[发明专利]一种叶片数量可调节的叶轮及其工作方法

说明书

一种叶片数量可调节的叶轮及其工作方法，该叶轮包括固定叶片，固定轮毂，可调节叶片，可调节轮毂，主轴，控制装置，支撑杆，轮毂轴向固定杆，液压锁定销轴，销孔；其中：固定叶片固定于固定轮毂外部，固定轮毂固定于主轴端面；可调节叶片与可调节轮毂通过螺栓连接结构连接，液压泵与液压缸驱动活塞杆移动，驱动连接杆与可调节叶片绕着螺杆旋转可调节轮毂与主轴通过花键结构连接；轮毂轴向固定杆与液压锁定销轴及销孔连接，实现可调节轮毂的轴向固定；控制装置通过第一电机驱动齿轮旋转，实现控制装置在水平方向移动，第二电机驱动支撑杆旋转，用于连接轮毂支撑孔。根据风电机组外部风速的变化，叶轮的叶片数量可调，实现风电机组发电能力最大化。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种叶片数量可调节的叶轮及其工作方法。

背景技术

随着风力发电行业的快速发展，国内风电场建设规模及数量也迅速增长。近年来，风资源较好的地区如内蒙、甘肃、新疆等区域已逐渐被利用完，目前新建大多数的风电场风资源状况不佳，年平均风速较低，厂家为了提升风机在低风速段的风能利用率，往往通过增加叶片长度的方式以增加叶轮扫风面积，从而尽可能地获得更高的风能利用率。

然而一味地增加叶片长度以提升风能利用率存在较大的设备安全隐患，近几年长叶片(单支叶片长度大于50米)发生扫塔、断裂、叶根螺栓断裂的不安全事件呈上升趋势。造成该问题的原因在于：(1)叶片生产过程较为复杂，叶片长度增加时，其生产工艺难度也会随之增加，叶片出现工艺缺陷的概率大大提升；(2)目前90m长度的叶片已实现量产，而叶片越长，其柔性越强，当风机位于复杂地形区域时，在风湍流强度较高时叶片变形可能会发生超出设计值，容易发生叶片扫塔、断裂事故；(3)叶片长度增加伴随着叶片重量增加，叶片运行过程中与轮毂连接螺栓的受力也会增加，容易发生螺栓断裂事件，影响叶片及整机的安全运行。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于一种叶片数量可调的叶轮及其工作方法，实现风电机组发电能力的最大化和风机设备的安全、稳定运行。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种叶片数量可调节的叶轮，包括主轴5，固定在主轴5一端部的固定轮毂2以及固定在固定轮毂2上的两个固定叶片1，还包括通过花键连接结构设置在主轴5上的可调节轮毂4以及通过螺栓连接结构设置在可调节轮毂4上的两个可调节叶片3，设置在主轴5另一端部的机舱18，置于机舱18内部平台上的控制装置19；可调节轮毂轴向固定杆26一端固定在可调节轮毂4上，当四叶片工作时，可调节轮毂轴向固定杆26另一端与设置于固定轮毂2内部的液压锁定销轴27和销孔28连接以固定可调节轮毂4，当两叶片工作时，可调节轮毂轴向固定杆26另一端悬空；液压缸9与活塞杆10通过液压泵8设置于可调节轮毂4内壁，轴12设置于可调节叶片3内壁，连接杆11设置于轴12上，活塞杆10与连接杆11组成连杆机构，用于驱动两个可调节叶片3绕着螺栓连接结构的螺杆14旋转；所述控制装置19内部设置有第一电机20和第二电机24，第一电机20通过中间轴21连接齿轮22并驱动齿轮22旋转，齿轮22与齿条23组成齿轮副结构，用于驱动控制装置19水平移动，第二电机24连接驱动支撑杆25并驱动其旋转，驱动支撑杆25用于连接设置在可调节轮毂4表面的轮毂支撑孔17，轮毂支撑孔17内部为螺纹结构，当叶轮以两叶片形式工作时，轮毂支撑孔17的内螺纹与支撑杆25端部的外螺纹组成螺纹副结构以固定可调节轮毂4。

所述螺栓连接结构，包括轴承13、螺杆14、螺母16和垫片15，轴承13外圈设置于可调节轮毂4内壁，螺杆14一端设置于轴承13内圈，螺杆14另一端通过外螺纹与螺母16和垫片15连接。

所述花键连接结构包括主轴5表面设置的外花键6以及可调节轮毂4内部设置的花键槽7，通过外花键6置于花键槽7中将主轴5与可调节轮毂4连接，实现叶轮在四叶片形式下工作时可调节轮毂4驱动主轴5旋转的过程。

所述可调节轮毂4表面设置有两个轮毂支撑孔17。