[实用新型]风力发电桨叶变桨矩装置

说明书

技术领域

实用新型是关于对现有风力发电桨叶变桨矩装置的改进，特别涉及一种结构简单，传动结构链短，控制精确，各桨叶调角一致同步性好的桨叶变桨矩装置，尤其可用于铸造壳式桨毂风力发电机调桨改造。

背景技术

水平轴风力发电机，客观上因空中风力经常发生变化，例如风或大或小变化，以及阵风冲击等等，极易造成转速不稳，进而引起与之连接的发电机转速波动，严重影响发电质量和要求，特别是发电电压和频率，因此需对桨叶迎风角随风速变化进行调整，通过改变桨叶迎风角度，使桨叶转速保持相对稳定，确保发电机在设计额定转速范围工作。其次，为确保风力发电装置安全，当风速大于最大使用风速例如25M/s时(视设计有所不同)，也需要改变桨叶迎风角使其顺着风向，并使桨叶不发生转动，确保风力发电装置安全，这对大功率发电装置是必须的。

现有桨叶变桨矩装置，应用较多是采用分立齿轮驱动方式，各桨叶通过回转支承轴承固定在桨毂上，每个叶片各有一套齿轮传动变桨矩机构，每个齿轮变桨矩机构都有一个大内齿轮(兼轴承)内啮合小齿轮，并由大速比行星齿轮减速器、电机驱动小齿轮，使啮合大内齿轮转动，带动桨叶作偏转运动以改变迎风面积，各电机的同步，则是依靠电气控制实现，各桨叶变桨矩装置放置于铸造桨毂壳体内。这种由小齿轮驱动啮合大齿轮改变桨叶角形式，主要不足是：一是体积膨大，兆瓦级叶片根部大齿轮直径大都在1.2-1.8米，重量大，例如1.5兆瓦的三桨叶变桨矩机构重达6吨左右，不仅增加了造价，而且增加了风力发电装置重量，以及制造难度，再加上铸造壳式桨毂的重量，是造成现有兆瓦级风力发电机机仓重量大的一个重要因素；二是由电器控制多个电机保持各桨叶偏转角度相同，客观上相当困难，如果桨叶迎风角不一致，则会因各桨叶气动力不同造成振动；三是调角机构结构复杂，结构链长，零部件多，每个桨叶调角机构有法兰兼轴承兼内齿轮、小齿轮、大速比行星减速器、电动机等4大组件组成，例如三个桨叶共12个大组件，构成组件多，可靠性低，很难保持同步精度，而且在高空齿轮润滑维护又非常困难，只要有一个部件出现故障，就不能工作，导致故障发生概率大；使各桨叶安装和起始角一致性调整相当复杂，增加了安装调试难度。

此外，也有报导采用伺服电机或中国专利CN101139972所述步进电机驱动调桨矩。对于兆瓦级的大型风力发电机，桨叶重量及运转离心力多达几十吨，要求伺服电机很大，并每个桨叶均需单独配备伺服或步进电机，此类电机和控制器造价较高，不仅制造成本极高，造价比齿轮式还要大；而且重量仍然很大，减重效果不明显；再就是，伺服或步进电机控制动作需要一定时间，在风力变化复杂时，反应滞缓，并且多个电机精确同步仍然较为困难。因此实际很难应用于大功率风力发电装置。

人们为降低变桨机构的重量，研究采用液压调桨，例如：

中国专利CN1752439公开液压变桨装置，通过在主轴上套设滑套，及均布与桨叶数量一致的液压缸，各液压缸柱塞连接在滑套上，桨叶内部设有压力储液罐，压力储液罐与液压缸通过管路连接，实现根据风力自动调节桨叶角度。其实质属于一种变型离心调速，离心调速的缺陷是显然的；其次，调桨仍有各桨叶单独同油缸系统，也造成多个油缸实际同步难度很大。

中国专利CN101324220公开的风力发电机变桨机构，仍然是每个桨叶各需一套液压缸作调桨驱动，而且传动结构链较长，累积误差大，精度低，精确控制及一致同步性问题，仍然未能简单解决；其次，结构部件多，带来故障率显然高，可靠性低；再就是，三套调桨机构，其桨叶起始角一致性调整难度仍然较大，不易调整；还有一个不足，就是多个液压驱动设置于风机转动头部，其油箱或液压油路设置十分困难。

中国专利CN201246274公开的风力发电机组液压变桨距传动机构，也同样是每个桨叶各需一套液压调桨驱动，并且传动结构链仍然相对较长，所以上述缺陷仍然未能得到有效克服。

中国专利CN201273248公开的变桨距装置，桨叶根部与连接轴连接，连接轴安装在轮毂内，其根部设有一轴向挡盘，该轴向挡盘与液压缸连接。其也仍然为各桨叶有一个偏心废黜的液压驱动，因此上述各桨叶由液压驱动调桨的缺点仍然未能得到有效解决。

为有效保证各桨叶调偏角的高度一致性，也有报导采用一个动力驱动变桨矩，例如：