專利名稱：風力推力變槳機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術領域，特別是涉及一種依靠風力自身產(chǎn)生的推力獨立變槳的機構。
背景技術：
目前大型風力發(fā)電機組在功率控制上，一般采用電機減速機驅動齒輪機構的變槳形式或液壓變槳形式，這種變槳機構需要將變槳機構放置到輪轂內(nèi)，同時通過電滑環(huán)或液 力滑環(huán)和機艙控制系統(tǒng)通訊進行控制。而小型風力發(fā)電機組在應對功率控制上目前有風輪側偏調(diào)速法、利用葉輪離心力改變槳距、增加葉片阻力等手段。電動和液壓變槳機構都需要人工或控制系統(tǒng)的干預才可以工作，且由于采用滑環(huán)結構，因此其結構和操作都比較復雜。小型風機目前采用的變槳手段效果不是非常理想。且傳統(tǒng)的風力發(fā)電機只利用了風能對葉片升力的作用，用來發(fā)電；而風能對葉片推力的部分沒有利用。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的技術問題，本發(fā)明提供一種風力推力變槳機構，它是不需要輪轂和機艙建立通信、省略滑環(huán)，也不需要人工或控制系統(tǒng)干預，且完全依靠風力而不需要額外動力的變槳機構。本發(fā)明包括
風輪芯軸，一端連接發(fā)電機主軸，另一端安裝有壓蓋；
風輪軸套套裝在風輪芯軸上，在風輪軸套端部和壓蓋間設有端彈簧；
變槳軸承，通過其軸承座安裝在風輪芯軸外側，變槳軸承的外圈固定在變槳軸承座上，葉片固定在變槳軸承的內(nèi)圈上；
推力液壓缸，至少為兩組，串聯(lián)連接后均布于風輪芯軸外周，固定在芯軸外側的固定座上，推力液壓缸的活塞桿端部和風輪軸套端面連接；
變槳驅動液壓缸，通過可旋轉的銷子固定在變槳軸承座上，變槳驅動液壓缸與推力液壓缸間通過非金屬液壓管路連接。所述主軸是發(fā)電機轉子軸伸出發(fā)電機外殼，其端部帶有與風輪芯軸配合連接的法蘭結構。或者，所述主軸為一端帶有與風輪芯軸配合連接的法蘭結構，另一端為與發(fā)電機轉子軸配合連接的結構。所述風輪芯軸一端為與主軸配合連接的法蘭結構，另一端帶有與壓蓋配合連接的安裝孔，芯軸軸體與風輪軸套配合連接部分帶有凸棱，風輪軸套帶有與芯軸凸棱相配合的內(nèi)孔。所述推力液壓缸是帶復位的液壓缸。其復位推力最小值為額定風速Vn。所述芯軸和變槳軸承座之間通過筋結構連接在一起?；蛘?，所述芯軸和變槳軸承座之間通過帶筋結構的轂結構連接在一起。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明變槳機構，它不需要輪轂和機艙建立通信、省略滑環(huán)，也不需要人工或控制系統(tǒng)干預，完全依靠風力而不需要額外動力。本發(fā)明尤其適用于小型風機，成本較低且結構簡單。本發(fā)明利用了風能對葉片升力作用之外的另一個作用，即推力作用來關聯(lián)葉片槳距角的關系，從而實現(xiàn)利用風能發(fā)電和變槳。
圖I為本發(fā)明的整體結構示意圖。圖2為圖I中風輪芯軸的結構示意圖。圖3為圖I中軸套的結構示意圖。圖4為本發(fā)明變槳驅動結構示意圖。圖5為本發(fā)明的工作原理示意圖，其中圖a_圖c為葉片在風力作用下各參數(shù)值的變化關系，圖d為風機設計的功率曲線。圖中1、塔筒，2、機艙，3、主軸，4、芯軸，41、凸棱，5、推力液壓缸，51、固定座，6、軸套，7、變槳驅動液壓缸，71、銷子，72、連接銷，8、葉片，9、變槳軸承，10、端面彈簧，11、壓蓋，12、連接件，13.轂。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例具體描述本發(fā)明。實施例如圖I所示，本發(fā)明包括
