本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機組教學(xué)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及其中一種教學(xué)用風(fēng)力發(fā)電機變槳距機構(gòu)。

背景技術(shù)：

近幾年我國風(fēng)力發(fā)電機站的數(shù)量有所增加，這增加了風(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)、安裝、運行與維護人員的需求。在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機的教學(xué)設(shè)備中，教學(xué)用風(fēng)力發(fā)電機組裝置往往將變槳控制系統(tǒng)、變槳機構(gòu)、偏航系統(tǒng)、偏航機構(gòu)和控制系統(tǒng)等多個系統(tǒng)結(jié)合在一起，該種裝置的體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于觀察其中單獨某一個機構(gòu)的工作情況。因此需要單獨的教學(xué)用變槳機構(gòu)，以供教學(xué)講解使用和直接觀察?，F(xiàn)有實際應(yīng)用的變槳距結(jié)構(gòu)一般為液壓推桿式、齒輪外圈式和齒輪內(nèi)圈式，位于大齒輪外圈或內(nèi)圈的齒輪將力矩傳動給大齒輪并帶動槳葉動力軸上的槳葉轉(zhuǎn)動實現(xiàn)變槳。上述中液壓推桿式由于體積較大，結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜，不適于教學(xué)中演示和使用。變槳驅(qū)動電機驅(qū)動的齒輪內(nèi)圈式和齒輪外圈式的機構(gòu)部件多，并且每個槳葉上均設(shè)有一個驅(qū)動變槳驅(qū)動電機和齒輪傳動組件，其安裝難度大，同步控制的難度也打，也不適于教學(xué)并且制造成本昂貴。因此需要對實際應(yīng)用中的變槳距結(jié)構(gòu)做出適應(yīng)性的調(diào)整，減少機構(gòu)部件，降低材料成本和加工成本，以便教學(xué)和實訓(xùn)使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和拆卸的教學(xué)用的風(fēng)力發(fā)電機的機械變槳距結(jié)構(gòu)，解決了實際風(fēng)力發(fā)電機組變槳距機械機構(gòu)的實訓(xùn)教學(xué)功能不強，不便于反復(fù)拆裝、調(diào)試等實訓(xùn)的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種教學(xué)用風(fēng)力發(fā)電機變槳距機構(gòu)，包括變槳驅(qū)動電機、傳動裝置、若干分布均勻的槳葉動力軸、與槳葉動力軸聯(lián)軸連接的槳葉。傳動裝置的輸入端、輸出端分別與變槳驅(qū)動電機、槳葉動力軸聯(lián)軸連接，每個槳葉動力軸均配合安裝有槳葉軸承。槳葉動力軸在變槳驅(qū)動電機的驅(qū)動下帶動連接在槳葉動力軸上的槳葉轉(zhuǎn)動變槳。在安裝有槳葉軸承的外殼上設(shè)有若干正對傳動裝置設(shè)置的觀察孔。觀察孔分布于相鄰的安裝槳葉軸承的安裝處之間。

上述結(jié)構(gòu)中，變槳驅(qū)動電機通過傳動裝置驅(qū)動槳葉動力軸轉(zhuǎn)動，并帶動連接在槳葉動力軸上的槳葉轉(zhuǎn)動實現(xiàn)變槳。伺服電機反應(yīng)快、位置精度精準(zhǔn)，能夠精確控制槳葉的轉(zhuǎn)動角度，以保證教學(xué)用的變槳距機構(gòu)中仍然保持高精度的變槳能力。而設(shè)置在相鄰槳葉軸承座之間外殼上的觀察孔分布均勻、適當(dāng)，有利于學(xué)生觀察外殼內(nèi)的各部件的安裝結(jié)構(gòu)和工作過程，尤其是變槳驅(qū)動電機驅(qū)動與傳動裝置是如何帶動槳葉動力軸轉(zhuǎn)動進而帶動槳葉轉(zhuǎn)動實現(xiàn)變槳的。

