自调节叶片组件、风力发电机组及扭转弹性件的选型方法与流程

本发明涉及风力发电，尤其是涉及一种自调节叶片组件、风力发电机组及扭转弹性件的选型方法。

背景技术：

1、小型风力发电机为一种低成本的发电设备，将风能转换为旋转的机械能，从而带动转子旋转，最终输出电能。因小型风力发电机本身小型化的特点，使其不具备类似大型风力发电机的调桨系统，因此，相关技术中的小型风力发电机均为固定角度安装扇叶的方式，无法对扇叶的偏航角度和迎风面积作出调整。这导致了在出现大风(风速大于设计的临界风速)情况时，扇叶旋转速度大于设计的额定转速，发电功率会严重超出额定发电功率，进而对能量转换系统中的稳压及整流部件带来极大的不确定性，严重情况下可能会导致稳压整流零部件及卸荷器等部件的烧毁，亦或是小风机扇叶承受大于自身材料承受力极限而断裂等损坏情况发生。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种自调节叶片组件，采用扭转弹性件对扇叶进行支撑并与风力共同作用使扇叶在第二态达到平衡，在风速大于临界风速时，自动调节扇叶的有效受力面积，解决风速变化对小型风力发电机造成的问题，从而实现风力发电机组长时间发电并保障机组稳定运行的功能。

2、本发明的实施例提出一种风力发电机组。

3、本发明的实施例提出一种扭转弹性件的选型方法。

4、本发明的实施例的一种自调节叶片组件包括转轴、扇叶和扭转弹性件，所述转轴用于连接发电机；所述扇叶可转动地设在所述转轴上且所述扇叶具有第一态和第二态，所述扇叶具有在其厚度方向上相对的迎风面和支撑面，在所述第一态，所述迎风面与预设方向之间的夹角为α，在所述第二态，所述迎风面与所述预设方向之间的夹角为β，且sinα＞sinβ；所述扭转弹性件具有依次相连的第一力臂、弹性部和第二力臂，所述第一力臂设在所述支撑面上，所述第一力臂沿所述支撑面的宽度方向延伸，所述第二力臂与所述转轴连接，以带动所述扇叶在所述第一态和所述第二态之间转动。

5、本发明的实施例的一种自调节叶片，与相关技术中大型风力发电机的调浆系统相比，扇叶的扭转依靠风力和扭转弹性件的扭力实现，无需设置调浆的控制系统，无需额外消耗电能，自调节叶片组件结构较简单，成本较低，对于小型风力发电机组而言，成本增加较少，性价比高。

6、在一些实施例中，所述扇叶在其宽度方向上的一端与所述转轴转动地连接，所述弹性部邻近所述扇叶的所述一端。

7、在一些实施例中，在所述第一态，α的值为90°，所述第一力臂和所述第二力臂之间的原夹角θ为：

8、

9、式中，k为所述扭转弹性件的弹簧常数，单位n*m/rad；

10、ρ为在标准条件下的空气密度，为1.29kg/m3；

11、v0为临界风速，单位m/s；

12、s为所述扇叶的迎风面的面积，单位m2；

13、h为所述迎风面在其宽度方向上的尺寸，单位m。

14、在一些实施例中，β的最大值为180°。

15、在一些实施例中，进一步包括限位轴承，所述限位轴承具有旋转限位态，所述转轴和所述扇叶通过限位轴承可转动地连接，在所述第一态，所述限位轴承位于所述旋转限位态。

16、在一些实施例中，所述的自调节叶片组件进一步包括限位件，限位件设在转轴上，所述限位件位于或邻近所述扇叶在其宽度方向上的另一端，在第一态，限位件抵接迎风面，在第二态，限位件与迎风面间隔开。

17、在一些实施例中，限位件包括挡板和减振垫，挡板的一端设在转轴上，挡板的另一端在转轴的延伸方向上与扇叶的一端相对，减振垫设在挡板朝向扇叶的一侧，在第一态，减振垫抵接迎风面。

18、在一些实施例中，转轴上设有安装凹槽，安装凹槽包括相连通的第一凹槽和第二凹槽，弹性部设在第一凹槽内，第二凹槽沿转轴的轴向延伸，第二力臂设在第二凹槽内。

19、在一些实施例中，自调节叶片组件进一步包括加强板，所述加强板设在所述扇叶上，所述加强板上设有滑槽，所述第一力臂配合在所述滑槽内。

20、本发明实施例的风力发电机组包括发电机和所述的自调节叶片组件，转轴与发电机连接。

21、本发明实施例的风力发电机组能够适应的风速的范围广。

22、本发明实施例的基于所述的自调节叶片组件的扭转弹性件的选型方法，当风速等于临界风速时，取α的值为90°，计算得到所述第一力臂和所述第二力臂之间的原夹角θ与弹性系数k的关系式如下：

