[发明专利]一种风轮

说明书

技术领域

本发明涉及用风力发电的水平轴风力发电机的一种风轮。按结构风力发电机可分为水平轴和垂直轴两种风力发电机。两种风力发电机的风轮有明显的不同。本发明属于水平轴风力发电机所用的风轮，当然水平轴风力发电机只是一种风力发电机的类型，不是说其主轴一定要与水平面平行，有许多风力发电机的主轴的风轮端上翘一个角度，仍属于水平轴风力发电机。按风力发电机的规模可分为小型、中型和大型，本发明属于中型和大型风力发电机。风力发电机分为变浆距控制和失速控制两种，本发明属于一部分叶片变浆距控制，而另一部分叶片采用叶片失速控制的风轮。

背景技术

水平轴风力发电机的风轮包括与水平主轴连接的悬臂布置于水平主轴一端的轮毂，以悬臂梁型式均匀分布在轮毂上的细而长的叶片，一部分风电机组还包括用于驱动叶片自转的变浆距装置。

由于叶片的形状细而长，其长度甚至在50米以上，而且是一个典型的悬臂梁结构，所以在叶片上，尤其是靠近根部的位置上，受到的弯矩非常巨大。为了能够承受这种弯矩，大中型风力发电机叶片的根部都设计得比较粗，把这样的叶片安装在狭窄的轮毂上显得非常拥挤，这是目前95％以上的风轮都采用2至3片叶片的原因之一，显然这样少叶片的风轮中叶片的迎风面积要比风轮旋转时的扫风面积小得多，所以风能利用率低。另一方面，为了避免叶片折断，都是采用高强度的材料制造叶片，同时为了减轻重量，目前所用的主流材料是高强钢材加玻璃钢，随着容量的增大，玻璃钢的强度已不能满足要求，所以近年来出现了碳纤维叶片，但是碳纤维材料比较稀缺，价格很贵，这使得急需降低的风电价格承受不起。另一方面，失速控制的风轮已逐渐被可变浆距的风轮淘汰。这个潮流决定了新型大中型风力发电机必须能够变浆距，可是变浆距时要求各叶片可以绕其自身的轴线独立转动，这个要求使得变浆距叶片多年来一直是悬臂结构，很难改变。另外，风轮的结构复杂又会使风阻加大，所以变浆距操作对风轮形状的要求以及流体力学对风轮形状的要求已经把风轮的形状限制得死死的，所以多年来风轮一直是老样子，很少有突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种使叶片受力状态好，风能利用率高，成本低，材料易得，又能适应风机容量继续增大以降低每度电成本的要求的一种风轮。为了解决上述问题，本发明用于风力发电的水平轴风力发电机的一种风轮，包括叶片、叶片体转动副、轮毂和杆件，其特征是所述叶片分为固定叶片和可变浆距叶片两种，固定叶片、可变桨距叶片与轮毂和杆件之间组成桁架结构，可变浆距叶片通过叶片体转动副与桁架结构连接、在电力或液力驱动下可相对于桁架结构做变浆距转动；所述叶片体转动副是设在除叶片根部以外的叶片体上，使叶片或叶片的一部分能相对于桁架结构做变浆距转动的转动副。

所述的一种风轮，其特征是组成桁架结构的杆件分为中心杆、纬杆和径向杆三种，中心杆处于轮毂中心线的位置上，中心杆的一端与轮毂连接，中心杆上连接有径向杆件，径向杆的另一端与相应的固定叶片连接，构成桁架结构；纬杆的两端分别与相邻的两个叶片或叶片体转动副连接，可变桨距叶片通过叶片体转动副与构成桁架结构的固定叶片的外端连接。

所述的一种风轮，其特征是所述叶片分成抗转矩固定叶片和可变桨距叶片两种；抗转矩固定叶片的横断面为流线型，其一端固定在轮毂上，另一端与抗转矩杆件的一端连接，抗转矩杆件的另一端与设在可变桨距叶片上的叶片体转动副连接；所述可变桨距叶片的根部安装在轮毂上，在设在轮毂内的变桨距装置的驱动下实现变桨距转动。

所述的一种风轮，其特征是所述杆件中有一种是一端与轮毂连接并处于风轮中心线位置上的中心杆，还有一种是一端与中心杆连接，另一端与叶片或叶片体转动副连接的径向杆，所述径向杆的横断面是可使风轮产生圆周推力的流线型。

所述的一种风轮，其特征是所述杆件中受拉力的杆件是拉索。

所述的一种风轮，其特征是所述杆件中有一种是一端与轮毂连接并处于风轮中心线位置上的中心杆，该中心杆是桁架结构。

所述的一种风轮，其特征是所述固定叶片向外侧倾斜，其靠近轮毂的根部段固定在轮毂上，不能做变浆距转动，根部段与杆件连接在一起组成棱锥状的桁架结构，可变桨距叶片与固定叶片的外端采用叶片体转动副连接。

所述的一种风轮，其特征是所述可变浆距叶片通过叶片体转动副连接在固定叶片的侧面，使他与固定叶片之间可进行变浆距转动；所述固定叶片的一端与轮毂相连，均布于同一个平面或同一个锥面内，固定叶片成为可变桨距叶片的骨架。