作為優(yōu)選，所述傳動裝置包括與縱向設(shè)置的變槳驅(qū)動電機的輸出軸同軸固定連接的主動傘齒和與橫向設(shè)置的槳葉動力軸同軸固定連接的被動傘齒，主動傘齒呈縱向分布，被動傘齒呈橫向分布。與槳葉動力軸同軸固定連接的槳葉也呈橫向分布；主動傘齒與被動傘齒相嚙合。

上述結(jié)構(gòu)中，主動傘齒的軸孔與變槳驅(qū)動電機輸出軸同軸、可拆卸固定連接。被動傘齒的軸孔與槳葉動力軸同軸、可拆卸固定連接。每個槳葉均連接有一個被動傘齒，被動傘齒圍繞主動傘齒均勻分布，被動傘齒的齒端與主動傘齒的齒端相嚙合。本實用新型僅僅設(shè)置一個主動傘齒與多個被動傘齒進行傳動，既簡化了現(xiàn)有實際應(yīng)用中的傳動裝置，使傳動裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單、明了，還保證了多個槳葉之間變槳的同步性。

同時還將主動傘齒縱向設(shè)置，被動傘齒橫向設(shè)置與主動傘齒嚙合，充分利用了縱橫交錯的空間，將主動傘齒與被動傘齒展開，便于學(xué)生從觀察孔中能直接觀察到主動傘齒與被動傘齒的分布與傳動關(guān)系。另外，由于其結(jié)構(gòu)簡單，空間上分布也較為寬裕，為學(xué)生們提供了足夠的安裝、拆卸空間，更便于學(xué)生動手拆裝鍛煉能力。

作為優(yōu)選，所述變槳驅(qū)動電機為伺服電機，在被動傘齒附近設(shè)有與伺服電機相匹配的旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器與被動傘齒輸出軸相關(guān)聯(lián)。

上述結(jié)構(gòu)中，由于被動傘齒輸出軸與槳葉動力軸同軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)編碼器可以通過檢測被動傘齒間接檢測到槳葉的變槳角度，并將檢測出槳葉旋轉(zhuǎn)角度信號（變槳角度）送給電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)該信號控制變槳驅(qū)動電機的工作情況來準(zhǔn)確控制槳葉的旋轉(zhuǎn)角度。并且，旋轉(zhuǎn)編碼器能精確地檢測到槳葉在變槳機構(gòu)的變槳過程中旋轉(zhuǎn)的變槳角度，從而準(zhǔn)確控制槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)變槳距機構(gòu)精確變槳。實現(xiàn)了在精簡結(jié)構(gòu)的同時，保證變槳距的變槳精度。另外，旋轉(zhuǎn)編碼器使用簡單、安裝與拆卸也十分方便，適用于需要重復(fù)拆卸以及安裝的場合。

作為優(yōu)選，所述設(shè)有安裝孔與觀察孔的外殼部分的橫截面為多邊形結(jié)構(gòu)。上述多邊形結(jié)構(gòu)最優(yōu)選為等邊多邊形結(jié)構(gòu)。多邊形結(jié)構(gòu)，便于在生產(chǎn)過程中在其側(cè)邊上進行加工作業(yè)，以切割出用于安裝軸承座的安裝孔和上述中的觀察孔。等邊多邊形的結(jié)構(gòu)對稱、穩(wěn)定，受力均勻，在等邊多邊形上開孔設(shè)置槳葉，可使保證重心不輕易發(fā)生偏移，能槳葉旋轉(zhuǎn)受風(fēng)時保持整體穩(wěn)定。同時其多邊形的設(shè)計也便于在平面上放置平穩(wěn)，不輕易晃動或滾動，便于學(xué)生在等邊多邊形的外殼上進行安裝和拆卸。

