本实用新型专利技术公开了一种高效自动同步变角调速多叶风轮装置，风轮叶片均布插装在风轮轮毂延周轴孔里，在风轮轮毂迎风面端面上安装由同步盘、弹簧调节螺母、弹簧导向轴、导向轴耐磨轴套及弹簧装配构成的离心力平衡机构（以风轮叶片直接作为离心体，弹簧的形变力作为平衡力）和由关节轴承、连杆与同步盘装配构成的同步机构和由风轮叶片的轴柄、风轮轮毂上的导向槽、风轮叶片轴柄耐磨轴套装配构成的导向变角机构，实现风轮叶片在风轮旋转过程中产生的离心力通过同步机构相互关联链接作用到离心力平衡机构的弹簧上。风轮导流罩安装在风轮轮毂的迎风面上起到导流增加做功、防尘、密封作用，再配备由密封环、风轮叶片轴柄耐磨轴套、润滑剂构成的润滑系统构成高效自动同步变角调速多叶风轮装置。应用于大、中、小型风力发电机组中。中。中。
【技术实现步骤摘要】
一种高效自动变角调速多叶风轮装置
[0001]本技术涉及一种风能与机械能转换设备，具体是一种风力发电机组中的风轮装置。
技术介绍
[0002]科技不断创新发展，能源危机日益紧张，高科技产品如新能源车对能源的需求量不断增大。“高效、节能、环保”已成为可再生能源的研究、开发与利用的主要方向，其中风能转换电能没有燃料问题，也不会产生固废或污染。目前风力发电的原理是利用风力带动发电机组中的风轮旋转驱动发电机旋转发电将风能转换电能，再通过对电能的控制、转换、存储、传送最终从流过风轮的风能转换成电能的风电转换率相对非常小！所以风轮获取风能的能力是主要影响风力发电机组的发电效率。
[0003]目前市场上的风轮主要应用飞机螺旋桨翼型的传统设计理论技术。但该技术存在以下主要误区，以当前常用的“三叶片风轮”为例：其一，飞机螺旋桨翼型设计是升力翼型，根部粗宽尖部细窄，为了在旋转过程中能够产生平稳的提升力，防止桨叶引起震动损坏桨叶。但风电机组上的风轮设计目的是利用风能转换电能，不存在平衡升力的问题，且从机械原理的角度分析运动性质是有本质上的区别。其二，叶片迎风产生旋转力矩原理，叶片径向上某点的迎风面宽度应与这个点的线速度成正比，即叶片尖部越宽其获得的风能也将越大，叶尖部产生的力矩越大，所以叶尖部迎风面应设计的尽量大一些。但飞机螺旋桨翼型叶片的几何形状不符合上述原理，其设计导致叶片本体产生力矩损失严重，风能利用率低。其三，传统理论认为是“风轮功率与叶片旋转扫影面积成正比，与叶片的个数或叶片的迎风面形状无关。风轮转动是因为叶片所受风压产生的旋转力矩大于风轮旋转过程中所受阻力矩，所以叶片受力大小与叶片的有效迎风受压面积成正比。即同等条件下叶片迎风面越大旋转力矩越大，且叶片数越多则获取风能越多，风轮更容易转动。
[0004]目前市场上机械式变角系统应用重锤式离心力原理调整风轮叶片顺风角度进行变角(叶片迎风面平行风向)降低风轮转速的技术。但是设备结构复杂，加工工艺复杂，且风轮体积较大，设备造价过高，这种技术很难实现多叶片风轮，且该技术很难应用于大型风力发电机上，由于独立重锤式离心力原理，且叶片在旋转过程中离心力与叶片重力叠加使垂直方向的上下叶片受力不同不能同步变角导致风轮转速不平稳且震动大降低设备寿命。同时市场上应用的叶片尖部顺风变角来调整降低风轮转速的风力发电机，其缺点在于飞机螺旋桨翼型叶片叶尖部分作用面比叶片整体作用面小很多，风速过大时不易进行控制，并且叶尖调速范围有限，限制了风力发电机的风速适用范围，这种风轮技术也很难加装多叶片以充分利用风能。另外应用于大型风力发电机上伺服变角系统是通过偏航装置控制伺服变角，叶片变角反映慢，且变角波动大，设备结构复杂，加工工艺复杂，且风轮体积较大，设备造价过高，这种技术很难实现多叶片风轮，因此并不能充分利用风能。
技术实现思路
[0005]在针对风轮传统设计技术的不足与技术误区，通过优化设计及实践应用与技术创新。本技术提供一种高效自动变角调速多叶风轮装置（可以参考2020年6月8日同一专利技术人提交申请的专利受理号202021014757.x“一种高效全自动变角调速多叶风轮装置”，本说明书做以下图文详细说明），依据离心体旋转产生的离心力与相对转速成正比的力学原理，及依据叶片迎风面与风向切角在某一角度范围内切角越大风压对风轮的旋转做功越小，当切角达到最大值垂直角度时，风压对风轮的旋转做功接近零的力学原理，由此本技术之风轮装置由扇形内凹叶片、风轮导流罩、风轮轮毂，离心力平衡机构、同步机构、导向变角机构及电机法兰座组成。由连杆、关节轴承、同步盘相互连接装配构成的同步机构。由弹簧调节螺母、弹簧导向轴、导向轴耐磨滑套、弹簧相互连接装配构成的离心力平衡机构，其中以风轮叶片直接作为离心体，弹簧的形变力作为平衡力。由风轮叶片的轴柄、风轮轮毂上的导向槽、风轮叶片密封环、风轮叶片轴柄耐磨轴套相互连接装配构成的导向变角机构。扇形内凹叶片的轴柄均布插装在风轮轮毂里，在风轮轮毂端面上集成安装离心力平衡机构和导向变角机构与同步机构且相互关联链接，风轮导流罩安装在风轮轮毂上起到导流、防尘、密封作用，再配备润滑系统与密封系统构成高效自动同步变角调速多叶风轮装置。此风轮装置通过电机法兰座将其安装固定到风电机组的发电机上，通过离心力平衡机构控制平衡离心体旋转产生的离心力变化大小，离心体受离心力作用移动再通过导向变角机构和同步机构同步控制改变扇形叶片迎风角度，控制风压对风轮旋转做功大小来调节风轮转速。安装在轮毂上的导流罩将风向从风轮中心向外引向风叶尖部来增加对风叶的做功，且安装了多个扇形叶片的风轮可提高风能利用率。