23、

24、根据原夹角θ与弹性性系数k的关系式对原夹角θ与弹性性系数k进行选型。

25、本发明实施例的基于所述的自调节叶片组件的扭转弹性件的选型方法取风速等于临界风速时，α的值为90°，风对于扇叶的压力f风与其产生的力矩的乘积等于扭转弹性件的扭矩，计算扭转弹性件的第一力臂和所述第二力臂之间的原夹角θ与弹性系数k的关系较为简单，从而容易对扭转弹性件的的第一力臂和所述第二力臂之间的原夹角θ与弹性系数k进行选型。

技术特征：

1.一种自调节叶片组件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自调节叶片组件，其特征在于，所述扇叶(2)在其宽度方向上的一端与所述转轴(1)转动地连接，所述弹性部(33)邻近所述扇叶(2)的所述一端。

3.根据权利要求2所述的自调节叶片组件(100)，其特征在于，在所述第一态，α的值为90°，所述第一力臂(31)和所述第二力臂(32)之间的原夹角θ为：

4.根据权利要求3所述的自调节叶片组件，其特征在于，所述β的最大值为180°。

5.根据权利要求2所述的自调节叶片组件，其特征在于，所述进一步包括限位件(4)，所述限位件(4)设在所述转轴(1)上，所述限位件(4)位于或邻近所述扇叶(2)在其宽度方向上的另一端，在所述第一态，所述限位件(4)抵接所述迎风面(21)，在所述第二态，所述限位件(4)与所述迎风面(21)间隔开。

6.根据权利要求5所述的自调节叶片组件(100)，其特征在于，所述限位件(4)包括挡板(41)和减振垫(42)，所述挡板(41)的一端设在所述转轴(1)上，所述挡板(41)的另一端在所述预设方向上与所述扇叶(2)相对，所述减振垫(42)设在所述挡板(41)朝向所述扇叶(2)的一侧，在所述第一态，所述减振垫(42)抵接所述迎风面(21)。

7.根据权利要求1所述的自调节叶片组件，其特征在于，进一步包括限位轴承(6)，所述限位轴承(6)具有旋转限位态，所述转轴(1)和所述扇叶(2)通过限位轴承(6)可转动地连接，在所述第一态，所述限位轴承位于所述旋转限位态；

8.根据权利要求1所述的自调节叶片组件(100)，其特征在于，所述转轴(1)上设有安装凹槽(11)，所述安装凹槽包括相连通的第一凹槽(111)和第二凹槽(112)，所述弹性部(33)设在所述第一凹槽(111)内，所述第二凹槽(112)沿所述转轴(1)的轴向延伸，所述第二力臂(32)设在所述第二凹槽(112)内。

9.一种风力发电机组，其特征在于，包括发电机和如权利要求1至9任一项所述的自调节叶片组件，所述转轴(1)与所述发电机(200)连接。

10.一种基于权利要求1至8的任一项的自调节叶片组件(100)的扭转弹性件(3)的选型方法，其特征在于，当风速等于临界风速时，取α的值为90°，计算得到所述第一力臂(31)和所述第二力臂(32)之间的原夹角θ与所述扭转弹性件(3)的弹性系数k的关系式如下：

技术总结本发明涉及一种自调节叶片组件、风力发电机组及扭转弹性件的选型方法。自调节叶片组件包括转轴、扇叶和扭转弹性件，扇叶可转动地设在转轴上，扇叶具有在其厚度方向上相对的迎风面和支撑面，扇叶具有第一态和第二态，在第一态，迎风面与预设方向之间的夹角为α，在第二态，迎风面与预设方向之间的夹角为β，且sinα＞sinβ；扭转弹性件具有依次相连的第一力臂、弹性部和第二力臂，第一力臂设在支撑面上，第二力臂与转轴连接，以带动扇叶在第一态和第二态之间转动。本发明的自调节叶片组件，在风速大于临界风速时，自动调节扇叶的有效受力面积，解决风速变化对小型风力发电机造成的问题，从而实现风力发电机组长时间发电并保障机组稳定运行的功能。技术研发人员：门鹏,郭向宠,陈冉,张乾,崔文璟,牛小东,廖明,刘建民,王庆贺,王安妮,陆瑶,李瑞松受保护的技术使用者：北京瑞科同创科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18