一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，包括輪轂，輪轂沿周向均布有三個或三個以上的輪轂懸臂，輪轂懸臂根部與輪轂剛性連接在一起，輪轂懸臂的頂端通過第二銷軸和槳葉的支撐臂的頂端鉸接孔鉸接，支撐臂底端鉸接孔與液壓缸頂端通過第三銷軸鉸接，液壓缸底端與輪轂懸臂根部鉸接孔通過第一銷軸鉸接，液壓缸、輪轂懸臂和支撐臂構(gòu)成一個三角形連接，槳葉由葉片和支撐臂剛性的連接在一起，通過液壓缸伸縮調(diào)節(jié)，可以使葉片繞輪轂懸臂頂端的鉸接點旋轉(zhuǎn)一定角度，通過旋轉(zhuǎn)該角度，可以使風力機風輪的掃風面積發(fā)生變化，并改變風力機的氣動性能，進而調(diào)節(jié)風力機受力和捕獲的風功率。
【專利說明】
一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]采用大型風力發(fā)電機組并且將風電大規(guī)模輸送至電網(wǎng)是風電開發(fā)的最重要方式。風能大小受風速的變化影響很大，而風速的變化具有很強的隨機性，因此風能是一種非常不穩(wěn)定的能源。而風力發(fā)電機組所發(fā)出的電能要輸送至電網(wǎng)，就要求風力發(fā)電機組要有較為穩(wěn)定的功率輸出，并且輸出功率還要受電網(wǎng)調(diào)度的制約。風能的隨機性與電網(wǎng)接納風電所要求的功率穩(wěn)定性相互矛盾，為了平衡這一矛盾，這就對風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)能力提出了很高的要求。一方面，當風速較小時，風力機要能盡量捕獲更多的風能，獲得更高的發(fā)電功率以提高收益，另一方面，當風速達到滿發(fā)及以上風速以后，要求風力機能夠通過自身調(diào)節(jié)，保證功率不過載，維持在滿發(fā)功率或根據(jù)電網(wǎng)要求降低發(fā)電功率。
[0003]目前風力機功率調(diào)節(jié)方式主要包括定槳距風力發(fā)電機組的葉片失速調(diào)節(jié)和變槳距風力發(fā)電機組的變槳距角調(diào)節(jié)。定槳距風力機的主要結(jié)構(gòu)特點是，風輪槳葉與輪轂是固定剛性連接，不能活動，采用失速調(diào)節(jié)原理，依賴于葉片獨特的翼型結(jié)構(gòu)設計，翼型結(jié)構(gòu)復雜，設計和制造困難，功率調(diào)節(jié)能力弱。變槳距風力發(fā)電機組風輪的葉片與輪轂通過軸承連接，需要功率調(diào)節(jié)時，葉片相對輪轂旋轉(zhuǎn)一個角度，改變了葉片的槳距角，從而改變了葉片捕獲風能的能力，從而起到調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組輸出功率的目的，這種調(diào)節(jié)方式具有較大的功率調(diào)節(jié)范圍，但是這種風力機輪轂結(jié)構(gòu)復雜，制造維護成本高，可靠性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述技術(shù)缺點，本實用新型提出了一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，可以在較大范圍實現(xiàn)風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為:
[0006]—種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，包括輪轂I，輪轂I沿周向均布有三個以上的輪轂懸臂3，每個輪轂懸臂3頂端和根部各有一個鉸接孔，輪轂懸臂3根部與輪轂I剛性連接在一起，輪轂懸臂3的頂端通過第二銷軸4和槳葉9的支撐臂6的頂端鉸接孔鉸接，支撐臂6底端鉸接孔與液壓缸8頂端通過第三銷軸7鉸接，液壓缸8底端與輪轂懸臂3根部鉸接孔通過第一銷軸2鉸接，液壓缸8、輪轂懸臂3和支撐臂6構(gòu)成一個三角形連接。
[0007]所述的槳葉9由葉片10和支撐臂6組成，葉片10和支撐臂6剛性的連接在一起，在支撐臂6的兩端設有鉸接孔。
[0008]所述的液壓缸8采用伸縮式液壓缸。
[0009]本實用新型有益的效果是:
[0010]1、利于風力機低風速下啟動。由于采用了帶輪轂懸臂3的輪轂1，在槳葉9長度不變的情況下，相當于增加了風輪直徑，風輪掃風面積得到增加，同時由于槳葉9升力中心沿徑向外移，使得風輪有了更大的啟動力矩，從而使風力機在低風速下更容易啟動。
