CN110374797A - 一种自调节式风力发电机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自调节式风力发电机叶片，涉及风力发电设备技术领域，包括调节叶片、调速装置、减速装置和动力架，所述调节叶片设置在所述动力架中部，所述调节叶片与所述动力架固定连接，所述调速装置设置在所述调节叶片上，所述调速装置可转动，所述减速装置共有两个，两个所述减速装置分别设置在所述动力架上且两个所述减速装置位于所述调节叶片两侧，所述动力架安装在风力发电机主轴上，本发明通过调节叶片的设置使风力发电机叶片既可以实现对风力发电机转速进行调节的目的，同时避免了叶片在风速较大时易损坏的问题，通过调速装置与减速装置的设置，增加了风力发电机在不同风速下的发电能力，增加了风力发电机对风速的适应能力。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其是涉及一种自调节式风力发电机叶片。
背景技术
为了更好的利用风能，长期以来，人们设计了多种结构形式的风力发电机装置，依据风力发电机旋转轴在空间方向位置的不同，划分为水平方向的水平轴风力发电机和垂直方向的垂直轴风力发电机，叶片是风力发电机的关键构件，大型风力发电机叶片的成本占总成本的25％左右，叶片是主要受载构件，主要承受风荷载、重力荷载、向心力荷载等，其工作状态是绕风轮主轴做高速转动，在叶片结构方面，一般的垂直轴风力发电机都只是沿用水平轴风力发电机风轮的叶片结构，但是垂直轴风力发电机风轮的叶片与水平轴风力发电机风轮的叶片受力特点和边界条件皆有明显差异，当风力较大时，叶片受风阻大一方面会导致风力发电机转速过快超过其额定转速，使发电效率降低，另一方面叶片也会因风力过大而损坏，当风力较小时，风力发电机达不到其额定转速，使发电效率降低。
已经存在当风力过大时调节叶片的形态或结构的现有技术，例如：CN108547733A，本发明为一种自调节式垂直轴风力发电机。所述自调节式垂直轴风力发电机包括电机，电机上连接有主轴，主轴连接有风电叶片，所述风电叶片通过固定杆连接有第一摩擦环；所述主轴通过连接环连接支撑件的一端，连接环通过弹性件与滑块的一端连接，滑块的另一端与传力杆的一端铰接在一起，传力杆的另一端铰接有支撑块，支撑块与竖轴滑动连接；所述主轴上套接有套轴，套轴外同轴套设有限位圆筒，套轴的外壁上连接有提升件。本发明在工作时可以充分利用风电机在工作时的转动所产生的离心力来对主轴的转速进行控制，整个控制过程为自主调节，无需添加额外的控制机构，然而，该对比文件仅考虑通过摩擦环产生摩擦力达到对风力发电机减速实现风力发电机转速调节的问题，但是一方面摩擦环易磨损，需要经常更换，增加了设备的维修保养时长，另一方面，当风力较大时虽然通过摩擦环使风力发电机转速下降，但是叶片承受的风阻并没有降低，此时极容易导致叶片损坏，影响风力发电机的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自调节式风力发电机叶片，以解决现有技术中风力过大或较小时，无法在保护叶片的同时对风力发电机转速进行调节以及减速机构易磨损的问题。
本发明提供一种自调节式风力发电机叶片，包括调节叶片、调速装置、减速装置和动力架，所述调节叶片设置在所述动力架中部，所述调节叶片与所述动力架固定连接，所述调速装置设置在所述调节叶片上，所述调速装置可转动，所述减速装置共有两个，两个所述减速装置分别设置在所述动力架上且两个所述减速装置位于所述调节叶片两侧，所述动力架安装在风力发电机主轴上。
