CN205349610U - 一种叶片前倾式大型风电叶轮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种叶片前倾式大型风电叶轮装置，包括叶片、拉绳、旋转支架、轮毂、变桨距机构和旋转驱动器,所述叶片向迎风方向相对所述轮毂的旋转轴线倾斜同一角度形成一个锥形，所述旋转支架设置在每个所述叶片上并与所述叶片的旋转轴线同轴设置，所述拉绳通过连接所述旋转支架把相邻的所述叶片相互连接起来，所述拉绳和所述旋转支架一起连成一个闭环，所述叶片通过所述变桨距机构和所述旋转驱动器共同驱动下在规定的角度内转动改变浆矩角。通过上述方式，本实用新型能够兼顾叶片长度、叶片面积、叶片相对厚度、叶片加强元素应用这些相互矛盾的问题，较好的解决了大型风电叶轮改善叶片的气动学外形和增加叶轮结构强度的矛盾。

Description

一种叶片前倾式大型风电叶轮装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电机叶轮领域，特别是涉及一种叶片前倾式大型风电叶轮装置，适用于上风型风轮。

背景技术

风力发电机是一种利用风力推动叶片旋转，再带动发动机发电的新能源装置。根据空气动力学原理，能最大限度的把风能转化成机械能的风电叶片应该具有以下基本特点，一是风电叶片要尽力薄，这样才能提高升阻比，即提高风产生的叶片动力减少叶片旋转的阻力；二是在叶片设计的旋转速度范围内，叶片要有适当的实度，即叶片的宽度即弦长不能太小，特别是叶尖部的宽度不能太小；三是叶片的长度越长越好，尽力增加叶片的扫风面积，四是为了减小对叶片结构强度的要求而应用加强元素如拉绳或支柱，加强元素有利的一面是可以降低叶片对自身结构强度的要求改善叶片的气动学外形，不利的一面是其旋转时会增加阻力，如果加强元素阻力太大对风能利用效率的影响得不偿失就失去了加强元素的意义。如果叶片从根部到尖部依靠自身结构强度独立受力，叶片的长度增加一倍，根部承受的力就会增加数倍。大型风电的叶轮从改善叶片的气动学外形和增加叶轮结构强度两个方面上看，叶片长度、叶片面积、叶片相对厚度、叶片加强元素的应用是相互矛盾的，顾此失彼。

从现在风电场正在应用的大型风电叶轮来看，还没有找到兼顾叶片长度、叶片面积、叶片相对厚度、加强元素阻力的方法，还没有看到大型风电叶轮使用拉绳或支柱等加强元素，叶片的气动学外形和叶轮结构强度之间的矛盾大大制约了风能利用效率和风电设备经济价值的提高。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种叶片前倾式大型风电叶轮装置，适用于上风型风轮，能够兼顾叶片长度、叶片面积、叶片相对厚度、叶片加强元素应用这些相互矛盾的问题，较好的解决了大型风电叶轮改善叶片的气动学外形和增加叶轮结构强度的矛盾。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供了一种叶片前倾式大型风电叶轮装置，包括叶片、拉绳、旋转支架、轮毂、变桨距机构和旋转驱动器,若干个所述变桨距机构等距离设置在所述轮毂的侧面，所述叶片的根部与所述变桨距机构相连，所述叶片向迎风方向相对所述轮毂的旋转轴线倾斜同一角度形成一个锥形，所述旋转支架设置在每个所述叶片上并与所述叶片的旋转轴线同轴设置，所述拉绳通过连接所述旋转支架把相邻的所述叶片相互连接起来，所述拉绳和所述旋转支架一起连成一个闭环，所述旋转驱动器设置在每个所述叶片与所述旋转支架的连接处，所述叶片通过所述变桨距机构和所述旋转驱动器共同驱动下在规定的角度内转动改变浆矩角。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述轮毂的旋转轴线迎风端抬高，使所述叶片旋转在顶点时，所述叶片基本垂直于地平面。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述变桨距机构和所述旋转驱动器共用一个电源或液压源。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述旋转支架为刚性体，所述旋转支架的两端各连接一根所述拉绳并把所述拉绳支撑出所述叶片的旋转范围。