[0011]2、使風力機可以在更高風速區(qū)運行。在風速達到風力機滿發(fā)風速以后，如果風速繼續(xù)升高，通過液壓缸8伸長調(diào)節(jié)，使槳葉9繞輪轂懸臂3頂端的鉸接點旋轉(zhuǎn)一定角度，形成槳葉彎折，減小了風輪掃風面積，同時由于槳葉彎折減弱了風作用在槳葉9上的氣動效果，使風輪捕獲風能的能力下降，從而保證風力機可以在更高風速下功率穩(wěn)定而不過載。目前常見的大型風力機切出風速通常為25m/s，而采用本鉸接機構(gòu)及調(diào)節(jié)方式，風力機切出風速有望達到30m/s以上。
[0012]3、拓展了風力機高風速區(qū)功率調(diào)節(jié)范圍。通過調(diào)節(jié)槳葉彎折角度，可以在較大范圍內(nèi)改變風力機風輪的掃風面積，同時減小力矩，因此，在高風速區(qū)，可以在更大的范圍內(nèi)調(diào)整風力機的功率，尤其是在風速較大而電網(wǎng)負荷需求比較小的時候，可以實現(xiàn)風力發(fā)電機低功率運轉(zhuǎn)，這時風力發(fā)電機組帶有較大的旋轉(zhuǎn)備用容量運轉(zhuǎn)，對于電網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)定運行非常有利。
[0013]4、提高風力機極端風速下生存能力。在臺風等極端風況下，通過風力機槳葉彎折使風輪掃風面收縮至最小，并偏航至掃風面與風向平行的角度，停機保護。本實用新型可比目前通用的風力機避風方式縮小槳葉受風面積約10%?20%，因而使風力機在極端風況下受力減小，抗風性能有所增強，提高了風力發(fā)電機組在極端風況下的生存能力。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[00?5]圖2是圖1中槳葉9的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是圖1中帶輪轂懸臂3的輪轂I結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是當鉸接機構(gòu)動作使葉片轉(zhuǎn)過δ角度時風輪掃風面積由半徑為仏變化為R2的示意圖。
[0018]圖5是風力發(fā)電機組功率曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型進行說明。
[0020]如圖1所示，一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，包括輪轂I，輪轂I沿周向均布有三個輪轂懸臂3，每個輪轂懸臂3頂端和根部各有一個鉸接孔，輪轂懸臂3根部與輪轂I剛性連接在一起，輪轂懸臂3的頂端通過第二銷軸4和槳葉9的支撐臂6的頂端鉸接孔鉸接，支撐臂6底端鉸接孔與液壓缸8頂端通過第三銷軸7鉸接，液壓缸8底端與輪轂懸臂3根部鉸接孔通過第一銷軸2鉸接，液壓缸8、輪轂懸臂3和支撐臂6構(gòu)成一個三角形連接。
[0021]如圖2所示，所述的槳葉9由葉片10和支撐臂6組成，葉片10和支撐臂6剛性的連接在一起，葉片10的中軸線11與支撐臂6的中軸線12的夾角為β，β= 120°，在支撐臂6的兩端設有鉸接孔。
[0022]如圖3所示，所述的三個輪轂懸臂3長度為2m，三個輪轂懸臂3按α= 120°角度等距分布在輪轂I三個方向。
[0023]所述的液壓缸8采用伸縮式液壓缸。
[0024]所述的一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)的功率調(diào)節(jié)方法為:當液壓缸8伸縮時，將支撐臂6頂起或拉回，驅(qū)動槳葉9繞第二銷軸4轉(zhuǎn)動一定角度，實現(xiàn)葉片10繞輪轂懸臂3頂端旋轉(zhuǎn)不同角度的控制，直觀上形成槳葉9繞根部的彎折，稱為槳葉彎折，三套液壓缸8同時動作，即可實現(xiàn)風力機葉片沿輪轂懸臂3頂點旋轉(zhuǎn)相同的角度，形成槳葉彎折控制，使風輪掃風面積伸展或收縮，風輪掃風面積改變以后，風力機捕獲風能的能力隨之改變，從而達到調(diào)節(jié)風力機功率。
