CN106089573A - 一种叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，包括：若干叶片、轮毂、支撑柱、前拉绳、后拉绳、中部变桨装置和根部变桨器，所述支撑柱位于轮毂的中心线位置，中部变桨装置位于叶片上，所述支撑柱的顶点和所述中部变桨装置之间通过前拉绳相互连接，所述后拉绳用于连接相邻的中部变桨装置，后拉绳首尾相连，且形成一个闭环，所述中部变桨装置与所述根部变桨器旋转轴线重合并垂直于所述轮毂主轴线。通过上述方式，本发明提供的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，在不增加叶轮总重量前提下，叶片更长、浆矩角调整更准确，在低风速时提高风电设备的利用率，降低发电成本。

Description

一种叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮
技术领域
本发明涉及风力发电机叶轮领域，特别是涉及叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，适用于上风型风轮。
背景技术
风力发电机是一种利用风力推动叶片旋转，再带动发动机发电的新能源装置。根据空气动力学原理，能最大限度的把风能转化成机械能的风电叶片应该具有以下基本特点，一是风电叶片要尽力薄，提高风产生的叶片动力减少叶片旋转的阻力；二是叶片的长度越长越好，尽力增加叶片的扫风面积，三是为了减小对叶片结构强度的要求而应用加强元素如拉绳或支柱。如果加强元素阻力太大对风能利用效率的影响得不偿失，就失去了加强元素的意义。如果叶片从根部到尖部依靠自身结构强度独立受力，叶片的长度增加一倍，根部结构强度就会增加十几倍。在不增加叶轮总重量的前提下大型风电叶轮要提高叶片的长度和强度越来越难。
现在制约风力发电最大的问题是发电成本问题。从现在全球使用较多的三叶片风电***看，获取能源的唯一设备叶轮的成本只占风电***成本的20-30%，其它设备成本占大部分，另外绝大多数时间自然提供的风速远远达不到满发风速，低风速发电功率小对配套设备的利用率低。如果设计一种新风电***具有下列特性：一.除叶轮外，其它设备如变速器、发电机、塔架、变压器等不变即这些设备成本不变，二.该风电***的最大发电功率不变，叶片最大转速和扭矩不变，三让叶片不独立受力使用加强元素，增加叶片长度不增加叶片重量，叶片长度增加20%以上，即扫风面积增加44%以上，四加强元素阻力消耗叶片利用的风能低于10%，那么有上述特性的风电***发电成本会降低30%左右。
本发明的目的就是实现这个降低发电成本的设想。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何提供一种在不增加叶轮总重量前提下，叶片更长、浆矩角调整更准确，在低风速时提高风电设备的利用率，降低发电成本的风电叶轮。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，包括：若干叶片、轮毂、支撑柱、前拉绳、后拉绳、中部变桨装置和根部变桨器，所述支撑柱位于轮毂的中心线位置，中部变桨装置位于叶片上，所述支撑柱的顶点和所述中部变桨装置之间通过前拉绳相互连接，所述后拉绳用于连接相邻的中部变桨装置，后拉绳首尾相连，且形成一个闭环，所述中部变桨装置与所述根部变桨器旋转轴线重合并垂直于所述轮毂主轴线。
在一个较佳实施例中，所述中部变桨装置和根部变桨器共同作用推动所述叶片旋转并改变浆矩角。
在一个较佳实施例中，所述中部变桨装置和根部变桨器共同作用推动所述叶片旋转微调桨距角。
在一个较佳实施例中，所述中部变桨装置包括叶片的主梁、附加轴、剖分轴承、剖分轴承座、圆弧齿条、主动齿轮、齿轮马达，所述附加轴位于所述的主梁上，所述剖分轴承安装于附加轴上，且剖分轴承座位于所述剖分轴承外部，剖分轴承座用于支撑所述前拉绳与后拉绳，从而使叶片旋转时不缠绕前拉绳与后拉绳。
在一个较佳实施例中，所述齿轮马达与所述主动齿轮之间电性连接，所述齿轮马达安装与所述叶片内部。
在一个较佳实施例中，所述剖分轴承座上设置有圆弧齿条。
在一个较佳实施例中，所述主动齿轮在所述圆弧齿条上转动并推动所述叶片1相对于所述轴承座旋转，从而改变所述叶片的桨距角。
本发明的有益效果是：在不增加叶轮总重量前提下，叶片更长、浆矩角调整更准确，在低风速时提高风电设备的利用率，降低发电成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮一具体实施例的结构示意图；
图2是本发明叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮内中部变桨装置一具体实施例的结构示意图；
图3是本发明叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮中部变桨装置A-A剖面一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，在本发明的一个具体实施例中提供一种叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮包括：若干叶片1、轮毂2、支撑柱3、前拉绳4、后拉绳5、中部变桨装置6和根部变桨器7，所述支撑柱3位于轮毂2的中心线位置，中部变桨装置6位于叶片1上，所述支撑柱3的顶点和所述中部变桨装置6之间通过前拉绳4相互连接，所述后拉绳5用于连接相邻的中部变桨装置6，后拉绳5首尾相连，且形成一个闭环，所述中部变桨装置6与所述根部变桨器7旋转轴线重合并垂直于所述轮毂2主轴线。
