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2015中国·兆瓦级风电叶片设计..

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微型风力发电机的扭力弹簧被动变浆型机构2013-12-23 11:30:12 阅读:2240 作者:安徽天康(集团)股份有限公司 赵新民 来源:《中小型风能设备与应用》

  概 述:风力发电机的风轮系统是将气象上的自然风能转换为机械能的转换组件,其直接承受风力的风轮叶片的迎风角度和曲面合理性将直接影响风机的效率和安全。但大自然的风力是不稳定的,表现在风速上就是时而和风习习,时而狂风大作,要做到风机输出功率的恒定,既要保证风力发电机尽可能地利用可用风速,提高发电效率,同时还要保证输变电及控制系统的安全,就要求风轮系统能随风速的大小而自动调整风轮叶片的迎风角度和,达到最佳的与发电风速的匹配。达到这个基本的技术要求,风轮系统就少不了可以调整风轮叶片迎风角度的变桨机构设计和配置。变浆系统的作用就是根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定的输入转速,这个恒定转速就是风轮系统接受和利用的气象意义上的额定风速;当桨叶顺浆90°与风向平行时,风机停机,达到保护系统的制动作用。主流的变桨系统的所有部件都安装在轮毂上,风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连,每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统依靠液压马达驱动通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动,从而驱动风叶调整迎风角度。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 由于前述的风轮上面的变桨系统传动、控制机构复杂,占用空间较大,所以目前只有大型风力发电机才有条件配置。CNWPEM.NET
  关键词:弹簧扭力 被动变桨 能量释放cnwpem

  1. 扭力弹簧在微型风力发电机被动变浆型机构上的应用的技术及经济意义CNWPEM.COM
  由将风能转换为机械能的风叶经过调速机构驱动风力发电机旋转形成发电,当前的风叶主流技术要求风叶能在低风速下就能启动(3s/m),能承受高于25s/m 狂风的破坏,能在高于额定风速的条件下,风叶有调整风轮转速的功能。风力发电机在风叶系统的设计上通常分为定浆型和变浆型两大系列,由于定浆型风叶系统结构简单,所以被普遍采纳,变浆型风叶系统由于结构复杂,仅在大型风力发电机风叶系统中才有采用。由于微型风力发电机(1000 瓦以下功率段)的体积及空间所限,到目前国内尚未发现将变浆机构装置设计于微型风力发电机的产品中。cnwpem
  微型风力发电机将变浆型机构应用于风轮设计上将对提升我国微型及小型风力发电机的技术档次,特别是提高普及风力发电机(风光互补)路灯的可靠性和安全性具有重大的意义。cnwpem.com
  被动变浆型风轮在超风速气象条件下,风叶可随风速的大小自动改变叶片的迎风角度,其迎风角度随风力的改变可成线性状态调整,测试证明:被动变浆型风轮的叶片不仅仅可以捕捉小风气候条件下的风能用来发电,而且可以在超风速气象条件下,随着风叶迎风角度的减小,风轮翼面受力投影面积因此随着减少,风轮不仅能继续保持迎风状态,同时速度也可保持额定风速,使机组保持了连续发电,风轮最大程度利用了风能,而无需像定浆型风轮那样为保护机组安全,系统启动侧偏程序。本技术的实施和采用,将使微型风力发电机在国内同类型的产品中,质量、技术水平处于领先水平。cnwpme·com
  2. 机构特点www.cnwpem.net
  不同于定浆型风叶的安装结构,变浆型风叶不是一次固定于风轮轮毂,而将风叶的叶柄安装连接于可联动转动的风轮轮毂径向呈星形分布的传动轴,传动系的末端连接弹簧确定转角位置(风叶的原始迎风角),弹簧另一端固定于轮毂。风叶受风翼面在超风速风力的作用下产生转动,从而改变风叶翼面的迎风角度。改变风叶翼面的迎风角度后,其受风投影翼面的面积减小,受风面减少后,其接受的风力转动力矩也相适应减小。风叶受风翼面在超风速风力的作用下产生转动后驱动弹簧、储存转动力矩能量,当风力减小,弹簧释放能量,将转动力矩反向回传给风叶,使风叶成比例的复位,直至回复到原始固定的状态。cnwpme·com

 