[0025]本實施例中，參照圖3，輪轂懸臂3距離旋轉(zhuǎn)中心的高度H= 2.5m，槳葉9葉尖至槳葉9根部鉸接點的長度為28m，當槳葉9完全展開時，葉片1的軸線11與所在輪轂懸臂3的軸線5重合，此時風輪回轉(zhuǎn)半徑Ri = 30.5m，掃風面積達到最大2921m2，其中，由于輪轂I回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)不吸收風能，為無效掃風面積，無效掃風面積19.6m2，占總掃風面積的0.67%，說明由于輪轂I直徑的增大導致的無效掃風面積的增加很小，對風力機捕獲風能的影響不大。
[0026]如圖4所示，當鉸接機構(gòu)動作，帶動槳葉9沿輪轂懸臂3頂端的鉸接點旋轉(zhuǎn)δ角度，當δ = 90°時，風力機風輪掃風直徑收縮至R2 = 28.1m，掃風面積為2481.4m2，掃風面積比槳葉9完全展開時減小了 15%，說明該風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)對風輪捕獲風能的能力具有良好的調(diào)節(jié)作用。
[0027]如圖5所示，圖5是本實施例風力發(fā)電機組的功率曲線圖，其中實線曲線由a、b兩段組成，是風力發(fā)電機組在各風速下的最大功率曲線，短劃線曲線c為最小功率曲線，兩線之間的區(qū)域d為風力發(fā)電機組在對應風速下可供調(diào)節(jié)的功率范圍，實現(xiàn)大型風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)，在風力機啟動時，通過液壓缸8控制，調(diào)整葉片1軸線11與葉片1所在輪轂懸臂3的軸線5重合，以使風力機啟動力矩最大，風力發(fā)電機組運行點在圖5中a段的起點；在風速較小和需要增加風力機功率的時候，液壓缸8收縮，拉拽槳葉9底部支撐臂6，使葉片10相對于輪轂懸臂3的旋轉(zhuǎn)角度δ減小，即減小槳葉彎折角度，當葉片10軸線11與輪轂懸臂3的軸線5重合時，風力機達到最大出力，風力發(fā)電機組運行點在圖5中的a段；當風速達到滿發(fā)風速以后，通過伸長液壓缸8，頂起槳葉9底部支撐臂6，使葉片10相對于輪轂懸臂3的旋轉(zhuǎn)角度δ增大，這時風輪掃風面積隨之減小，可以保證在風速達到風力機滿發(fā)風速以上的時候，使風力機捕獲的風能穩(wěn)定在滿發(fā)功率而不過載，風力發(fā)電機組運行點在圖5中的b段；當電網(wǎng)需求減小時，通過伸長液壓缸8，頂起槳葉9底部支撐臂6，使槳葉9相對于輪轂懸臂3的旋轉(zhuǎn)角度S增大，這時風輪掃風面積隨之減小，降低風力機捕獲的風能，從而使風力發(fā)電機組發(fā)電功率降低，風力發(fā)電機組運行點在圖5中的d區(qū)域;在風速超過切出風速以后，風力機停機，液壓缸8伸長至行程極點，推動支撐臂6動作，槳葉9繞輪轂懸臂3頂端第二銷軸4旋轉(zhuǎn)，使葉片10軸線11與輪轂懸臂3的軸線5夾角δ達到最大值，風輪掃風面積收縮至最小，風力機偏航至使風力機風輪所在平面與風向平行方向。
【主權(quán)項】
1.一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，包括輪轂(I)，其特征在于:輪轂(I)沿周向均布有三個以上的輪轂懸臂(3)，每個輪轂懸臂(3)頂端和根部各有一個鉸接孔，輪轂懸臂(3)根部與輪轂(I)剛性連接在一起，輪轂懸臂(3)的頂端通過第二銷軸(4)和槳葉(9)的支撐臂(6)的頂端鉸接孔鉸接，支撐臂(6)底端鉸接孔與液壓缸(8)頂端通過第三銷軸(7)鉸接，液壓缸(8)底端與輪轂懸臂(3)根部鉸接孔通過第一銷軸(2)鉸接，液壓缸(8)、輪轂懸臂(3)和支撐臂(6)構(gòu)成一個三角形連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，其特征在于:所述的槳葉(9)由葉片(1)和支撐臂(6)組成，葉片(1)和支撐臂(6)剛性的連接在一起，在支撐臂(6)的兩端設有鉸接孔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組葉片鉸接機構(gòu)，其特征在于:所述的液壓缸(8)采用伸縮式液壓缸。
【文檔編號】F03D1/06GK205578179SQ201620218270
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】陳新明, 閆姝, 史紹平, 王保民, 許世森
【申請人】中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司, 中國華能集團公司