叶轮机械变桨装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102996345 A (43)申请公布日 2013.03.27 CN 102996345 A *CN102996345A* (21)申请号 201210573755.1 (22)申请日 2012.12.26 F03D 7/00(2006.01) (71)申请人 浙江理工大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高校园区 2 号大街 928 号 (72)发明人 陈波 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 陈昱彤 (54) 发明名称 叶轮机械变桨装置 (57) 摘要 本发明公开了一种风力发电机叶轮机械变桨 装置。它包括连接盘、 中间拉杆。

2、、 复位弹簧、 轮毂、 定位块、 由至少两个离心单元组成的离心动力机 构和由至少两个变桨单元组成的变桨机构 ； 各离 心单元包括离心块、 传力片和连接片 ； 各离心单 元分别与轮毂、 连接盘连接， 各离心单元沿轮毂 的旋转方向呈环形分布且各离心单元在运动时互 不干涉 ； 各变桨单元包括叶片拉杆、 力臂片、 叶片 轴、 叶片和固定盘， 各变桨单元分别与轮毂、 连接 盘安装在一起， 各变桨单元的叶片沿轮毂的旋转 方向呈环形分布 ； 复位弹簧套在中间拉杆上， 复 位弹簧的一端压在轮毂的外侧面上， 复位弹簧的 另一端通过带内螺纹孔的定位块与中间拉杆的一 端螺纹连接， 中间拉杆的另一端与连接盘固定连 接。

3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 包括离心动力机构、 变桨机构、 连 接盘、 中间拉杆、 复位弹簧、 轮毂和定位块 ； 所述离心动力机构由至少两个离心单元组成， 每个离心单元包括离心块、 传力片和连 接片 ； 在每个离心单元中， 离心块与传力片固定连接， 传力片与连接片通过关节螺栓连接 ； 各离心单元的传力片分别通过关节螺栓安装在轮毂上， 各离心单元的连接片分别通过关节 螺。

4、栓安装在连接盘上， 各离心单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布且各离心单元在运动时互 不干涉 ； 所述变桨机构由至少两个变桨单元组成， 每个变桨单元包括叶片拉杆、 力臂片、 叶片 轴、 叶片和固定盘 ； 在每个变桨单元中， 叶片轴插入到轮毂的叶片安装孔中， 固定盘与轮毂 固定连接， 叶片轴置于固定盘和轮毂之间， 并且叶片轴与轮毂能够相对转动 ； 力臂片固定安 装在叶片轴的根部， 叶片轴的顶部与叶片固定连接 ； 叶片拉杆的一端通过关节螺栓与连接 盘连接， 叶片拉杆的另一端通过关节螺栓与力臂片相连 ； 各变桨单元沿轮毂的旋转方向呈 环形分布 ； 所述复位弹簧套在中间拉杆上， 复位弹簧的一端压在轮毂的外侧。

5、面上， 复位弹簧的另 一端固定有带内螺纹孔的定位块， 所述定位块与中间拉杆的加工有外螺纹的一端螺纹连 接， 中间拉杆的另一端与连接盘固定连接 ； 复位弹簧与各离心单元的离心块分位于轮毂的 两侧。 2. 根据权利要求 1 所述的风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 各所述离心单元 和 / 或各所述变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形均匀分布。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 所述轮毂上 开设有两个以上第一离心单元安装孔， 各第一离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分 布， 各所述离心单元的传力片分别安装于对应的第一离心单元安装孔上。 4. 根据权。

6、利要求 3 所述的风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 各所述离心单元 的传力片分别通过相应的安装座安装于对应的第一离心单元安装孔上。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 所述连接盘 上开设有两个以上第二离心单元安装孔， 各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形 分布， 各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应的第二离心单元安装孔上。 6. 根据权利要求 3 所述的风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 所述连接盘上 开设有两个以上第二离心单元安装孔， 各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分 布， 各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于。

7、对应的第二离心单元安装孔上。 7. 根据权利要求 4 所述的风力发电机叶轮机械变桨装置， 其特征是 ： 所述连接盘上 开设有两个以上第二离心单元安装孔， 各第二离心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分 布， 各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应的第二离心单元安装孔上。 权 利 要 求 书 CN 102996345 A 2 1/4 页 3 叶轮机械变桨装置 技术领域 0001 本发明涉及一种风力发电装置， 尤其涉及一种用于风力发电机的叶轮变桨装置。 背景技术 0002 目前， 可再生能源日益减少， 同时给环境造成了严重的破坏， 我国对新能源的发展 非常重视， 风能是其中一个重要的部分。在中小型风。

