[发明专利]多叶片随风变桨叶轮

说明书

本发明涉及一种多叶片风力发电机叶轮，其特征在于：叶片可以随风速大小自由变换桨距角。变桨机构设置在外转环上，外转环上设置若干轴套并可安装多组叶片。本发明最大优点是低风启动、多组叶片转矩大、转速快、结构合理、工艺简单。风洞试验数据表明，采用本叶轮的风力发电机或风力抽水机效率比现有技术大幅提高。它尤其适合低风速发电。

本发明涉及一种风力发电机的叶轮。尤其是一种多叶片的随风速大小自由变换桨距角的风机叶轮。

现有技术风机叶轮的叶片，有固定翼和非固定翼两种。固定翼叶片在工作中只做圆周运动，叶片的桨距角始终不变。此种方式的叶片低风时不利于启动，大风时叶片的阻力随之增大不利于提高转速。另一种非固定翼叶片桨距角可变。但是，此种叶片只在遇到强风时做一次性变桨，以避免风机超速运转损坏发电机组。

本发明的目的在于提供一种随风力大小自行调整桨距角的多叶片风机叶轮，叶片适时获得最佳升阻比，使得风机低风启动、转矩大、转速加快。并配置制动刹车装置，防止遇强风时损坏发电机组。

本发明是这样实现的，叶轮在风力作用下由叶片带动外转环、辐杆、中心转盘、发电机轴做圆周运动。在做圆周运动的过程中，叶片的桨距角可在0°-90°范围变化，一般把桨距角控制在最优变化范围0°-45°。遇到强风时制动机构的速度传感器发出信号，电磁吸铁得电后吸在转盘背面，使叶轮减速或停车。也可以采用遥控器或手动开关控制电磁刹车。

此叶轮由叶片、外转环、辐杆、中心转盘组成；其特征在于：变桨机构设置在外转环上，外转环由内圈和外圈构成，在内圈和外圈之间设置若干轴承套，轴承套插入与内外圈对应的轴孔中并焊接一体。轴承套内装有轴承，连接头插入轴承中，连接头的上端与叶片螺栓联接，拆卸叶片时把叶片与连接头的联接螺栓拧开。辐杆的两端分别与外转环和中心转盘固接。外转环有足够的周长可以设置多组叶片。外转环的内圈和外圈还可以合为一体做成型材，类似自行车圈的结构形式。

外转环的直径较大时，如大于2.4米时，可以采用分体式外转环结构。其特征在于：把外转环分解为几段圆弧形，每段圆弧的对接处用滑套和螺栓联接，滑套尺寸略大于外转环，可在外转环上滑动，当滑套孔和内外圈上的螺栓孔相对应，即用螺栓联接，组成一个完整的外转环。辐杆做成类似自行车辐条的形式，它与中心转盘和外转环均采用螺栓联接。

制动机构由速度传感器、电磁吸铁、中心转盘组成，其特征在于中心转盘的背面兼做刹车盘，速度传感器和电磁吸铁设置在发电机组的头部。

本发明改变了固定翼风叶的设计思想，对现有技术的叶轮叶片进行结构性改进，采用随风变桨技术。在叶轮上增设外转环、轴承套、辐杆。增设辐杆能减小叶轮风阻，提高风的通过性并加快风机转速。把叶片部分外延至外转环上增大了作功力矩，并可设置多组叶片。风机获得较大转矩的同时还提高了风机的转速。把变桨机构设置在外转盘上，便于加工制造和安装拆卸及运输。本发明最大优点是启动风速低、多组叶片转矩大、转速快、结构合理、工艺简单。

本发明研发的样机与现有技术的风机，在吉林大学风洞实验室(2X4风洞)做了对比试验。下面给出300W风机的几组风洞试验数据：

启动风速：本技术 2m/s，现有技术 4m/s；

风速6m/s时：

转速：本技术 374r/min，现有技术 214r/min；

输出功率：本技术 44.11w 现有技术 19.89w

风速8m/s时：

转速：本技术 528r/min，现有技术 253r/min；

输出功率：本技术 67.46w 现有技术 25.68w

试验数据表明：本发明的启动风速比现有技术降低一倍；相同风速情况下，转速分别是现有技术的1.75倍和2.1倍；输出功率分别是现有技术的2.22倍和2.63倍。

本发明的优点和实施效果具体表现在以下几个方面：