进一步，所述调节叶片包括四个调节座、两个平行板、和两个风叶，两个所述风叶设置在两个平行板之间且分别位于所述平行板的两端，所述风叶可转动，所述四个调节座每两个一对设置在一个所述风叶的两侧，所述调节座穿过所述平行板与所述风叶连接。
进一步，所述调节座包括外圈、内圈和两个调节弹簧，所述外圈固定在所述平行板上，所述内圈穿过所述平行板固定在所述风叶上，所述内圈可随所述风叶转动，两个所述调节弹簧可随内圈转动被压缩或者拉伸。
进一步，所述调速装置包括旋转轴、六个减速板和六个风碗，六个所述减速板每三个一组分别设置在所述旋转轴两端，六个所述风碗分别对应一个减速板设置，所述风碗轴线与所述旋转轴轴线垂直设置。
进一步，所述减速板包括减速弹簧、第一挡板、扭力弹簧和第二挡板，所述减速弹簧一端固定在所述旋转轴上，所述减速弹簧另一端固定在所述第一挡板上，所述第一挡板一端铰接在所述旋转轴上，所述第一挡板另一端与所述第二挡板铰接，所述第一挡板与所述第二挡板铰接处设有扭力弹簧，所述扭力弹簧可以控制第一挡板与第二挡板间的夹角角度。
进一步，所述减速装置包括两个推力弹簧、两个滑动板、两个固定板和两个挡风布，两个所述推力弹簧分别与一个所述滑动板一侧连接，两个所述滑动板与所述动力架滑动连接，两个所述挡风布分一侧别与一个所述滑动板的另一侧连接，两个所述挡风布另一侧连接在所述固定板上，所述固定板固定在所述动力架上，所述滑动板运动可带动所述挡风布打开或收起。
进一步，所述动力架包括四根横杆、两根支撑板、一根安装杆、两个固定叶和一个安装座，所述四根横杆沿所述安装杆方向均匀设置，每根所述支撑板的两端分别与一根横杆的一端连接，两个所述固定叶分别设置在两根相邻横杆之间，所述安装座通过螺栓固定在所述安装杆中部。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
其一，设置有调速装置，所述调速装置包括旋转轴、六个减速板和六个风碗，调速装置工作时，当叶片转动方向与风向相反时，叶片与风速的相对速度增大，风碗与风向垂直获得更大的风阻，通过风碗推动所述旋转轴旋转，风速越大风碗所受的风阻越大，因此旋转轴转动越快，在离心力的作用下使风板伸展，从而使风板的迎风面积增大，使风板所受风阻增大，形成与叶片转动方向相反的阻力，从而实现对风力发电机的减速；当叶片转动方向与风向相同时，叶片与风速间的相对速度减小，风碗所受风阻减小，旋转轴转速降低，减速板在弹力作用下收缩，从而使迎风面积减小，使风板所受推力减小，减小了叶片转动所需动力，通过调速装置在迎风和逆风时面积大小的不同，一方面增加了叶片转动阻力，另一方面减小了叶片产生的动力，两者相互作用实现对叶片的调速，同时该调速装置各部位连接稳定，整体受力面积较小，抗风能力强，使得该调速装置不易损坏，降低了减速机构的磨损，增加了风力发电机的使用寿命。
其二，设置有减速装置，减速装置包括两个推力弹簧、两个滑动板、两个固定板和两个挡风布。风力发电机转速过大时，在离心力的作用下，滑动板动作使推力弹簧拉伸，同时带动挡风布一端运动，挡风布另一端固定在固定板上，通过滑动板与固定板的配合使挡风布收缩，从而减小风力发电机叶片的迎风面积减小叶片所受推动力，达到对风力发电机进行减速的目的，当风力下降后，推力弹簧复位拉动滑动板运动，使挡风布展开，避免挡风布面积减小影响风力发电机的正常运转。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明中调节风叶的结构示意图；
图5为本发明中减速装置的结构示意图；
图6为本发明中减速装置和动力架的结构示意图。
附图标记：
