轮毂在三叶片风轮中的作用及不同结构形式

轮毂的功能为连接叶片的主轴，最终连接到传动系统的其余部件，传递风轮力和力矩到后面传动系统的机构。水平轴轮毂的结构大致有三种：固定式轮毂、叶片之间相对固定铰链式轮毂和各叶片自由的铰链式轮毂。

1.固定式轮毂

固定式轮毂结构如图4-17和图4-18（a）所示。该轮毂的特点为主轴与叶片长度方向夹角固定不变；制作成本低，维护少，不存在铰接叶片的磨损问题；但叶片上全部力和力矩都经轮毂传递到后续部件。

图4-17所示的固定轮毂为目前大型三叶片风轮的常用结构，该轮毂的形状比较复杂，通常采用球磨铸铁制成，因为浇筑的方法容易成型与加工，此外球磨铸铁抗疲劳性能高。

2.叶片之间相对固定铰链式轮毂

在早期的风力机轮毂的应用中，也有叶片之间相对固定的铰链式轮毂，如图4-18（b）所示。

这种铰链使两叶片之间固定连接，轴向相对位置不变，但可绕铰链轴沿风轮拍向在设计位置作±（5°～10°）的摆动，类似跷跷板。当来流速度在叶轮扫风面内上下有差别或阵风出现时，叶片的载荷使得叶片离开设计位置，若位于上部的叶片向前，则下方的叶片向后。由于两叶片在旋转过程中的驱动力矩变化很大，因此叶轮会产生很高的噪声。(www.xing528.com)

图4-17　风力机固定式轮毂

图4-18　不同形式的铰链式轮毂

叶片被悬挂的角度也与风轮转速有关，转速越低，角度越大。具有这种铰链式轮毂的风轮具有阻尼器的作用。当来流速度变化时，叶片偏离原悬挂角度，其安装角也发生变化，一片叶片因安装角的变化升力下降，而令一片升力提高，从而产生反抗风向变化的阻尼作用。

3.各叶片自由的铰链式轮毂

图4-18（c）所示为各叶片自由的铰链式轮毂，该轮毂的每个叶片之间互不依赖，在外力作用下，可单独作调整运动。这种调整不但可做成仅具有拍向锥角的形式，还可做成拍向、挥向角度均可以变化的方式，其效果如图4-18（d）所示。理论上讲，采用这种铰链结构可保持恒速运行。