[0006]为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：一种高效自动变角调速多叶风轮装置，其结构特征包括：内凹扇形叶片插装在风轮轮毂延周轴孔里且按需安装多个叶片（根据附图实施例结构设计选用叶片直接作为离心体），在轮毂上安装离心力平衡机构（根据附图实施例结构设计选用弹簧的形变力作为平衡力）、导向变角机构和同步机构且相互关联链接（实现叶片产生的离心力通过机构链接直接作用到弹簧上），导流罩装配在风轮迎风面的中心轮毂上，同时配备润滑系统和密封系统，构成本技术之高效自动变角调速多叶风轮装置，结构简单，自动同步变角控制风轮转速。可以实现风轮最高转速达到发电机额定转速，即风速再大风轮的转速达到设定上限不再增加，导向变角机构和同步机构控制叶片同步变角使风轮动平衡更好，风轮平稳旋转，降低震动提高寿命。同时叶片变角后高转速的风轮横切面变小，受风阻力变小噪音更小，本技术之高效自动变角控速多叶风轮装置，打破传统的螺旋桨翼型风叶设计理念，风轮上可以按需求加装多个扇形叶片，离心力平衡机构可以调整控制风轮转速，导向变角机构和同步机构配合离心力平衡机构可调整控制叶片自动同步迎风变角控制风轮转速且安全平稳的转动，可达到发电机额定转速后不再超速，极大的提高了发电效率，广泛应用于大、中、小型风力发电机组中，通过对风压流场分析优化设计得到扇形叶片的结构更加符合空气动力学，加大风能利用率。本技术的有益效果包含：1）结构简单的自动同步变角调速形式，免去复杂的风轮伺服变角系统；2）风轮启动风速小，风轮加速度高，可同比降低其配套塔架的高度；3）风轮转速高低可控，运转稳定不超速，直接驱动发电机发电，免去复杂增速系统，免去复杂的超速制动系统及超载卸荷控制装置；4）多叶片风轮直径小，风轮体积比传统同等级的三叶片风轮的体积更小，制造
成本低；5）风轮结构简单，制造安装工艺容易实现，且故障率低。
[0007]本技术之高效自动变角调速多叶风轮装置，所述扇形内凹叶片是扇形内凹的结构，扇形结构是风轮上的叶片由中心轴柄处向外方向叶片迎风作用面积由小变大，即根部窄尖部宽的叶片。内凹结构是叶片的迎风面采用内凹弧形的设计结构，叶片的扇形结构可根据实用条件按需设计一体式扇形、递进式扇形或组合式扇形且能够实现叶片的迎风面积由中心处向外方向连续、间歇、逐步增大的形式，内凹弧度可根据实用条件按需设计内凹弧度大小。参考实例附图1与附图2，扇形结构是风轮上的叶片101本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高效自动变角调速多叶风轮装置，其特征是，风轮装置包括扇形内凹叶片、风轮导流罩、风轮轮毂，离心力平衡机构、同步机构、导向变角机构及电机法兰座组成，由连杆、关节轴承、同步盘相互连接装配构成的同步机构，由弹簧调节螺母、弹簧导向轴、导向轴耐磨滑套、弹簧相互连接装配构成的离心力平衡机构，其中以风轮叶片直接作为离心体，弹簧的形变力作为平衡力，由风轮叶片的轴柄、风轮轮毂上的导向槽、风轮叶片密封环、风轮叶片轴柄耐磨轴套相互连接装配构成的导向变角机构，扇形内凹叶片的轴柄均布插装在风轮轮毂里，在风轮轮毂端面上集成安装离心力平衡机构和导向变角机构与同步机构且相互关联链接，风轮导流罩安装在风轮轮毂上起到导流、防尘、密封作用，再配备润滑系统与密封系统构成高效自动同步变角调速多叶风轮装置。2.根据权利要求1所述的高效自动变角调速多叶风轮装置，其特征是，扇形内凹叶片是扇形内凹的结构，扇形结构是风轮上的叶片由中心轴柄处向外方向叶片迎风作用面积由小变大，即根部窄尖部宽的叶片，内凹结构是叶片的迎风面采用内凹弧形的设计结构，叶片的扇形结构可根据实用条件按需设计一体式扇形、递进式扇形或组合式扇形且能够实现叶片的迎风面积由中心处向外方向连续、间歇、逐步增大的形式，内凹弧度可根据实用条件按需设计内凹弧度大小。3.根据权利要求1所述的高效自动变角调速多叶风轮装置，其特征是，扇形内凹叶片直接做为离心体均布插装在风轮轮毂里，可与相互选配的离心力平衡机构、导向变角机构、同步机构关联链接可以模块式集成装配到风轮轮毂上，可以按需安装多个叶片。4.根据权利要求1或3所述的高效自动...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜宝义，姜立浩，
申请(专利权)人：姜宝义，
类型：新型
国别省市：
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