调节叶片1、调速装置2、减速装置3和动力架4，调节座1a、两个平行板1b、和两个风叶1c，外圈1a1、内圈1a2和两个调节弹簧1a3，旋转轴2a、六个减速板2b和六个风碗2c，减速弹簧2b1、第一挡板2b2、扭力弹簧2b3和第二挡板2b4，推力弹簧3a、两个滑动板3b、两个固定板3c和两个挡风布3d，横杆4a、两根支撑板4b、一根安装杆4c、两个固定叶4d和一个安装座4e。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连同。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1至图6所示，本发明实施例提供一种自调节式风力发电机叶片包括调节叶片1、调速装置2、减速装置3和动力架4，所述调节叶片1设置在所述动力架4中部，所述调节叶片1与所述动力架4固定连接，所述调速装置2设置在所述调节叶片1上，所述调速装置2可转动，所述减速装置3共有两个，两个所述减速装置3分别设置在所述动力架4上且两个所述减速装置3位于所述调节叶片1两侧，所述动力架4安装在风力发电机主轴上。本发明的工作原理是：通过设置调节叶片1，当风速改变时，调节叶片1可以通过改变叶片攻角大小改变叶片所受升力，从而对风力发电机进行加速或减速，使风力发电机维持在其额定转速，同时通过调节攻角避免了在风速过大时叶片因承受应力过大而损坏，通过调速装置2使风力发电机在风速波动时可以稳定在其额定转速，当风力发电机转速过快时，减速装置3动作对风力发电机进行减速，避免了风力发电机转速过快损坏，动力架4的设置为风力发电机提供启动力和对风力发电机叶片进行固定与支撑。
具体地，根据图4所示的调节叶片1包括四个调节座1a、两个平行板1b、和两个风叶1c，两个所述风叶1c设置在两个平行板1b之间且分别位于所述平行板1b的两端，所述风叶1c可转动，所述四个调节座1a每两个一对设置在一个所述风叶1c的两侧，所述调节座1a穿过所述平行板1b与所述风叶1c连接。当风力发电机转动时，风叶1c与风向间形成夹角，从而产生升力为风力发电机转动提供动力，当风速过大时，在风力作用下使风叶1c转动，此时风叶1c攻角变小，使得风叶1c获得的升力下降，从而使得风叶1c为风力发电机转动提供的动力减小，从而使风力发电机减速达到其额定转速，当风速下降后，调节座1a工作使风叶1c复位，此时风叶1c攻角变大，风叶1c获得的升力增加从而使风叶1c为风力发电机提供更大动力推动风力发电机运转，使风力发电机稳定在其额定转速，通过风叶1c与调节座1a之间的配合将风能吸收转换，从而使风叶1c可以根据风速变化自动调节与风速的夹角从而改变风叶1c获得的升力大小，实现风力发电机叶片的自适应调节，同时由于风速增大时风叶1c攻角变小，此时风叶1c所受应力变小避免了因分速过快造成风叶1c损坏的问题。
具体地，根据图4所示的调节座1a包括外圈1a1、内圈1a2和两个调节弹簧1a3，所述外圈1a1固定在所述平行板1b上，所述内圈1a2穿过所述平行板1b固定在所述风叶1c上，所述内圈1a2可随所述风叶1c转动，两个所述调节弹簧1a3可随内圈1a2转动被压缩或者拉伸。当风速过大时，在风力作用下风叶1c转动带动内圈1a2转动，此时由于外圈1a1固定不动，内圈1a2转动使调节弹簧1a3压缩，当弹簧弹力与风叶1c对内圈1a2施加的力平衡时，风叶1c停止转动，达到减小风叶1c攻角的目的，当风速减小时，弹簧复位对内圈1a2产生推力使内圈1a2转动，从而带动风叶1c转动使风叶1c攻角增大，通过内圈1a2、外圈1a1与复位弹簧的配合，达到调节风叶1c攻角的目的。
