CN101413477B - 减轻质量的浮簰三叶风轮 - Google Patents

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Abstract

一种减轻质量的浮簰三叶风轮，在三叶片的与变桨距轴同轴线的各叶尖的小轴端各装有轴承和三足轴承座，相邻的该轴承座之间的两个足之间各张拉一条第一张拉线(A3)，在轴承座的第三足与整流罩(B)之间各张拉一条第二张拉线(A4)；在每一叶片的中段腰部与整流罩(B)之间各张拉一条第三张拉线(A5)；该整流罩(B)与三叶片风力机的主轴(C)固定在一起；三叶片不再是一个旋转平面，而形成了一个旋转圆锥体，提高刚度和强度。优点①应用张拉的特点，可减轻、减薄叶片，提高转速，降低启动风速；②由叶片重力加速度引起的拍向弯曲和挥向弯曲震颤，可被三根张拉的A3制住。

Description

减轻质量的浮簰三叶风轮
本发明属于风电三叶机领域，特别是用在水上浮解上的三叶风轮，减轻质量、节约用材、提高转速、提高长期抗疲劳性能。
据资料近年来较大的风力机风轮单片叶片长58m，用碳/环氧制成，质量为19000kg，对于5-6MW风力机的叶片更重得多，这也是对应用海洋浮解三叶风力机增加了难度。
由于浮解风力机的突出优越性能自动定向迎风，海域风能优势明显；要是把单机风力机容量突破6MW大关，甚至突破10-20MW，关键是叶片及其质量，质量轻也是提高转速、功率的途径。
图1，是浮解用风力机，因浮解自动定向，因此风力机没有偏航机构，塔架截面呈流线型截面、减少风阻和扰流，易于设置张拉线等有利条件，减轻单机重量、节省材料，现在把三叶尖也设小轴Aa(与叶片变桨距转轴A保持同轴线)。Aa轴顶套上轴承和轴承壳A2，A2外有三个足可系住拉线A3和另一边的A3(如玻璃纤维增强环氧树脂或碳纤维增强环氧树脂或高强度钢圆条)还剩下一个足是拉线A4，这样三叶片都张拉三条A3、三条A4，最后在各叶片的中段腰部再各张拉一条A5，除A5下面图2中说明外，其余A3、A4由于三足轴承壳A2在Aa小轴顶部能灵活转动，所以不妨碍叶片变桨距。
各条A4、A5张拉线的一端都固定在整流罩B上。B与主轴C固定在一起，所以三叶片不再是一个旋转平面，而形成了一个旋转圆锥体——有很大的刚度和强度。张拉线相对巨大的风叶轮而言，几乎小得微乎其微，它的微小的风阻与风叶减薄的成倍厚度而减少风阻相比，增益十分可观，尤其风轮成倍的减轻重量，使转速明显提高，功率增大，而且风轮启动风速降低，适应风速范围更广，年运转率提高。
图2，O点是变桨距转轴(请参阅图1)A-Aa轴芯线中、中间的一个点，阴影线部分表示O所在的叶片中段截面，现在该截面上设一金属横担D1-O-D2，我们有办法找一根适当长度细线如图2的D1、O1、D2中，两个线头分别系住D1和D2各点，再用针尖作桩柱套在D1、O1、D2的顶角，并适当保持张紧D1、O1和O1、D2，同时以针尖划弧线，这划出的弧是以O为圆心的圆周的1/4，这1/4圆周正是变桨距的变动转角。假若用一个很小的动滑轮代替刚才的针尖划弧，系住动滑轮的张线即为图1的A5；现在A5(即动滑轮)不动，而横担D1-O-D2(即叶片在该处的截面以O为心转动90°即桨叶作变桨距转动时，)则张拉线A5对O点的距离不变，也就说明可以张拉住O点，对变桨距转动不妨碍。但实际应用中不必很精确，因为叶片有相当大的挠度。
优点：①应用张拉的特点，改变原来旋转平面形的风轮成为旋转圆锥体风轮，凸显刚度和承受风压能力；②显著减薄减轻叶片厚度和重量，提高风轮转速和降低启动风速，增加年运转率；③这一结构形式有可能会带来设计大兆瓦级风力机有个飞跃性突破；④对大兆瓦级风轮：由于叶片的重力加速度引起的拍向弯曲和挥向弯曲震颤，可被三根张拉的A3牵制住。
附图说明：
图1是减轻浮解三叶风轮的立体示意图。
图2是表示在变桨距叶片的中段可张拉A5的说明。

Claims (1)

1.一种减轻质量的浮解三叶风轮，其特征是，在三叶片的与变桨距轴同轴线的各叶尖的小轴端各装有轴承和三足轴承座，相邻的该轴承座之间的两个足之间各张拉一条第一张拉线(A3)，在轴承座的第三足与整流罩(B)之间各张拉一条第二张拉线(A4)，由于三足轴承座能灵活转动，所以第一张拉线(A3)和第二张拉线(A4)不妨碍叶片变桨距；在每一叶片的中段腰部与整流罩(B)之间各张拉一条第三张拉线(A5)，该第三张拉线(A5)与叶片的中段腰部的连接点为所述的变桨距轴的轴芯线中的一个点，叶片可以该轴芯线为轴心转动90°，故不妨碍叶片变桨距；该整流罩(B)与三叶片风力机的主轴(C)固定在一起；三叶片不再是一个旋转平面，而形成了一个旋转圆锥体，提高刚度和强度。
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