轴(2)内端安装有摇臂(5)，外端连接桨叶(1)，桨叶弦心线(25)与桨叶轴轴线(24)不共线，其特征在于，变桨距执行机构包括变桨距机构座(11)、拉杆(6)、同步盘(7)和切变弹力平衡单元，其中，变桨距机构座(11)固定在轮毂(4)的左端面，变桨距机构座(11)上设置有导管(15)，导管(15)上设置有可沿导管(15)移动的同步盘(7)，导管(15)顶部还设有限制同步盘(7)行程的调节螺母(17)，拉杆(6)的一端与摇臂(5)铰接，另一端与同步盘(7)铰接；切变弹力平衡单元包括固定支座Ⅰ(8)、固定支座Ⅱ(12)、压杆Ⅰ(9)、压杆Ⅱ(10)和平衡弹簧(13)，固定支座Ⅱ(12)固定在变桨距机构座(11)上，固定支座Ⅰ(8)位于同步盘(7)下方，与同步盘(7)为一体结构，压杆Ⅰ(9)一端与固定支座Ⅰ(8)铰接，另一端与压杆Ⅱ(10)铰接，压杆Ⅱ(10)的另一端与固定支座Ⅱ(12)铰接，平衡弹簧(13)挂接于压杆Ⅰ(9)与压杆Ⅱ(10)的铰接处。...

【技术特征摘要】
1.一种风力机风压变桨距全程控制装置，包括轮毂(4)、桨叶(1)和变桨距执行机构,轮毂(4)包括左端面、右端面和均布的空心盘状圆端面，圆端面上固定有轮辐套筒(3)，轮辐套筒(3)内安装有桨叶轴(2)，桨叶轴(2)内端安装有摇臂(5)，外端连接桨叶(1)，桨叶弦心线(25)与桨叶轴轴线(24)不共线，其特征在于，变桨距执行机构包括变桨距机构座(11)、拉杆(6)、同步盘(7)和切变弹力平衡单元，其中，变桨距机构座(11)固定在轮毂(4)的左端面，变桨距机构座(11)上设置有导管(15)，导管(15)上设置有可沿导管(15)移动的同步盘(7)，导管(15)顶部还设有限制同步盘(7)行程的调节螺母(17)，拉杆(6)的一端与摇臂(5)铰接，另一端与同步盘(7)铰接；切变弹力平衡单元包括固定支座Ⅰ(8)、固定支座Ⅱ(12)、压杆Ⅰ(9)、压杆Ⅱ(10)和平衡弹簧(13)，固定支座Ⅱ(12)固定在变桨距机构座(11)上，固定支座Ⅰ(8)位于同步盘(7)下方，与同步盘(7)为一体结构，压杆Ⅰ(9)一端与固定支座Ⅰ(8)铰接，另一端与压杆Ⅱ(10)铰接，压杆Ⅱ(10)的另一端与固定支座Ⅱ(12)铰接，平衡弹簧(13)挂接于压杆Ⅰ(9)与压杆Ⅱ(10)的铰接处。2.根据权利要求1所述的风力机风压变桨距全程控制装置，其特征在于，变桨距机构座(11)、导管(15)、同步盘(7)均同轴，固定支座Ⅰ(8)和固定支座Ⅱ(12)在导管(15)周围均匀分布。3.根据权利要求1所述的风力机风压变桨距全程控制装置，其特征在于，压杆Ⅰ(9)和压杆Ⅱ(10)通过关节铰链轴(14)连接,压杆Ⅰ(9)与固定支座Ⅰ(8)、压杆Ⅱ(10)与固定支座Ⅱ(12)均通过压杆销(16)连接。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵福盛，
申请(专利权)人：赵福盛，
类型：发明
国别省市：山东,37