  3. 机构的先进性www.cnwpem.net
  变浆传动原理:本实用新型驱动风叶迎风角的原动力就是风力,弹簧扭力将风轮极限风力设计为额定风速的1.1 倍,在此技术条件下,风力发电机都可以不必进行变浆,当气象风力大于此值,在过风速风力的推动下,风叶将克服原设计扭力弹簧的扭转力发生偏转,从而改变风叶的原始安装迎风角;设计为了使三风叶变浆同步,将三风叶设置在一围绕一中心圆锥齿轮的分度圆上。由于弹簧力与改变扭转角保持的线性关系,风叶的迎角也随风力的大小成线性状态的改变;cnwpem.net
  风力发电机的转速与风力成正比关系,风力越大转速越高,但改变风叶的迎风角后,可对风叶的受风面积进行调整,从而改变风叶实际的受风面积,达到风叶调整风力发电机输入风力后的转速。风力发电机风轮可以在1.1 倍额定风速以下保持最佳迎风角,但由于迎风角随风力加大而改变时,输入风轮的有效风力却能保持在额定风力,风力发电机的转速保持不变,风力发电机的效率得到了提高。中国风电材料设备网
  微、小型风力发电机组成。见图1。cnwpem.com
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  4. 机构介绍风电材料设备
  星形状的锥齿轮传动系部分和扭转弹簧被动变浆机构部分全部零件以件24 轮毂为平台进行组装(件24 结构图见附图4);装好后的部件用螺栓与附图1 的件4 与发电机输出轴连接的连接座部分安装连接;件24 轮毂的外圆三星状展臂内圆孔装有便于安装的件14 迷宫套、迷宫套内孔的两端装有件16、17 轴承支撑的件3 齿轮轴,件3 伸出端与件1(风叶)连接;件2 键、件12 为连接件1 的螺栓、件15 是密封圈、件3 的另一端装有件5 小锥齿轮、与装于件9 中心轴的件6 大锥齿轮组成传动副、件4是件5 的键、件7 是件6 的键;件13 是迷宫套的固定螺钉;件19 螺钉用于轴向固定件5;件18 是孔用挡圈。件9 中心轴两端由件22、25 轴承支撑、件22 装于便于总装的件21 端盖内孔、件20是固定端盖的螺钉;件9 的伸出段端部平面开有槽,件10 扭转弹簧的一受力端装于此槽、件28 螺钉用于固定装入槽中弹簧的受力端钢丝,为防其弹出;件11 是固定扭转弹簧的另一端钢丝的紧固件套件;件27 接套,其小端的内孔与件9 外圆动配合,件26为件27 的固定螺钉。件1(风叶)翼面受超过安全风速的风力推动作用产生绕件3 轴线的转动(即变浆,改变风叶翼面的迎风角度。改变风叶翼面的迎风角度后,其受风投影翼面减小,受风面减少后,其转动力矩相适应减小)力矩,件1 转动的力矩经件2 平键使件3 齿轮轴转动,再经件4 平键使件5 小锥齿轮转动,件5 小锥齿轮拨动中心轴的件6 大锥齿轮,再经件7 平键使件9 中心轴将转动传给件10 扭力弹簧,扭力弹簧受转动力矩产生扭动,将能量储存;当风速小于安全值(小于弹簧设计的扭力),弹簧同时释放能量,弹簧释放能量的扭力再反方向驱动前述的传动链使风叶复位至原始迎风角度。弹簧扭转角度、风叶在超风速下风叶迎风角度(变浆角度)与超风速的推力成正比,超风速推力越大,风叶变浆角度和弹簧扭转角度就越大,随着风速的减小,弹簧相比例回弹,风叶也相比例回转,直至当风速符合额定风速时,弹簧复位至原始状,风叶也回复到原始安装角度,变浆的全过程完成。CNWPEM.COM

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【本文参考文献】www.cnwpem.net
[1] 《风能技术》(美)。风电材料设备
[2] 《风力发电机设计与运行维护》,CNWPEM.COM
苏绍禹编,中国电力出版社。中国风电材料设备网
[3] 《风力发电》都志杰等编,化学工业出版社。cnwpem
[4] 《风能与风力发电技术》,刘万琨等。CNWPEM.COM
[5] GB10760.1-1989《小型风力发电机www.cnwpem.net
技术条件》。cnwpme·com

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