[发明专利]风能发电谐波传动变桨距调节机构

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种风能发电谐波传动变桨距调节机构。

背景技术

目前国内使用的风能发电机的桨叶与轮毂的连接，多数是固定的，桨距角固定，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。在风速低于每秒3米的情况下，风轮难以启动，即使启动了，也只能吸收很少的一部分风能。在风速大于每秒20米的情况下，必须依靠降低功率、降低吸收风能的各种方法(如依靠桨叶翼型设计的失速特性，当风速高于设定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生紊流，效率降低，限制发电机的功率输出等等)，以保证安全运行。这样的风能发电系统不仅效率很低，而且桨叶、轮毂、塔架等部件受力大，为了产生失速效应，导致叶片重，结构复杂，当风速达到一定值时必须停机，随着功率增大，叶片加长，所承受的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造更大机组受到限制。目前风能发电系统最大的问题在于，由于风速不断变化、发电机转速变化而致使发出电力的频率不断变化，不能直接输入电网，必须设置一套“交——直——交”装置，也就是把发出的交流电变位直流电，再把直流电逆变成为固定频率(50赫兹)的交流电输入电网。该。

桨叶和轮毂连接是不固定的风能发电技术已经出现，通过控制叶片的桨距角，可以调节桨叶的迎风角度，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，这种对浆距角调节和控制可以大大改善风能发电系统的起动特性、发电机联网前的速度调节(减少联网时的冲击电流)、按发电机额定功率来限制转子功率以及在事故情况下(电网故障、转子超速、振动等)使风力发电机组安全停车等。桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够在风速低的情况下尽可能多的吸收风能转化为电能，在高风速段保持功率平稳输出，同时还减小了转子和驱动链中各部件的压力，因此可以在很大的风速下安全运行。

采用变桨距调节方式在低风速肘，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，可以在微风启动；在风速超速时可以逐步调节桨距角，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，可以根据需要，屏蔽部分风能，避免停机，增加风机发电量，在各种工况(起动、正常运转、停机)下，都能够按照最佳参数运行，可使发电机在额定风速以下的工作区段有较大的功率输出，而在额定风速以上的高风速区段不超载，无需过大容量的发电机等。

但是，变桨距调节方式在实际应用中，随着并网型风力发电机组容量的增大，大型风力机的单个叶片已重达数吨，操纵如此巨大的惯性体，并且响应速度要能跟得上风速变化是相当困难的。目前世界先进国家采用液压系统来实现如：美国MOD-0型风力发电机利用两个装在轮毂上的液压调节器来控制转动主齿轮，带动叶片根部的斜齿轮来进行桨距调节；美国MOD-1型风力发电机则采用液压调节器推动连接叶片根部的连杆来推动叶片。不仅结构复杂、体积大、重量重成本高，最重要的是由于而且响应速度慢、调节精度低，远远不具备把发电机转速控制在相对恒定的转速的功能，发出电流频率变化，不能直接输入电网。

由于以上原因，造成风能发电系统结构复杂、体积大、重量重、效率低、成本高、寿命低、维修困难，是风能发电难以普及的根本原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能的风能发电谐波传动变桨距调节机构。

本发明所采用的方案是：桨叶中空，套装在轮毂纵向轴上，可以纵向轴为轴心旋转。桨叶和轮毂纵向轴通过谐波传动机构连接，谐波转动机构接受风能发电机控制系统的指令驱动桨叶以纵向轴为轴心旋转，改变叶片迎风面与纵向轴的夹角，调节桨叶的迎风角度，在低风速肘，将桨叶桨距调节到可获取最大功率位置，风轮可以在微风启动；在风速超速时可以逐步调节桨距，改变气流对叶片攻角，根据需要屏蔽部分风能，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，避免停机，增加风机发电量，确保在各种工况(起动、正常运转、停机)下，都能够按照最佳参数运行，可使发电机在额定风速以下的工作区段有较大的功率输出，而在额定风速以上的高风速区段不超载。最重要的是，由于谐波传动调节机构精度极高、响应速度极快，可以确保发电机在相对恒定的转速运行，确保发出电流频率恒定不变，可以直接输入电网，省去了结构复杂、价格昂贵、能耗大、维修困难的“交——直——交”装置。

本发明的有益效果是：使风能发电系统大大简化结构、提高效率、降低成本、增加安全可靠程度

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

见本发明谐波传动变桨距调节机构结构图。