所述中部变桨装置6和根部变桨器7共同作用推动所述叶片1旋转并改变浆矩角。所述中部变桨装置6和根部变桨器7共同作用推动所述叶片1旋转微调桨距角。所述中部变桨装置6包括叶片1的主梁61、附加轴62、剖分轴承（63）、剖分轴承座64、圆弧齿条65、主动齿轮66、齿轮马达67，所述附加轴62位于所述的主梁61上，所述剖分轴承安装于附加轴62上，且剖分轴承座64位于所述剖分轴承外部，剖分轴承座64用于支撑所述前拉绳4与后拉绳5，从而使叶片1旋转时不缠绕前拉绳4与后拉绳5。
所述齿轮马达67与所述主动齿轮66之间电性连接，所述齿轮马达67安装与所述叶片1内部，所述剖分轴承座64上设置有圆弧齿条65，所述主动齿轮66在所述圆弧齿条65上转动并推动所述叶片11相对于所述轴承座旋转，从而改变所述叶片1的桨距角。
在一个具体实施例中，一种叶片上有拉绳和变桨装置的风电叶轮，包括叶片1、轮毂2、支撑柱3、前拉绳4、后拉绳5、中部变桨装置6和根部变桨器7。沿所述轮毂中心线设置一个所述支撑柱3，在所述叶片1上设置中部变桨装置6，所述前拉绳4连接支撑柱3顶点和所述中部变桨装置6，所述后拉绳5连接相邻的两个叶片上的所述中部变桨装置6，所述后拉绳5首尾相连形成一个闭环。中部变桨装置6可以和根部变桨器7一起推动所述叶片1旋转改变浆矩角，也可以独立推动所述叶片1旋转微调桨距角。
所述叶片1上安装中部变桨装置6，包括叶片的主梁61、附加在梁上的轴62、剖分轴承63、剖分轴承座64、圆弧齿条65、主动齿轮66、齿轮马达67。在不破坏叶片主梁61的前提下设置一个附加在梁上的轴62，在轴62上安装剖分轴承63，轴承外再套上剖分轴承座64。剖分轴承座上有支架支撑所述拉绳4和所述拉绳5，使叶片1旋转时不缠绕拉绳。
推动所述主动齿轮66的所述齿轮马达67安装在所述叶片1内部不外露，减小旋转时风的阻力，所述圆弧齿条65安装在所述剖分轴承座64上，依托后所述拉绳5闭环形成的稳定平面，所述主动齿轮66在所述圆弧齿条65上转动推动所述叶片1相对于所述轴承座64旋转改变所述叶片1的桨距角。
所述中部变桨装置6与所述根部变桨器7旋转轴线重合并垂直于所述轮毂2主轴线。
因此，本发明具有以下优点：一. 在叶轮发电状态时，前拉绳抵抗风对叶片的弯矩，后拉绳抵消叶片旋转时重力产生的交替应力。
二.在飓风来袭叶片顺桨停机时，由于叶片相对于轮毂是对称分布的，通过后拉绳连接的叶片受到的风力是相互抵消的。
三.叶片有两个主动变桨装置，叶片桨距角调整更准确。
四.叶片有加强元素后，叶轮在不增加总重量的前提下，叶片更长扫风面积更大。
五.同样功率的发电机组，除叶轮外其它设备不变，改变的只是叶轮扫风面积，自然条件大多数时间都是低风速，在低风速时发电功率明显增加，机组设备的利用率提高，发电成本降低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，包括：若干叶片（1）、轮毂（2）、支撑柱（3）、前拉绳（4）、后拉绳（5）、中部变桨装置（6）和根部变桨器（7），所述支撑柱位于轮毂的中心线位置，中部变桨装置位于叶片上，所述支撑柱的顶点和所述中部变桨装置之间通过前拉绳相互连接，所述后拉绳用于连接相邻的中部变桨装置，后拉绳首尾相连，且形成一个闭环，所述中部变桨装置与所述根部变桨器旋转轴线重合并垂直于所述轮毂主轴线。
2.根据权利要求1所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，所述中部变桨装置和根部变桨器共同作用推动所述叶片旋转并改变浆矩角。
3.根据权利要求1所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，所述中部变桨装置和根部变桨器共同作用推动所述叶片旋转微调桨距角。
4.根据权利要求1所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，所述中部变桨装置包括叶片的主梁（61）、附加轴（62）、剖分轴承（63）、剖分轴承座（64）、圆弧齿条（65）、主动齿轮（66）、齿轮马达（67），所述附加轴位于所述的主梁上，所述剖分轴承安装于附加轴上，且剖分轴承座位于所述剖分轴承外部，剖分轴承座用于支撑所述前拉绳与后拉绳，从而使叶片旋转时不缠绕前拉绳与后拉绳。
5.根据权利要求4所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，所述齿轮马达与所述主动齿轮之间电性连接，所述齿轮马达安装与所述叶片内部。
6.根据权利要求4所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，所述剖分轴承座上设置有圆弧齿条。
7.根据权利要求4所述的叶片上具有拉绳和变桨装置的风电叶轮，其特征在于，所述主动齿轮在所述圆弧齿条上转动并推动所述叶片1相对于所述轴承座旋转，从而改变所述叶片的桨距角。
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