作為優(yōu)選，為便于拆卸和組裝，所述固定連接或聯(lián)軸連接采用軸、鍵及止退螺母、緊定螺釘或螺栓的其中一種進行可拆卸的固定。

可拆卸固定連接便于重復(fù)的拆卸和安裝，適用于教學(xué)用的實訓(xùn)場合中。并且，緊定螺釘或螺栓的固定連接牢固、可靠，不會輕易脫落，避免學(xué)生在安裝完變槳距機構(gòu)后變槳距機構(gòu)出現(xiàn)脫落、散落的情況，保證實訓(xùn)的安全性。

本實用新型的有益效果如下：一、本實用新型設(shè)置便于觀察傳動裝置的觀察孔，能在不拆卸變槳距機械機構(gòu)的情況下，直接觀察到變槳距機械機構(gòu)的變槳過程，便于學(xué)員理解變槳距的基本工作原理，同時也便于教師教學(xué)，使教學(xué)具有開放性。

二、本實用新型中所有機械結(jié)構(gòu)中的部件連接均采用螺栓、螺釘或緊固鍵進行的固定連接，便于學(xué)員對變槳距機構(gòu)進行重復(fù)的拆卸和安裝，同時也便于調(diào)試和維修，能有效提高學(xué)員的動手能力，將理論與實踐完美結(jié)合，并使實訓(xùn)安全、方便、有效。

三、本實用新型設(shè)置一個主傳動裝置和若干個被傳動裝置，既精簡結(jié)構(gòu)、降低成本，并且采用主從傳動方式，保證多個槳葉之間變槳的同步性，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，還便于拆卸、安裝和維修調(diào)試，具有良好的教學(xué)使用效果。

簡而言之，本實用新型可以通過觀察孔可以直接觀察實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制原理和變槳過程，并在精簡結(jié)構(gòu)的同時保證了槳葉變槳角度的同步性，其結(jié)構(gòu)緊湊、安排合理，便于拆卸和安裝適用于教學(xué)、研究等場合。

附圖說明

圖1為本實用新型具體實施例的整體示意圖。

圖2為本實用新型具體實施例的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型具體實施例的部分外殼結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：槳葉1、外殼2、安裝孔2a、觀察孔2b、被動傘齒3、編碼器支架4、旋轉(zhuǎn)編碼器5、主動傘齒6、槳葉動力軸7、聯(lián)軸器8、槳葉軸承座9、外殼端蓋11、減速器12、伺服電機13、槳葉軸承14。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的具體實施例主要包括外殼和外殼蓋，還包括安裝在外殼2下部分內(nèi)的伺服電機13、減速器12，以及安裝在外殼2上部分內(nèi)的主動傘齒6、被動傘齒3、槳葉軸承14座9、槳葉動力軸7、槳葉1、槳葉軸承14、聯(lián)軸器8和旋轉(zhuǎn)編碼器5。

外殼2下部分為中空的柱體，沿柱體的中軸線設(shè)有伺服電機13、減速器12和主動傘齒6，伺服電機13與減速器12端連接，減速器12的輸出軸與主動傘齒6的軸孔通過螺栓固定連接。主動傘齒6的齒端位于外殼2上部分，且與被動傘齒3的齒端嚙合。被動傘齒3個數(shù)為3個，均勻分布在主動傘齒6上。本實施例設(shè)置有一個主動傘齒6與3個被動傘齒3進行傳動，簡化了風(fēng)力發(fā)電機中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量繁多的傳動裝置，使風(fēng)力發(fā)電機的傳動裝置更加便于理解和動手拆裝，同時保證了多個槳葉之間變槳的同步性，其結(jié)構(gòu)簡單，空間分布合理，為學(xué)生們提供了足夠的安裝、拆卸空間。

