一種風力發電機組葉片鉸接機構的制作方法
【專利摘要】一種風力發電機組葉片鉸接機構，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，通過液壓缸伸縮調節，可以使葉片繞輪轂懸臂頂端的鉸接點旋轉一定角度，通過旋轉該角度，可以使風力機風輪的掃風面積發生變化，并改變風力機的氣動性能，進而調節風力機受力和捕獲的風功率。
【專利說明】
一種風力發電機組葉片鉸接機構
技術領域
[0001]本實用新型涉及風力發電技術領域，特別涉及一種風力發電機組葉片鉸接機構。
【背景技術】
[0002]采用大型風力發電機組并且將風電大規模輸送至電網是風電開發的最重要方式。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定的能源。而風力發電機組所發出的電能要輸送至電網，就要求風力發電機組要有較為穩定的功率輸出，并且輸出功率還要受電網調度的制約。風能的隨機性與電網接納風電所要求的功率穩定性相互矛盾，為了平衡這一矛盾，這就對風力發電機組的功率調節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，獲得更高的發電功率以提高收益，另一方面，當風速達到滿發及以上風速以后，要求風力機能夠通過自身調節，保證功率不過載，維持在滿發功率或根據電網要求降低發電功率。
[0003]目前風力機功率調節方式主要包括定槳距風力發電機組的葉片失速調節和變槳距風力發電機組的變槳距角調節。定槳距風力機的主要結構特點是，風輪槳葉與輪轂是固定剛性連接，不能活動，采用失速調節原理，依賴于葉片獨特的翼型結構設計，翼型結構復雜，設計和制造困難，功率調節能力弱。變槳距風力發電機組風輪的葉片與輪轂通過軸承連接，需要功率調節時，葉片相對輪轂旋轉一個角度，改變了葉片的槳距角，從而改變了葉片捕獲風能的能力，從而起到調節風力發電機組輸出功率的目的，這種調節方式具有較大的功率調節范圍，但是這種風力機輪轂結構復雜，制造維護成本高，可靠性差。
【發明內容】
[0004]為克服上述技術缺點，本實用新型提出了一種風力發電機組葉片鉸接機構，可以在較大范圍實現風力發電機組的功率調節。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為:
[0006]—種風力發電機組葉片鉸接機構，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運行。在風速達到風力機滿發風速以后，如果風速繼續升高，通過液壓缸8伸長調節，使槳葉9繞輪轂懸臂3頂端的鉸接點旋轉一定角度，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，而采用本鉸接機構及調節方式，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功率調節范圍。通過調節槳葉彎折角度，可以在較大范圍內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，可以在更大的范圍內調整風力機的功率，尤其是在風速較大而電網負荷需求比較小的時候，可以實現風力發電機低功率運轉，這時風力發電機組帶有較大的旋轉備用容量運轉，對于電網調度和穩定運行非常有利。
[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構示意圖。
[00?5]圖2是圖1中槳葉9的結構示意圖。
[0016]圖3是圖1中帶輪轂懸臂3的輪轂I結構示意圖。
[0017]圖4是當鉸接機構動作使葉片轉過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是風力發電機組功率曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖及實施例對本實用新型進行說明。
[0020]如圖1所示，一種風力發電機組葉片鉸接機構，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]所述的一種風力發電機組葉片鉸接機構的功率調節方法為:當液壓缸8伸縮時，將支撐臂6頂起或拉回，驅動槳葉9繞第二銷軸4轉動一定角度，實現葉片10繞輪轂懸臂3頂端旋轉不同角度的控制，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，即可實現風力機葉片沿輪轂懸臂3頂點旋轉相同的角度，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，從而達到調節風力機功率。
[0025]本實施例中，參照圖3，輪轂懸臂3距離旋轉中心的高度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，此時風輪回轉半徑Ri = 30.5m，掃風面積達到最大2921m2，其中，由于輪轂I回轉半徑內不吸收風能，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，當鉸接機構動作，帶動槳葉9沿輪轂懸臂3頂端的鉸接點旋轉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%，說明該風力發電機組葉片鉸接機構對風輪捕獲風能的能力具有良好的調節作用。
[0027]如圖5所示，圖5是本實施例風力發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，兩線之間的區域d為風力發電機組在對應風速下可供調節的功率范圍，實現大型風力發電機組的功率調節，在風力機啟動時，通過液壓缸8控制，調整葉片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，風力發電機組運行點在圖5中的a段；當風速達到滿發風速以后，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風速以上的時候，使風力機捕獲的風能穩定在滿發功率而不過載，風力發電機組運行點在圖5中的b段；當電網需求減小時，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，從而使風力發電機組發電功率降低，風力發電機組運行點在圖5中的d區域;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，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。
【主權項】
1.一種風力發電機組葉片鉸接機構，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)構成一個三角形連接。2.根據權利要求1所述的一種風力發電機組葉片鉸接機構，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.根據權利要求1所述的一種風力發電機組葉片鉸接機構，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研究院有限公司, 中國華能集團公司