8、力发电机中， 一般把叶片固定在轮毂 上， 其桨距角不变， 这种风机一般效率较低， 同时抵抗大风能力较差。 目前， 有部分厂家使用 变桨技术实现对风能的最大利用， 但是存在机械变桨系统易磨损， 可靠性低等缺点， 容易造 成破坏。电控变桨系统有稳定性差， 成本高， 故障源多等缺点。 发明内容 0003 本发明的目的是针对以上技术的不足， 提供一种新型的叶轮机械变桨装置， 从而 克服现有技术的部分或全部缺陷。 0004 为实现上述目的， 本发明所采取的技术方案是 ： 本发明风力发电机叶轮机械变桨 装置包括离心动力机构、 变桨机构、 连接盘、 中间拉杆、 复位弹簧、 轮毂和定位块 ； 所述离心 动力机。

9、构由至少两个离心单元组成， 每个离心单元包括离心块、 传力片和连接片 ； 在每个离 心单元中， 离心块与传力片固定连接， 传力片与连接片通过关节螺栓连接 ； 各离心单元的传 力片分别通过关节螺栓安装在轮毂上， 各离心单元的连接片分别通过关节螺栓安装在连接 盘上， 各离心单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布且各离心单元在运动时互不干涉 ； 所述变 桨机构由至少两个变桨单元组成， 每个变桨单元包括叶片拉杆、 力臂片、 叶片轴、 叶片和固 定盘 ； 在每个变桨单元中， 叶片轴插入到轮毂的叶片安装孔中， 固定盘与轮毂固定连接， 叶 片轴置于固定盘和轮毂之间， 并且叶片轴与轮毂能够相对转动 ； 力臂片固定安装。

10、在叶片轴 的根部， 叶片轴的顶部与叶片固定连接 ； 叶片拉杆的一端通过关节螺栓与连接盘连接， 叶片 拉杆的另一端通过关节螺栓与力臂片相连 ； 各变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形分布 ； 所 述复位弹簧套在中间拉杆上， 复位弹簧的一端压在轮毂的外侧面上， 复位弹簧的另一端固 定有带内螺纹孔的定位块， 所述定位块与中间拉杆的加工有外螺纹的一端螺纹连接， 中间 拉杆的另一端与连接盘固定连接 ； 复位弹簧与各离心单元的离心块分位于轮毂的两侧。 0005 进一步地， 本发明所述离心单元和 / 或各所述变桨单元沿轮毂的旋转方向呈环形 均匀分布。 0006 进一步地， 本发明所述轮毂上开设有两个以上第一离心单。

11、元安装孔， 各第一离心 单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布， 各所述离心单元的传力片分别安装于对应的第 一离心单元安装孔上。 0007 进一步地， 本发明各所述离心单元的传力片分别通过相应的安装座安装于对应的 第一离心单元安装孔上。 0008 进一步地， 本发明所述连接盘上开设有两个以上第二离心单元安装孔， 各第二离 心单元安装孔沿轮毂的旋转方向呈环形分布， 各所述变桨单元的叶片拉杆分别安装于对应 说 明 书 CN 102996345 A 3 2/4 页 4 的第二离心单元安装孔上。 0009 与现有技术相比， 本发明的有益效果是 ： 本发明的连接盘与中间拉杆固定， 同时与 各变桨单元的叶片。

12、拉杆连接， 工作时中间拉杆带动连接盘作轴向移动， 使各变桨单元的叶 片拉杆的轴向位移相等， 进而使各变桨单元的力臂片转角相等， 这样可保证所有的叶片迎 风角度一致 ； 结构包含至少两个离心单元， 旋转时可以产生足够的离心力， 同时离心单元均 匀分布使整个结构平衡。 当离心块随着轮毂转动时， 产生偏离轴心的离心力， 离心力通过传 动片和传力杆拉动连接盘， 连接盘使复位弹簧发生变形， 同时带动所有变桨单元， 从而改变 所有叶片的迎风角度。 当叶轮转速减小时， 复位弹簧起到复位作用， 复位弹簧的弹性力可推 动连接盘向反方向移动， 从而使叶片的迎风角恢复。 在整个过程中， 叶片的迎风角都能随风 速的变。

