[发明专利]一种水平轴风力机叶片自适应弹性变桨装置

说明书

本发明公开了一种水平轴风力机叶片自适应弹性变桨装置，包括法兰盘和风机叶片，法兰盘上固定有导向套筒，风机叶片加工有与导向套筒套装配合的套筒腔，风机叶片安装有法兰块，导向套筒中设置有在风力机入流风速小于额定风速时对风机叶片施加适当预紧力的弹簧阻尼器，弹簧阻尼器的前端与法兰块固定相连接，弹簧阻尼器的后端固定在法兰盘上；导向套筒的外周面设置有凸形扭转轨道，套筒腔中设置有与凸形扭转轨道相配合的凹型扭转轨道槽，风机叶片在风力机入流风速大于额定风速时，利用高速旋转产生的离心力和气流在风机叶片上产生的气动扭转力矩，克服弹簧阻尼器的预紧力沿凸形扭转轨道的导向扭转完成风机叶片的变桨动作。

技术领域

本发明属于风力发电机的技术领域，特别是涉及应用在风力机上使风力机叶片能根据风力产生自适应变桨的变桨装置，具体地说是一种水平轴风力机叶片自适应弹性变桨装置。

背景技术

风力发电是一种清洁无污染的可再生能源，储量巨大，开发前景广阔，是未来能源的重要组成部分。水平轴风力机由于其风能利用效率更高、发电成本低和力学品质优秀，是当前风能开发的主要风力机形式，在商业上被广泛认可。

水平轴风力机又分为定桨距和变桨距两种。两者的本质差别在于来流风速高于额定风速后各自的功率控制策略不同。定桨距风力机使用特别的攻角分布设计，在来流风速高于额定风速后，叶片桨距角保持固定不变，但使得叶片的入流攻角达到失速条件，从而在叶片表面产生涡流，降低风能提取效率，达到限制功率输出的目的。定桨距风力机受自身设计原理的限制，会导致低风速下气动效率低下，达到额定风速后的功率输出不稳定，载荷波动大。变桨距风力机有独立的变桨系统，当在入流风速超过额定风速后，变桨系统使得叶片将按照预设的控制策略转动，改变叶片的桨距角，进而改变叶片的入流攻角，能够使得在大风速下保持稳定的功率输出和控制极限载荷。

当前，大型变桨距风力机的变桨系统主要是电变桨系统，主要部件包括控制器、变桨轴承、变桨电机、变桨减速机、蓄电池等。电变桨系统的结构非常复杂、成本很高、占用空间大，维护成本高。因此，复杂的电变桨系统会大幅增加小型风力机制造成本，降低整机的可靠性。由此可见，变桨桨距风力机能够大幅提高风力机的风能提取效率，但是这种在大型风力机上使用的电变桨系统并不适合于小型风力机使用，因此如能开发出一种适合小型风力机的新型变桨装置，一定会具有广阔的市场应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供结构简单、经济实用、性能稳定可靠且无需维护，并适于小型风力机使用的一种水平轴风力机叶片自适应弹性变桨装置。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种水平轴风力机叶片自适应弹性变桨装置，包括圆盘形的法兰盘和用于提取风力的风机叶片，法兰盘为垂直于水平面的立式设置，该法兰盘上水平固定有导向套筒，风机叶片的内部加工有与该导向套筒活动套装配合的套筒腔，并且风机叶片的内部位于套筒腔的前端防转动地安装有法兰块，导向套筒中设置有在风力机入流风速小于额定风速时以小幅拉伸的方式对风机叶片施加适当预紧力的弹簧阻尼器，该弹簧阻尼器的前端与法兰块固定相连接，弹簧阻尼器的后端固定在法兰盘上；导向套筒的外周面设置有能引导风机叶片作扭转运动的凸形扭转轨道，相应地套筒腔中设置有与该凸形扭转轨道相配合的凹型扭转轨道槽，风机叶片在风力机入流风速大于额定风速时，利用高速旋转产生的离心力和气流在风机叶片上产生的气动扭转力矩，克服弹簧阻尼器的预紧力沿凸形扭转轨道的导向扭转完成风机叶片的变桨动作。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的风机叶片的内部位于套筒腔的前端设置有与套筒腔相连通用于定位安装法兰块的法兰块定位腔，法兰块定位腔为长方形、正方形或三角形的空腔，相应地法兰块为与法兰块定位腔的形状相适配的长方形、正方形或三角形的铁块。