在本实用新型一个较佳实施例中，每个所述叶片上设置一个所述旋转支架使所述叶片之间连接一根所述拉绳，或者每个所述叶片上设置两个所述旋转支架使所述叶片之间连接两根所述拉绳。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述旋转驱动器包括驱动马达、驱动齿轮、被动齿轮、连接法兰以及旋转轴，同一个所述叶片的两段之间通过所述旋转轴和所述连接法兰刚性连接，所述驱动马达设置在旋转支架内并与驱动齿轮相连接，所述被动齿轮固定在所述连接法兰上并与所述驱动齿轮相连接，由所述驱动马达带动所述驱动齿轮转动，所述驱动齿轮转动带动所述被动齿轮转动，所述被动齿轮转动带动叶片转动改变浆矩角。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的叶片前倾式大型风电叶轮装置，不但可以同时满足让叶片的长度做得更长、叶片的面积做得更大、叶片的相对厚度做得更薄的要求，并且加强元素斜拉绳在旋转时的阻力很小，不会因为加强元素阻力过大而使加强元素的应用得不偿失，较好的解决了大型风电叶轮改善叶片的气动学外形和增加叶轮结构强度的矛盾。该装置不但能同时提高风能的转化率和扫风面积，还能提高叶片抵抗强风的能力，能使风力发电机更加高效、经济、安全地运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型的叶片前倾式大型风电叶轮装置一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中旋转驱动器的局部示意图；

图3是图2中A-A方向的截面图；

附图1风轮各部件的标记如下：1、叶片，2、拉绳，3、旋转支架，4、变桨距机构，5、轮毂，6、旋转驱动器，61、驱动马达，62、驱动齿轮，63、被动齿轮，64、连接法兰，65、旋转轴。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例包括：

一种叶片前倾式大型风电叶轮装置，包括叶片1、拉绳2、旋转支架3、变桨距机构4、轮毂5和旋转驱动器6。若干个所述变桨距机构4等距离设置在所述轮毂5的侧面，所述叶片1的根部与所述变桨距机构4相连，所述叶片1向迎风方向相对所述轮毂5的旋转轴线倾斜同一角度形成一个锥形，所述旋转支架3设置在每个所述叶片1上并与所述叶片1的旋转轴线同轴设置，所述拉绳2通过连接所述旋转支架3把相邻的所述叶片1相互连接起来，所述拉绳2和所述旋转支架3一起连成一个闭环，所述旋转驱动器6设置在每个所述叶片1与所述旋转支架3的连接处，所述叶片1通过所述变桨距机构4和所述旋转驱动器6共同驱动在规定的角度内转动改变浆矩角。

所述轮毂5的旋转轴线迎风端抬高，使所述叶片1旋转在顶点时，使所述叶片1旋转在最高点时尽力垂直于地平面并举得更高，同时叶片1旋转在最低点时会使叶片1尽力远离塔架和地面。这样导致一个可能有的改进是给塔架斜拉绳留出空间，在塔架上部四周添加斜拉绳可以大大改善塔架的受力情况，如果是新建塔架可以节约成本，如果是给老塔架更新大风轮可以只加塔架拉绳不更换塔架。

所述旋转驱动器6和所述变桨距机构4可以共用一个电源或液压源，不但可以简化设备，还可以在同一个控制系统下更加可靠的协同运行。

所述旋转支架3为刚性体，所述旋转支架3的两端各连接一根所述拉绳2，改变所述旋转支架3支撑所述钢绳部分的长短可以保证在所述叶片1转动时，所述叶片1不会缠绕所述拉绳2。

每个所述叶片1可以设置一个所述旋转支架3，使所述叶片1之间连接一根所述拉绳2。也可以设置两个所述旋转支架3，使所述叶片1之间连接两根所述拉绳2。以所述拉绳支架为分界面，把所述叶片1分成数段，每段之间用法兰和螺栓连接，这样可以把很长的叶片1分成数段运输到风场后再拼接，方便运输。

如图2和图3所示，所述旋转驱动器6包括驱动马达61、驱动齿轮62、被动齿轮63、连接法兰64以及旋转轴65，同一个所述叶片1的两段之间通过所述旋转轴65和所述连接法兰64刚性连接，所述旋转支架3通过轴承套在所述旋转轴65上。所述驱动马达61设置在所述旋转支架3内并与所述驱动齿轮62相连接，所述被动齿轮63固定在所述连接法兰64上，由所述驱动马达61带动所述驱动齿轮62转动，所述驱动齿轮62转动带动所述被动齿轮63转动，所述被动齿轮63转动带动所述叶片1转动改变浆矩角