13、化而变化， 这样可以使叶轮在每个风速下都处于较好的迎风角， 确保了风力发电机 运行的安全、 稳定、 高效。 附图说明 0010 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步描述。 0011 图 1 发明叶轮机械变桨装置的结构图 ； 图 2 是离心单元的结构示意图 ； 图 3 是变桨单元的结构示意图 ； 图 4 是轮毂的结构示意图 ； 图 5 是叶轮机械变桨装置的内部结构示意图 （局部） ； 图 6 是连接盘的结构示意图。 具体实施方式 0012 如图 1 所示， 本发明叶轮机械变桨装置包括离心动力机构、 变桨机构、 连接盘 3、 复 位弹簧 4、 中间拉杆 5、 轮毂 15 和定位块 2。如图。

14、 2 所示， 离心动力机构由至少两个离心单 元组成， 离心单元在轮毂15上沿轮毂15的旋转方向呈环形均匀分布， 各离心单元运行时互 不干涉。每个离心单元由离心块 6、 传力片 7 和连接片 8 组成， 离心块 6 与传力片 7 固定连 接， 传力片 7 和连接片 8 通过关节螺栓 16 连接， 关节螺栓 16 保证传力片 7 和连接片 8 之间 可以相对转动。各离心单元的传力片 7 可分别通过相应的安装座 17 安装于对应的第一离 心单元安装孔上 19。如图 1 所示， 各个离心单元的传力片 7 通过关节螺栓 16 与已经固定 在轮毂 15 上的安装座 17 连接， 与不同传力片 7 相连接的。

15、安装座 17 互不相同。其中， 安装 座 17 通过螺纹连接的方式或焊接的方式固定在轮毂 15 的第一离心单元安装孔 19 上， 优选 地， 第一离心单元安装孔 19 在轮毂上沿轮毂 15 的旋转方向呈环形均匀分布。如图 6 所示， 连接盘 3 开设有多个第二离心单元安装孔 22， 优选地， 各第二离心单元安装孔 22 在连接盘 3 上沿轮毂 15 的旋转方向呈环形均匀分布 ； 第二离心单元安装孔 22 与离心单元一一对应， 即连接盘 3 在各第二离心单元安装孔 22 处一一对应地与一个离心单元的连接片 8 通过关 节螺栓 16 连接 （参见图 1 和图 2） 。 0013 如图 3 所示， 。

16、变桨机构由至少两个变桨单元组成， 每个变桨单元由固定盘 18、 力臂 片 10、 叶片拉杆 9、 叶片轴 11 和一个叶片 1 组成。如图 4 所示， 轮毂 15 上沿周向间隔的有 多个叶片安装孔 13 （图 4 中示例性地示出了 3 个叶片安装孔 13） 。结合图 3 和图 4 所示， 将 说 明 书 CN 102996345 A 4 3/4 页 5 叶片轴 11 插入到对应的叶片安装孔 13 中， 叶片轴 11 和叶片安装孔 13 之间可以相对转动 ； 再将固定盘 18 通过螺栓固定在轮毂 15 上， 使叶片轴 11 置于固定盘 18 和轮毂 15 之间 ； 力 臂片 10 用螺栓固定在叶。

17、片轴 11 的根部， 叶片 1 用螺栓固定在叶片轴 11 的顶部 ； 叶片拉杆 9 的一端通过关节螺栓 16 与连接盘 3 连接， 叶片拉杆 9 的另一端则通过关节螺栓 16 与力 臂片 10 相连。如图 6 所示， 连接盘 3 开设有变桨单元安装孔 21， 在连接盘 3 上呈环形均匀 分布， 变桨单元安装孔 21 的数量与变桨单元的数量相等。复位弹簧 4 套在中间拉杆 5 上 ； 并且， 复位弹簧 4 的一端压在轮毂 15 的外侧面上， 复位弹簧 4 的另一端固定有带内螺纹孔 的定位块 2， 定位块 2 与中间拉杆 5 的加工有外螺纹的一端螺纹连接， 中间拉杆 5 的另一端 则与连接盘 3 。

18、固定连接， 复位弹簧 4 与各离心单元的离心块分位于轮毂 15 的两侧。如图 6 所示， 连接盘 3 的中心还开设有中间拉杆安装孔 20。由于各传力片 7 与轮毂 15 之间， 各传 力片 7 与连接盘 3 之间， 连接盘 3 与各叶片拉杆 9 之间， 力臂片 10 与对应的叶片拉杆 9 之 间均通过关节螺栓 16 连接， 因此它们之间可以相对转动。如图 4 所示， 轮毂 15 包括轮毂基 体 14， 轮毂基体 14 的中心开有中心轴孔， 在轮毂基体 14 上沿轮毂 15 的旋转方向间隔的有 叶片安装孔 13， 从而使叶片安装孔 13 沿轮毂 15 的旋转方向呈环形均匀分布 ； 并且， 各叶片。