風輪芯軸4，一端連接發(fā)電機主軸3，兩者連接端為相互配合的法蘭盤結構，另一端通過螺栓安裝有壓蓋11，芯軸4軸體與風輪軸套6配合連接部分帶有凸棱，至少為一個(本例帶有四個凸棱)，沿圓周均布；風輪芯軸4是一個功能和滑動聯(lián)軸器相同的裝置，既可以沿軸向滑動，同時可以傳遞低速旋轉的扭矩；
風輪軸套6帶有與芯軸4凸棱相配合的內(nèi)孔，套裝在風輪芯軸4上，在風輪軸套6端部 和壓蓋11間設有端彈簧10，將端彈簧10和壓蓋11通過螺栓固定在風輪芯軸4端面上；
變槳軸承9，通過其軸承座安裝在風輪芯軸4外側，所述芯軸4和變槳軸承座之間通過帶筋結構的轂結構連接在一起；變槳軸承9的外圈通過螺栓固定在變槳軸承座上，葉片8通過螺栓固定在變槳軸承9的內(nèi)圈上；
推力液壓缸5是帶復位的液壓缸，至少為兩組(本例為兩組)，串聯(lián)連接后均布于風輪芯軸4外周，固定在芯軸4外側的固定座51上，推力液壓缸5的活塞桿端部通過螺栓和風輪軸套6端面連接；
變槳驅動液壓缸7，通過可旋轉的連接銷72連接在帶筋結構的轂13上，變槳驅動液壓缸7的活塞桿一端通過另一個可旋轉的銷子71連接在連接件12上，連接件12固定在變槳軸承9的內(nèi)圈上，變槳軸承9的外圈固定在帶筋結構的轂13上，變槳驅動液壓缸7與推力液壓缸5間通過非金屬液壓管路連接。本發(fā)明中所述的主軸3是發(fā)電機轉子軸伸出發(fā)電機外殼，其端部帶有與風輪芯軸4配合連接的法蘭結構。也可以采用另一種結構所述主軸3為一端帶有與風輪芯軸4配合連接的法蘭結構，另一端為與發(fā)電機轉子軸配合傳動連接的結構。所述推力液壓缸5是帶復位的液壓缸。本發(fā)明的工作原理
本發(fā)明中帶復位的推力液壓缸5內(nèi)置彈簧的彈性系數(shù)及兩推力液壓5缸的體積、行程均需和葉片的氣動特征以及本發(fā)明變槳機構的槳距角范圍關聯(lián)設計。如圖5中圖a所示，當大氣和葉片翼型存在如下運動，葉片翼型將受到一個合力5Q, SQ在垂直于來流方向的分量fL稱為升力，在平行于來流方向的分量fD稱為阻力。整個風輪受到空氣作用力在垂直于來流方向的合力SfL將產(chǎn)生一各繞風輪軸線旋轉的轉矩從而驅動發(fā)電機轉子發(fā)電，而沿來流方向的分量Σ fD將產(chǎn)生一個沿軸向的推力并通過塔筒傳遞到風機基礎上。圖b中α為攻角，β為槳距角，ω為風矢量。在槳距角β不變情況下，隨著風速增加攻角α增加。對于已經(jīng)制成的葉片，升力fF和阻力fD除了是風速的 函數(shù)外，同時分別為升力系數(shù)S L和阻力系數(shù)SD的函數(shù)，而SL和SD分別和攻角α存在如圖c所示的變化關系，其中SL最高點對應的攻角為臨界攻角，可見在臨界攻角以下升力系數(shù)和阻力系數(shù)均隨著攻角增大SL、SD均增大。同樣fD為風速和α的函數(shù)，隨著風速和攻角增加fD增加。圖d為風機設計的功率曲線，Vin, Vn、Vout分別為風機切入、額定和切出風速。為保證風速介于Vin和Vn之間并持續(xù)增加時攻角α是增加的，需保持槳距角β不變，所以此時設計的推力液壓缸5的復位推力最小值為風速Vn，且槳距角為O度時風輪對應的推力SfD。當風速介于Vn和Vout之間時，推力SfD仍為風速和槳距角β的函數(shù)，此時風輪推力SfD和推力液壓缸5之間存在以下關系SfD=f(co，β )，如果設推力液壓缸5的推力Fs=g (s，E)，s為液壓缸行程，E為彈性系數(shù)，則Fs=S fD在Vn至Vout之間且和推力液壓缸5的行程O至Sn所對應的槳距角O度至β sn之間變化時成立，且當風速從Vn至Vout變化時，s為推力液壓缸5對應的行程O至Sn，當風速趨于Vout時對應的槳距角為SfD=Fs (Sn,E)時的槳距角β sn,當風速達到或超過Vout時Σ f Dout=Fs (Smax,E)，和推力液壓缸5的行程O至Smax關聯(lián)的輪轂內(nèi)驅動液壓缸7所對應的槳距角為O至90度。推力液壓缸5可以采用復合彈簧結構(即彈簧在不同行程長度中彈性系數(shù)相異的彈簧)來滿足不同行程段Σ 所要求的彈性系數(shù)。本發(fā)明的機械動作過程