综上所述，本实用新型的叶片前倾式大型风电叶轮装置和传统的上风型独立叶片叶轮装置有很大区别，主要为下面四个特点：

一是若干个所述叶片1都向迎风方向倾斜，相对于所述轮毂5的旋转轴线倾斜的角度是相同的，数个所述叶片1一起形成一个锥形，连接所述叶片1的所述拉绳2不在所述叶片1的旋转锥面上，所述拉绳2的拉力有两个分力，其垂直于地平面的分力抵消旋转的所述叶片1受到的正反交替的自身重力，其平行于地平面的分力抵消风力对所述叶片1产生的顺着风向的弯曲力，并约束所述叶片1不向塔架方向大幅度弯曲。简单的数根拉绳2解决了叶片1的交替重力和风产生的弯曲力这两大难题，大大降低叶片1对自身结构强度的要求。还有一个需要特别强调的重点是本实用新型装置不但拉绳2的数量很少，而且拉绳2的走向大体沿着叶片1的旋转方向，拉绳2旋转时相对于运动方向的横截面积很小所以阻力很小；

二是在每个所述叶片1上与所述叶片1的旋转轴线同轴设置有所述旋转支架3，所述拉绳2通过连接所述旋转支架3把相邻的所述叶片1相互连接起来，所述拉绳2和所述旋转支架3一起连成一个闭环，这个闭环可以根据所述叶片1受到的风力和重力情况自动改变所述拉绳2的张力；

三是每个所述叶片1在所述旋转支架3处设置有所述旋转驱动器6，由于所述叶片1通过所述拉绳2连接成一个闭环后，所述叶片1旋转的阻力一定比独立受力叶片旋转的阻力大，如果是单边驱动大型风轮很长的叶片转动其扭转变形很大，只有采用所述变桨距机构4和所述旋转驱动器6共同驱动才能使所述叶片1的旋转可靠运行；

四是所述轮毂5的旋转轴线迎风端抬高，使所述叶片1旋转在顶点时，所述叶片1基本垂直于地平面，使所述叶片1旋转在最低点时，所述叶片1尽力远离塔架和地面，这样对于同样高度的塔架，所述叶片1可以设计更长、举得更高、扫风面积更大。

本实用新型的叶片前倾式大型风电叶轮装置，较好的解决了大型风电叶轮改善叶片的气动学外形和增加叶轮结构强度的矛盾，该装置不但能同时提高风能的转化效率和扫风面积，还能提高叶片抵抗强风的能力，能使风力发电机更加高效、经济、安全地运行。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种叶片前倾式大型风电叶轮装置，其特征在于，包括叶片、拉绳、旋转支架、轮毂、变桨距机构和旋转驱动器,若干个所述变桨距机构等距离设置在所述轮毂的侧面，所述叶片的根部与所述变桨距机构相连，所述叶片向迎风方向相对所述轮毂的旋转轴线倾斜同一角度形成一个锥形，所述旋转支架设置在每个所述叶片上并与所述叶片的旋转轴线同轴设置，所述拉绳通过连接所述旋转支架把相邻的所述叶片相互连接起来，所述拉绳和所述旋转支架一起连成一个闭环，所述旋转驱动器设置在每个所述叶片与所述旋转支架的连接处，所述叶片通过所述变桨距机构和所述旋转驱动器共同驱动下在规定的角度内转动改变桨矩角。

2.根据权利要求1所述的叶片前倾式大型风电叶轮装置，其特征在于，所述轮毂的旋转轴线迎风端抬高，使所述叶片旋转在顶点时，所述叶片基本垂直于地平面。

3.根据权利要求1所述的叶片前倾式大型风电叶轮装置，其特征在于，所述变桨距机构和所述旋转驱动器共用一个电源或液压源。

4.根据权利要求1所述的叶片前倾式大型风电叶轮装置，其特征在于，所述旋转支架为刚性体，所述旋转支架的两端各连接一根所述拉绳并把所述拉绳支撑出所述叶片的旋转范围。

5.根据权利要求4所述的叶片前倾式大型风电叶轮装置，其特征在于，每个所述叶片上设置一个所述旋转支架使所述叶片之间连接一根所述拉绳，或者每个所述叶片上设置两个所述旋转支架使所述叶片之间连接两根所述拉绳。

6.根据权利要求1所述的叶片前倾式大型风电叶轮装置，其特征在于，所述旋转驱动器包括驱动马达、驱动齿轮、被动齿轮、连接法兰以及旋转轴，同一个所述叶片的两段之间通过所述旋转轴和所述连接法兰刚性连接，所述驱动马达设置在旋转支架内并与驱动齿轮相连接，所述被动齿轮固定在所述连接法兰上并与所述驱动齿轮相连接，由所述驱动马达带动所述驱动齿轮转动，所述驱动齿轮转动带动所述被动齿轮转动，所述被动齿轮转动带动叶片转动改变桨矩角。