19、 安装孔13的中心轴线与轮毂基体14的中心轴孔的中心轴线相互垂直 ； 在轮毂基体14上还 沿轮毂 15 的旋转方向间隔地开设有第一离心单元安装孔 19， 第一离心单元安装孔 19 沿轮 毂15的旋转方向呈环形均匀分布， 并且， 各第一离心单元安装孔19的中心轴线与轮毂基体 14 的中心轴孔的中心轴线相互平行。轮毂基体 14 上还设有轮毂加强筋 12。在图 4 中所示 的是有三个叶片 1 的风力发电机的轮毂 15， 轮毂 15 也相应的有 3 个叶片安装孔 13。在图 5 中示例地给出了其中一个离心动力单元与一个变桨单元的安装关系示意图。图 6 为连接 盘 3 的结构示意图， 如图 6 所示， 。

20、在连接盘 3 的中心开有中间拉杆连接孔 20， 中间拉杆连接 孔 20 的中心轴线与轮毂基体 14 的中心轴孔的中心轴线相互平行 ； 在连接盘 3 上沿着中间 拉杆连接孔20的外圆周开有多个变桨单元连接孔21和第二离心单元连接孔22， 其中， 各变 桨单元连接孔 21 分布在各第二离心单元连接孔 22 的外围。参看图 1 至图 6， 各变桨单元连 接孔 21 和各第二离心单元连接孔 22 的中心轴线与轮毂基体 14 的中心轴孔的中心轴线相 互平行， 各变桨单元连接孔 21 和各第二离心单元连接孔 22 沿轮毂 15 的旋转方向呈环形均 匀分布， 最终使各离心单元和各变桨单元沿轮毂 15 的旋转。

21、方向呈环形均匀分布。 0014 本发明的机械变桨装置工作原理是利用离心力驱动叶片轴 11 转动， 而风速的变 化会导致叶轮转速的变化， 从而改变离心力， 进而改变迎风角。具体工作过程为 ： 当风速低 于切入风速时叶片1处于初始桨距角， 此时叶片1可以产生较大的启动力矩， 有利于低风速 启动 ； 叶轮启动后， 随着转速增加时， 离心动力机构产生变桨源动力， 当离心块 6 随着轮毂 15 转动， 产生偏离轴心的离心力， 离心力通过传动片 7 和传力杆 8 拉动连接盘 3， 连接盘 3 使复位弹簧 4 发生变形， 同时由连接盘 3 带动变桨机构的所有变桨单元， 使叶片 1 迅速处于 较佳的迎风角， 。

22、这样可以保证额定风速以下风机的输出功率， 连接盘 3 同时与各变桨单元 的叶片拉杆 9 连接， 工作时中间拉杆 5 带动连接盘 3 轴向移动， 使各变桨单元的叶片拉杆 9 的轴向位移相等， 进而使各变桨单元的力臂片 10 转角相等， 这样可保证所有的叶片 1 迎风 角度一致 ； 结构包含至少两个离心单元， 旋转时可以产生足够的离心力， 同时离心单元均匀 分布使整个结构平衡。当超过额定风速时， 叶轮转速小幅提高， 进一步改变桨距角， 此时可 以限制叶轮的驱动力矩， 从而限制了转速的进一步提高， 使整个结构安全。 当叶轮转速减小 说 明 书 CN 102996345 A 5 4/4 页 6 时， 。

23、复位弹簧 4 起到复位作用， 弹簧的弹性力推动连接盘 3 向反方向移动， 从而使叶片 1 的 迎风角恢复。整个过程， 叶片 1 迎风角都能随风速的变化而变化， 这样可以使叶轮在每个风 速下都处于较好的迎风角。 0015 本发明整体结构简单， 响应即时 ； 可以实现低风速时有较佳的启动角， 额定风速时 使叶轮处于最佳尖速比， 高风速时限速 ； 整个关节结构使用耐磨关节轴承， 使用寿命长， 确 保了风力发电机运行的安全、 稳定、 高效。 说 明 书 CN 102996345 A 6 1/4 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102996345 A 7 2/4 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102996345 A 8 3/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102996345 A 9 4/4 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102996345 A 10 。