風輪葉片8在風力的作用下,風力達到切入風速后,風輪開始受到一個推力和升力作用，在升力作用下開始旋轉，隨著風力增大升力增大，風輪轉速功率增大，達到額定風速且小于切出風速時后隨著風力進一步增大，推力按照本發(fā)明工作原理中的函數(shù)關系開始驅動液壓缸變槳，保持風機在額定功率附近運行，直至風力接近切除風速附近，該槳距角和該風速下葉片所受的推力將槳距角改變到一個接近90度的位置。
權利要求
1.一種風カ推力變槳機構，其特征在干包括 風輪芯軸，一端連接發(fā)電機主軸，另一端安裝有壓蓋； 風輪軸套套裝在風輪芯軸上，在風輪軸套端部和壓蓋間設有端彈簧； 變槳軸承，通過其軸承座安裝在風輪芯軸外側，變槳軸承的外圈固定在變槳軸承座上，葉片固定在變槳軸承的內(nèi)圈上； 推力液壓缸，至少為兩組，串聯(lián)連接后均布于風輪芯軸外周，固定在芯軸外側的固定座上，推力液壓缸的活塞桿端部和風輪軸套端面連接； 變槳驅動液壓缸，通過可旋轉的銷子固定在變槳軸承座上，變槳驅動液壓缸與推力液壓缸間通過非金屬液壓管路連接。、
2.根據(jù)權利要求I所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述主軸是發(fā)電機轉子軸伸出發(fā)電機外売，其端部帶有與風輪芯軸配合連接的法蘭結構。
3.根據(jù)權利要求I所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述主軸為一端帶有與風輪芯軸配合連接的法蘭結構，另一端為與發(fā)電機轉子軸配合連接的結構。
4.根據(jù)權利要求I所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述風輪芯軸一端為與主軸配合連接的法蘭結構，另一端帶有與壓蓋配合連接的安裝孔，芯軸軸體與風輪軸套配合連接部分帶有凸棱，風輪軸套帶有與芯軸凸棱相配合的內(nèi)孔。
5.根據(jù)權利要求I所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述推力液壓缸是帶復位的液壓缸。
6.根據(jù)權利要求5所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述推力液壓缸復位推力最小值為額定風速Vn。
7.根據(jù)權利要求I所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述芯軸和變槳軸承座之間通過筋結構連接在一起。
8.根據(jù)權利要求I所述的風力推力變槳機構，其特征在于所述芯軸和變槳軸承座之間通過帶筋結構的轂結構連接在一起。
全文摘要
一種風力推力變槳機構，屬于風力發(fā)電技術領域。包括風輪芯軸，一端連接發(fā)電機主軸，另一端安裝有壓蓋；風輪軸套套裝在風輪芯軸上，在風輪軸套端部和壓蓋間設有端彈簧；變槳軸承，通過其軸承座安裝在風輪芯軸外側，變槳軸承的外圈固定在變槳軸承座上，葉片固定在變槳軸承的內(nèi)圈上；推力液壓缸，至少為兩組，串聯(lián)連接后均布于風輪芯軸外周，固定在芯軸外側的固定座上,推力液壓缸的活塞桿端部和風輪軸套端面連接；變槳驅動液壓缸，通過可旋轉的銷子固定在變槳軸承座上，變槳驅動液壓缸與推力液壓缸間通過非金屬液壓管路連接。本發(fā)明不需要輪轂和機艙建立通信、省略滑環(huán)，也不需要人工或控制系統(tǒng)干預，完全依靠風力而不需要額外動力。
文檔編號F03D7/00GK102734067SQ20121023567
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權日2012年7月6日
發(fā)明者劉衍選, 王國力, 蔡曉峰, 趙炳勝 申請人:沈陽華創(chuàng)風能有限公司