具体地，根据图5所示的调速装置2包括旋转轴2a、六个减速板2b和六个风碗2c，六个所述减速板2b每三个一组分别设置在所述旋转轴2a两端，六个所述风碗2c分别对应一个减速板2b设置，所述风碗2c轴线与所述旋转轴2a轴线垂直设置。调速装置2工作时，当叶片转动方向与风向相反时，叶片与风速的相对速度增大，风碗2c与风向垂直获得更大的风阻，通过风碗2c推动所述旋转轴2a旋转，风速越大风碗2c所受的风阻越大，因此旋转轴2a转动越快，在离心力的作用下使减速板2b伸展，从而使减速板2b的迎风面积增大，使减速板2b所受风阻增大，形成与叶片转动方向相反的阻力，从而实现对风力发电机的减速；当叶片转动方向与风向相同时，叶片与风速间的相对速度减小，风碗2c所受风阻减小，旋转轴2a转速降低，减速板2b在弹力作用下收缩，从而使迎风面积减小，使减速板2b所受推力减小，减小了叶片转动所需动力，通过调速装置2在迎风和逆风时面积大小的不同，一方面增加了叶片转动阻力，另一方面减小了叶片产生的动力，两者相互作用实现对叶片的调速，同时该调速装置2各部位连接稳定，整体受力面积较小，抗风能力强，使得该调速装置2不易损坏，降低了调速装置2的磨损，增加了风力发电机的使用寿命。
具体地，根据图5所示的减速板2b包括减速弹簧2b1、第一挡板2b2、扭力弹簧2b3和第二挡板2b4，所述减速弹簧2b1一端固定在所述旋转轴2a上，所述减速弹簧2b1另一端固定在所述第一挡板2b2上，所述第一挡板2b2一端铰接在所述旋转轴2a上，所述第一挡板2b2另一端与所述第二挡板2b4铰接，所述第一挡板2b2与所述第二挡板2b4铰接处设有扭力弹簧2b3，所述扭力弹簧2b3可以控制第一挡板2b2与第二挡板2b4间的夹角角度。当旋转轴2a转速加快时，在离心力的作用下，第一挡板2b2与第二挡板2b4伸展，带动减速弹簧2b1与扭力弹簧2b3拉伸，使减速板2b的迎风面积增大，实现对风力发电机减速的目的，当风力减小时旋转轴2a转速降低，减速弹簧2b1和扭力弹簧2b3复位带动第一挡板2b2与第二挡板2b4收缩，减小减速板2b的迎风面积，从而降低风力发电机叶片所受风阻，避免风速较小时减速板2b影响风力发电机运转。
具体地，根据图6所示的减速装置3包括两个推力弹簧3a、两个滑动板3b、两个固定板3c和两个挡风布3d，两个所述推力弹簧3a分别与一个所述滑动板3b一侧连接，两个所述滑动板3b与所述动力架4滑动连接，两个所述挡风布3d分一侧别与一个所述滑动板3b的另一侧连接，两个所述挡风布3d另一侧连接在所述固定板3c上，所述固定板3c固定在所述动力架4上，所述滑动板3b运动可带动所述挡风布3d打开或收起。风力发电机转速过大时，在离心力的作用下，滑动板3b动作使推力弹簧3a拉伸，同时带动挡风布3d一端运动，挡风布3d另一端固定在固定板3c上，通过滑动板3b与固定板3c的配合使挡风布3d收缩，从而减小风力发电机叶片的迎风面积减小叶片所受推动力，达到对风力发电机进行减速的目的，当风力下降后，推力弹簧3a复位拉动滑动板3b运动，使挡风布3d展开，避免挡风布面积减小3d影响风力发电机的正常运转。
具体地，根据图6所示的动力架4包括四根横杆4a、两根支撑板4b、一根安装杆4c、两个固定叶4d和一个安装座4e，所述四根横杆4a沿所述安装杆4c方向均匀设置，每根所述支撑板4b的两端分别与一根横杆4a的一端连接，两个所述固定叶4d分别设置在两根相邻横杆4a之间，所述安装座4e通过螺栓固定在所述安装杆4c中部。两个固定叶4d的设置为风力发电机提供了启动动力，使得风力发电机在风力较小时可以通过固定叶4d推动风力发电机转动，便于风力发电机在风力较小时启动。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：包括调节叶片(1)、调速装置(2)、减速装置(3)和动力架(4)，所述调节叶片(1)设置在所述动力架(4)中部，所述调节叶片(1)与所述动力架(4)固定连接，所述调速装置(2)设置在所述调节叶片(1)上，所述调速装置(2)可转动，所述减速装置(3)共有两个，两个所述减速装置(3)分别设置在所述动力架(4)上且两个所述减速装置(3)位于所述调节叶片(1)两侧，所述动力架(4)安装在风力发电机主轴上。
