风轮主要由叶片、轮毂、变桨系统组成。

1.叶片

叶片具有空气动力外形，在气流作用下产生转矩驱动风轮转动，并通过轮毂将扭矩输入到传动系统。

风轮按叶片数量可以分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片几种，其中三叶片风轮由于稳定性好，在并网型风力发电机组上得到广泛的应用。

（1）叶片的结构类型

1）实心木制叶片 采用优质木材加工而成，由于木材吸收水分容易变形，需在其表面再覆上一层玻璃钢。

2）金属材料叶片 由管梁、金属肋条和蒙皮组成。金属蒙皮做成气动外形，用钢钉和环氧树脂将蒙皮、肋条和管梁粘接在一起。

3）玻璃钢叶片 由梁和具有气动外形的玻璃钢蒙皮做成，玻璃钢蒙皮较厚，具有一定的强度。同时，可以在玻璃钢蒙皮内填充泡沫，以增加强度。

目前，并网型风力发电机组大多采用玻璃钢叶片。玻璃钢叶片具有重量轻、容易成形、耐腐蚀、疲劳强度好、易于修补等优点。

玻璃钢结构的梁作为叶片的主要承载部件，梁常有矩形、I形和C形等形式。常用的玻璃钢结构叶片如图2-6所示。

图2-6 玻璃钢结构叶片

a）矩形梁结构叶片 b）I形梁结构叶片 c）C形梁结构叶片

（2）叶根连接结构型式 叶片通过叶根用螺栓与轮毂连接，叶根的结构有螺纹件预埋式、钻孔组装式和法兰预埋式等结构。

1）螺纹件预埋式。在叶片成形过程中，直接将经过特殊表面处理的螺纹件预埋在玻璃钢中。这种结构形式连接最为可靠，避免了对玻璃钢结构层的加工损伤，唯一要求是每个螺纹件的定位必须准确。其结构型式如图2-7所示。

图2-7 螺纹件预埋式叶根连接

2）钻孔组装式。叶片成形后，用专用钻床和工装在叶根部位钻孔，将螺纹件装入，如图2-8所示。这种方式要在叶片根部的玻璃钢结构层上加工出几十个φ80mm以上的孔，损伤了玻璃钢的结构整体性，降低了叶片根部的结构强度。而且螺纹件的垂直度不易保证，容易给现场组装带来困难。

图2-8 钻孔组装式叶根连接

3）法兰预埋式。将预先加工并经过钻孔、攻螺纹的铝制或不锈钢制法兰预埋到玻璃钢结构层中，如图2-9所示。采用这种结构，由于法兰是预制的，易于保证安装螺栓孔的位置精度，但法兰与玻璃钢结构层的连接较困难。(www.daowen.com)

图2-9 法兰预埋式叶根连接

（3）防雷击系统 叶片是风力机中最易遭受雷击的部件，最易遭受雷击的是叶片的叶尖部分。叶尖遭受雷击后，释放大量的能量，使叶尖结构内部温度急剧升高，制造玻璃钢的树脂等有机材料分解产生大量气体，叶片内气压上升，造成叶尖开裂。通过在叶尖预埋接闪器，用导线将接闪器连接到叶根，通过电刷将雷电流引向机舱，再经过机舱内的接地系统，将雷电流引向大地，可有效地避免叶片遭受雷击。接闪器的结构如图2-10所示。

2.轮毂

轮毂是连接叶片与主轴的部件，将叶片承受的各种力和力矩传递到传动系统。常用的轮毂形式有刚性轮毂和铰链式轮毂两种类型。

图2-10 接闪器的结构

（1）刚性轮毂 具有制造成本低、维护少、没有磨损等特点。三叶片风轮大部分采用刚性轮毂，也是目前使用最广泛的一种形式。结构上有球形和三通形两种，其结构如图2-11所示。百千瓦级风力发电机组的轮毂多采用三通形；兆瓦级机组由于叶片连接法兰较大，轮毂受到制造和运输体积、重量等的限制，不可能做得很大，多采用球形轮毂。轮毂多采用球墨铸铁铸造成形。

（2）铰链式轮毂 常用于单叶片和两叶片风力机。轮毂的铰链轴和叶片轴及风轮旋转轴互相垂直，叶片在挥动方向、摆振方向和扭转方向上都可以自由活动，也可以称为柔性轮毂。由于铰链式轮毂具有活动部件，相对于刚性轮毂来说，制造成本高，可靠性相对较低，维护费用高；它与刚性轮毂相比，所受力和力矩较小。对于两叶片风轮，两个叶片之间是刚性连接的，可绕连接轴活动。当气流有变化或阵风时，叶片上的载荷可以使叶片离开原风轮旋转平面。

图2-11 轮毂结构

a）球形轮毂 b）三通形轮毂

3.变桨系统

变桨系统有液压变桨系统和电动变桨系统两种类型。

（1）液压变桨 又可分为液压驱动机械变桨和三叶片独立液压变桨两种。

1）在百千瓦级的液压变桨系统中，多采用液压驱动机械变桨结构。安装在机舱后部的一个变桨液压缸，通过一根穿过主轴和齿轮箱的变桨杆驱动安装在轮毂内的曲柄滑块机构，带动3个叶片同步转动。叶片的角度由液压缸的位置决定。这种控制方式较为简单，但是变桨机构中任何一个叶片的传动机构或变桨轴承损坏卡死后，都将造成3个叶片都无法变桨。

2）兆瓦级机组多采用 叶片独立液压变桨机构，3个叶片由安装在轮毂内3个液压缸分别控制，通过控制系统控制3个叶片的同步变桨。其液压和变桨控制系统都很复杂，并安装在轮毂内。但任何一个叶片的变桨机构出故障后，其余两个叶片的变桨机构仍能正常工作，保障机组的安全。

液压变桨通过比例阀或伺服阀配合伺服液压缸或线性传感器组成的闭环控制系统对变桨速度和变桨角度分别进行闭环控制。

（2）电动变桨 通过伺服电动机经减速器减速后，通过开式齿轮传动带动变桨轴承变桨。电动变桨具有结构简单、没有漏油等特点。最早的变桨机构就是电动变桨，但由于当时伺服技术不够完善，经常出现故障或事故。随着现代伺服技术的发展，电动变桨有取代液压变桨的趋势。