結(jié)合圖2所示，被動傘齒3的軸孔一側(cè)與位于外殼2上部分內(nèi)部的槳葉動力軸7的一端通過螺栓固定連接，軸孔另一側(cè)與聯(lián)軸器8連軸。聯(lián)軸器8另一端通過螺栓與旋轉(zhuǎn)編碼器5的輸入軸固定連接。旋轉(zhuǎn)編碼器5的底端設(shè)有編碼器支架4，編碼器支架4用于支撐并固定旋轉(zhuǎn)編碼器5，編碼器支架4與外殼2上部分通過螺栓固定連接。旋轉(zhuǎn)編碼器5檢測被動傘齒3的轉(zhuǎn)動角度，并將檢測數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)。

槳葉軸承14與槳葉動力軸7配合安裝，槳葉軸承14安裝于槳葉軸承14座9上，槳葉軸承14座9設(shè)置在外殼2上部分的安裝孔2a上。槳葉動力軸7的位于外殼2上部分外部的另一端與槳葉1通過螺栓固定連接，由于槳葉動力軸7、被動傘齒3同軸轉(zhuǎn)動，控制系統(tǒng)根據(jù)被動傘齒3的轉(zhuǎn)動角度計算得出槳葉1已經(jīng)轉(zhuǎn)動的角度，即變槳角度，并實時調(diào)整伺服電機13的轉(zhuǎn)動角度和速度來調(diào)節(jié)變槳距的變槳角角度。除此之外，槳葉1也可以直接與槳葉動力軸7通過緊定螺釘進行連接。

本實施例均采用螺栓、螺釘或緊固鍵進行的固定連接，便于學(xué)員對變槳距機構(gòu)進行重復(fù)的拆卸和安裝，提高變槳機構(gòu)的可操作性，增加教學(xué)適用性。

結(jié)合圖3所示，外殼2上部分的橫截面為等邊六邊形的結(jié)構(gòu)，側(cè)面上設(shè)有安裝孔2a或觀察孔2b，安裝孔2a和觀察孔2b交替設(shè)置在相鄰的側(cè)面上。安裝孔2a用于安裝槳葉軸承14座9、觀察孔2b用于從外界觀察外殼2上部分內(nèi)的主動傘齒6、被動傘齒3、槳葉動力軸7以及相關(guān)裝置的具體結(jié)構(gòu)和工作過程，便于開放教學(xué)。

當(dāng)風(fēng)速變化時，控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號驅(qū)動伺服電機13運行，將伺服電機13的轉(zhuǎn)速通過減速器12減速，減速器12將伺服電機13轉(zhuǎn)速降低后的動力力矩傳送到主動齒錐，主動齒錐通過嚙合將動力力矩傳送到被動傘齒3。被動齒錐通過槳葉動力軸7帶動槳葉連接盤從而帶動槳葉1轉(zhuǎn)動實現(xiàn)槳葉1的變槳。

旋轉(zhuǎn)編碼器5用于檢測槳葉1的實際變槳（旋轉(zhuǎn)）角度，并將檢測數(shù)據(jù)通過電纜線傳送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)實時對伺服電機13的運行進行調(diào)控，改變變槳距機構(gòu)的槳距角角度。另外，外殼端蓋11前端有引出軸，該軸用于外動力拖動時使用。外殼2下部分內(nèi)將作用在槳葉1上的風(fēng)力力矩或其他動力拖動的力矩傳遞到發(fā)伺服電機組進行發(fā)電。

本實用從教育、教學(xué)角度出發(fā)，可以循序漸進從簡單軸與軸承的裝配、調(diào)整、保養(yǎng)與維護等方面的應(yīng)用，再從聯(lián)軸器8和旋轉(zhuǎn)編碼器5、外殼2下部分內(nèi)和外殼2上部分、主動傘齒6和被動傘齒3的齒輪副裝配、調(diào)整、保養(yǎng)與維護等方面的應(yīng)用，最后從整體裝配、調(diào)整、保養(yǎng)與維護方面均可實現(xiàn)重復(fù)調(diào)整而不損壞機構(gòu)零部件。達(dá)到與學(xué)校已有教學(xué)資源的有效銜接，滿足教學(xué)、實訓(xùn)的要求。