[发明专利]风力发电机的共轭式变桨距调节机构

说明书

技术领域

共轭式变桨距调节机构，属风力发电领域。是一种新型的“共同驱动式变桨距机构”。它与国内外现正在使用的“共同驱动”或“独立驱动”变桨距机构相比，保留了二者的优点，补偿了二者的缺点。

背景技术

风力发电机的变桨距调节机构，可根据控制指令，在(0°∽90°)范围内改变调距角β，从而同步地反向改变叶片攻角α，使叶片对风能捕获量按设定的要求发生大小变化，直至顺桨。这个受控变化过程，称作叶片变桨距调节(见图1)。

变桨距调节与变速/恒频技术相配合，可提高风力发电机组的效率和电能品质；改良启动特性，刹车简单，停机安全；改善叶片受力状况，提高抗损毁能力；且有利于减小整机重量。近年来，这一技术迅速取代定桨距失速控制，成为大中型风力发电机组的主流技术。

我国风力机的变桨变速相关技术的研发、制造等方面处于起步阶段，没有自己的成功的相关技术，还停留在购买国外先进制造企业生产许可证的阶段。

目前国内外普遍使用的技术，有1)内/外直齿轮副传动式，各叶片独立驱动，风轮圆锥角有、无皆可；2)圆锥伞齿轮副传动式，各叶片共同驱动，仅用于有风轮圆锥角的机型；3)连杆传动式，各叶片共同驱动，只能用于无风轮圆锥角的机型，使用范围受到限制。上述方式，其控制与驱动，都以电/液控制实现。

本发明采用了执行机构为闭式球面低副，各叶片共同驱动，电/液控制的组合。这种机构，视没有圆锥角的机型，为有圆锥角的机型的一个最简单的特例，即圆锥角Ψ＝0°(见图1)，从而实现对现有变桨技术的全覆盖。本发明：

1)在结构上冼炼、简约，工作可靠；

2)响应调节指令的速度最快；

3)润滑方式为对点的无油润滑，简化了维护保养工作；

4)调节力设置为系统内力，对调节机构以外的整机不显示力的作用；

5)允许有较大的圆锥角Ψ＝0°∽30°，可有效改善风机的气动特性；

6)本发明设计较复杂，制造精度要求高，成本与连杆传动式相当，但比直齿轮和伞齿轮传动的制造成本低。

发明内容

本文所述机构包括1)液压调节器，用以实现操作杆的左右运动(已有成套产品，本文不细述)；2)调节机构，为一空间斜交杆系，它将操作杆的左右运动转变为风叶绕自身轴线的正反向转动。

本发明的内容为以下3项：

1操作杆轴线与叶片轴线在同一平面内斜交，交角为Ψ，操作杆的左右运动，带动叶片同步地绕自身轴线正反向转动β＝0°-90°(见图1)；

2针对高空环境的润滑方法；

3调节力设置为系统内力。

以下对机构运动作出说明，参见“图2机构传动原理图”；

①件1操作杆与件2操作架固联，能在平面P内上下运动；件6叶片为带悬臂的简支梁，轴尾部两支承分别位于风机转子体内、外壳上，件6叶片与件1操作杆共面，且交角为Ψ，它与件5拐臂以键相联，它能，且只能绕自身轴线转动；件4上球铰与件5拐臂销联，只能在平面M内运动；件3下球铰与件2操作架销联，只能在平面P内运动；件3下球铰与件4上球铰的公共部位为空间闭式球面低副，内球壳上开有件3、件4相对运动时避让件3圆杆部位的槽。

件3下球铰在平面P内既有平动，又有转动；件4上球铰在平面M内既有平动，又有转动。

当件1操作杆和件2操作架向右运动一段距离，件3下球铰的销部同步右移该距离，件3下球铰长度可知，则球心位置可定，此位置也是件4上球铰球心位置；由于杆4上球铰长度已知，件5拐臂绕件6叶片轴线转动的半径已知，则件5拐臂旋转角度可求，则件6叶片的轴逆时针转动与件5拐臂相同的角度，即是说，件1操作杆的向右运动，转变为件6叶片的逆时针转动。

当件1操作杆和件2操作架向左运动时，依照前述，可得知件1操作杆的向左运动，转变为件6叶片的顺时针转动。

上述运动过程中，主动件1操作杆的每一个确定位置，件6叶片及中间各件有，且只有一个确定的位置与之对应，即满足本发明的运动可能和运动唯一的要求。

当件1操作杆不动，件6叶片即使有转动趋势，整个杆系亦是稳定的。

件3下球铰和件4上球铰的长度中心点，在运动过程中各构成一共轭曲线，它们的共同部位球心位置，就是它们的公共轭。本发明因此而命名。

②润滑与密封，为免人工润滑设计。

机构的球面低副，用石墨润滑，装墨腔与球副接触，而与周边隔断；

桨叶转动销部轴承为粉末冶金含油轴承，设计时，根据各部位的载荷，及轴瓦材料的压溃强度，确定金属基质材料，选用含油轴承；