2.根据权利要求1所述的一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：所述调节叶片(1)包括四个调节座(1a)、两个平行板(1b)、和两个风叶(1c)，两个所述风叶(1c)设置在两个平行板(1b)之间且分别位于所述平行板(1b)的两端，所述风叶(1c)可转动，所述四个调节座(1a)每两个一对设置在一个所述风叶(1c)的两侧，所述调节座(1a)穿过所述平行板(1b)与所述风叶(1c)连接。
3.根据权利要求2所述的一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：所述调节座(1a)包括外圈(1a1)、内圈(1a2)和两个调节弹簧(1a3)，所述外圈(1a1)固定在所述平行板(1b)上，所述内圈(1a2)穿过所述平行板(1b)固定在所述风叶(1c)上，所述内圈(1a2)可随所述风叶(1c)转动，两个所述调节弹簧(1a3)可随内圈(1a2)转动被压缩或者拉伸。
4.根据权利要求1所述的一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：所述调速装置(2)包括旋转轴(2a)、六个减速板(2b)和六个风碗(2c)，六个所述减速板(2b)每三个一组分别设置在所述旋转轴(2a)两端，六个所述风碗(2c)分别对应一个减速板(2b)设置，所述风碗(2c)轴线与所述旋转轴(2a)轴线垂直设置。
5.根据权利要求4所述的一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：所述减速板(2b)包括减速弹簧(2b1)、第一挡板(2b2)、扭力弹簧(2b3)和第二挡板(2b4)，所述减速弹簧(2b1)一端固定在所述旋转轴(2a)上，所述减速弹簧(2b1)另一端固定在所述第一挡板(2b2)上，所述第一挡板(2b2)一端铰接在所述旋转轴(2a)上，所述第一挡板(2b2)另一端与所述第二挡板(2b4)铰接，所述第一挡板(2b2)与所述第二挡板(2b4)铰接处设有扭力弹簧(2b3)，所述扭力弹簧(2b3)可以控制第一挡板(2b2)与第二挡板(2b4)间的夹角角度。
6.根据权利要求1所述的一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：所述减速装置(3)包括两个推力弹簧(3a)、两个滑动板(3b)、两个固定板(3c)和两个挡风布(3d)，两个所述推力弹簧(3a)分别与一个所述滑动板(3b)一侧连接，两个所述滑动板(3b)与所述动力架(4)滑动连接，两个所述挡风布(3d)分一侧别与一个所述滑动板(3b)的另一侧连接，两个所述挡风布(3d)另一侧连接在所述固定板(3c)上，所述固定板(3c)固定在所述动力架(4)上，所述滑动板(3b)运动可带动所述挡风布(3d)打开或收起。
7.根据权利要求1所述的一种自调节式风力发电机叶片，其特征在于：所述动力架(4)包括四根横杆(4a)、两根支撑板(4b)、一根安装杆(4c)、两个固定叶(4d)和一个安装座(4e)，所述四根横杆(4a)沿所述安装杆(4c)方向均匀设置，每根所述支撑板(4b)的两端分别与一根横杆(4a)的一端连接，两个所述固定叶(4d)分别设置在两根相邻横杆(4a)之间，所述安装座(4e)通过螺栓固定在所述安装杆(4c)中部。
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