[实用新型]自适应扭簧调速型风力发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种由自适应扭簧变桨距结构调节风叶转速的中小型风力发电机。

背景技术

众所周知，当风速变化时，风力发电机的桨叶转速将随风速的变化而变化。但风力发电机所有材料的物理性能都是有限度的，过高的风速不仅会使风机桨叶损坏，还会使风力发电机的输出电压大幅升高，除击穿发电机绝缘外，尚使系统负载因过电压而烧毁。因此，在这种情况下，必须采取措施控制风轮转速。这种控制方式称作风力发电机桨叶的调速或失速。

目前，为了防止中小型风力发电机的“飞车”故障，普遍采用使其机头扭头或仰头，以减小风叶迎风角的方式来降低转速。但在扭头和仰头调速机构中，都需设置外置式拉簧及连接拉簧与机体的摇臂，以达到承受风力而改变风叶迎风角的目的。然而当风速高于风力发电机的停机风速时，为使风轮顺桨，拉簧必须自锁，以便将顺桨状态锁死。此后，即使风速降低至可利用范围，非经人工复位，风力发电机将一直保持顺桨停转，而无法进入发电状态。频繁的人工干预不仅使用户不胜其烦，而且在夜间、雨雪天气及无人值守的情况下，人工干预几乎变为不可能，因而白白地丢弃了发电时机，使系统利用率大为降低。

由电子电路控制的各类机械、液压型调速装置早已运用于大型风力发电机组及较大容量的中型风力发电机组(≥50KW)，但在50KW及以下的中小型机组中，由于上述调速系统结构复杂，造价昂贵，维修工作量及难度都有所增加，故至今未得到实际应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，进而提供一种结构简单、制作成本低、易于维修、系统利用率高、可在风速超出额定风速时自动调整风叶桨距以达到调速目的的自适应扭簧调速型风力发电机。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的自适应扭簧调速型风力发电机由可变桨距风叶和机头组成，可变桨距风叶通过风叶根部的桨叶轴安装于机头端部的轮毂中，强力弹簧套装于桨叶轴底部与调节锁紧螺母之间。在风叶绕桨叶轴旋转而改变桨距时，强力弹簧将被拧紧或放松。实际工作中，当风速在额定风速以内时，风叶迎风面受力与弹簧扭力平衡，迎风角不变化，当风速超过额定风速时，风叶克服弹簧扭力绕轴旋转，改变桨距以实现调速。顺桨后，如风力减小，风叶轴在扭力作用下脱出顺桨状态，实现了风叶的自动复位。

与现有技术相比，本实用新型由于采用了可自动复位的自适应变桨距风叶扭簧调速的设计方案，使风力发电机可根据风速变化情况自动调节风叶转速，具有结构简单、制作成本低、易于维修、系统利用率高等优点。

附图说明

图1是该装置的结构原理图。

图2是变桨距风叶的受力工作原理图。

具体实施方式

以下结合图1和图2叙述本实用新型的工作原理。

在图1所示实施例中，风力发电机由可变桨距风叶(1)、桨叶轴(2)、机头(3)、轮毂(4)、强力弹簧(5)、调节锁紧螺母(6)等组成，可变桨距风叶(1)通过风叶根部的桨叶轴(2)安装于机头(3)端部的轮毂(4)中，强力弹簧(5)套装于桨叶轴底部与调节锁紧螺母(6)之间。风叶绕桨叶轴旋转而改变桨距时，强力弹簧将被拧紧或放松。

本实用新型中自适应变桨距风叶的调速原理如图2所示，当风速在风力发电机运行的额定风速以内时，风叶迎风面承受空气总动力F的分力F1与强力弹簧的扭力相平衡，风叶的迎风角不发生变化。当风速超过额定风速时，风叶迎风面承受空气总动力增大，F1大于弹簧的扭力，迎风面的相对风向角加大，风叶绕轴旋转，其安装角即桨距亦随之被改变。风速超出额定风速愈多，风叶桨距变化愈甚，以此达到了调速的目的。当风速达到设计的停机风速时，风叶迎风面的相对风向角将旋至最大，风叶进入顺桨位置，风力发电机停机。而当风力由停机风速减小时，F1小于强力弹簧的扭力，风叶轴在扭力作用下由顺桨状态逸出，使风叶可承受风力而重新旋转，实现了自动复位的目的。改变调节锁紧螺母的位置，将增加或减少强力弹簧的扭力，进而改变风叶在不同风力下的调节灵敏度，以适应不同产品结构的需要。

图2中F2为扭力，V为相对风速，V1为风速，V2为叶片线速度，α为迎角，β为相对风向角，δ为安装角。