CN101514673A - 风力发电机组叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组，特别是风力发电机组叶片，属于风力发电领域。特点是：本发明叶片上设有翼形板，叶片与翼形板活动连接。本发明采用叶片上嵌入一块可转动的翼形板，通过转动叶片上的翼形板来调节叶片的转矩，达到调节机组功率和安全保护功能。具有风能捕获能力强、工作风速范围宽、安全性好、转速平稳、输出稳定、使用寿命长。

Description

风力发电机组叶片

一、技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组，特别是风力发电机组叶片，属于风力发电领域。

二、背景技术

目前，我国并网型风力发电机组叶片功率调节和安全保护主要采取以下二种方法：

1、定桨距失速调节型风力发电机组

定桨距是指桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速是指桨叶本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速时，气流将在桨叶的表面产生涡流，使气动效率降低，产生失速，来限制发电机的功率输出。当机组超速或到切出风速时通过打开叶片的叶尖的阻尼板来起到安全刹车作用，保护机组安全。优点是结构简单可靠，但由于定桨失速调节是由桨叶本身完成，当风速变化引起的输出功率的变化只能通过桨叶的被动失速调节，而机组控制系统无法做任何控制，这样使得功率控制不够稳定，功率变化范围大。在风速变化的情况下，风力发电机组只有很小的机会能运行在最佳状态下，因此机组的整体效率较低。通常只应用在百瓦级的风力发电机组上。

2、变桨距调节型风力发电机组

变浆距风力机组是指整个叶片绕叶片中心轴可以旋转，使整个叶片迎风角在一定范围(0°--90°)内变化，以便调节功率不超出设计允许值。在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持原来位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整叶片桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。优点是功率输出稳定，当浆距角达到90°是可以快速停机，保护机组安全。但由于可变浆距机组装有可使叶片转动的变浆轴承，驱动机构，减速机构、控制系统等，所以导致变浆距系统结构比较复杂，成本高，容易出故障等不足。

三、发明内容

本实用新型是为解决以上风力发电机组的不足之处，提供一种能够调节风轮功率和安全刹车的风力发电机组叶片。

技术解决方案：本实用新型叶片上设有翼形板，叶片与翼形板活动连接。

翼形板外表面与叶片外表面在同一平面上。

翼形板的形状与叶片安装位置表面的形状相同。

翼形板能够在0°-90°角度范围内旋转。

翼形板设在叶片迎风面或背风面。

翼形板设在叶片中点到叶尖之间。

本实用新型由于在叶片上嵌入一块可以转动的翼形板，将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组技术相结合，充分吸取了被动失速和桨距调节的优点。桨叶采用失速型叶片的安装方法，直接与轮毂相连，结构简单没有复杂的变浆系统。调节装置采用叶片上嵌入一块可转动的翼形板，通过转动叶片上的翼形板来调节叶片的转矩，达到调节机组功率和安全保护功能。在低风速肘，叶片翼形板旋转角度为0°，和叶片表面贴合，叶片保持原有的气动特性机组正常发电。当风力机发出的功率超过额定功率后，安装在叶片上的翼形板开始打开。由于翼形板打开后对叶片旋转产生了一定的阻力，导致叶片对机组产生的旋转驱动力矩下降，并且随着风速大小的不同调节翼形板打开的角度也不同，同时对叶片产生的阻力也不同，将机组功率稳定在额定值上，优化了机组功率的输出。

本实用新型叶片是主体，用来产生风轮的驱动力矩。叶片翼形板是嵌在叶片内，与叶片安装位置表面具有相同的翼形形状，可以转动的一个装置。当翼形板没有转动和叶片表面贴合时，叶片保持原有的翼形形状。当风轮超速，或者机组超出额定功率后，嵌入叶片的翼形板通过传动装置，在电机或者是液压装置的驱动下，离开叶片表面开始转动。转动的角度不同，对叶片产生的阻力矩也不同，转过的角度愈大，对叶片的阻力也愈大，起到调节风力发电机组功率和安全保护的目的。传动装置包括转轴、支座、齿轮、连杆等。驱动装置有两种方式，一种是带有减速器的电动驱动或者是液压马达，另一种是通过液压缸驱动。同时，安装在翼形板和传动装置上的角度和位移传感器与机组的功率、转速、风速信号与机组的控制系统形成闭环控制，保证机组输出功率平稳和安全刹车。具有风能捕获能力强、工作风速范围宽、安全性好、转速平稳、输出稳定、使用寿命长等诸多优点。

四、附图说明

图1是本实用新型翼形板在初始位置结构示意图；

图2是本实用新型翼形板打开状态结构示意图；

图3是本实用新型翼形板在完全打开状态下的结构示意图；

图4为本实用新型液压缸驱动结构示意图；

图5为本实用新型用电机或液压马达驱动结构示意图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：

实施例1

参照图1、图2、图3、图4、图5，本实用新型叶片1的迎风面或背风面上开有翼形空腔，空腔底部固定安装有轴承座5，与翼形空腔相配合的翼形板2通过轴承座5安装在转轴6上，翼形板2可绕转轴6转动，翼形板2的形状与叶片1安装位置表面的形状相同，翼形板2的外表面与叶片1的外表面在同一平面上，翼形板2通过传动机构与驱动机构连接，传动机构与驱动机构安装于叶片1内部，与叶片1成为一个整体。驱动机构有两种方式，一种是带有减速器的电动驱动或者是液压马达，另一种是液压缸驱动。当驱动采用液压缸8驱动时，液压缸8一端固定在叶片1内壁上，另一端通过传动机构上的连杆7与转轴6连接，液压缸8推动连杆7转动，连杆7带动转轴6，转轴6转动带动翼形板2转动。传动机构的转轴6上装有角度传感器，或者在液压油缸的活塞杆上装有位移传感器。角度或位移传感器与机组的功率、转速、风速信号与机组的控制系统形成闭环控制。机组的功率、转速、风速信号及控制系统采用现有风力发电机组的技术和设备。

本实用新型驱动采用电动驱动或者是液压马达驱动时，带有减速箱的电机或液压马达3通过传动机构上的齿轮4带动转轴6转动，转轴6再带动翼形板2旋转，传动机构的转轴6上装有角度传感器，角度传感器与机组的功率、转速、风速信号与机组的控制系统形成闭环控制。

本实用新型当机组运行在机组的额定功率以下时，翼形板2保持初始状态，叶片1保持原有的翼形形状和气动特性，此时翼形板2与叶片1表面贴合，对叶片1的运行和气动特性没有任何影响，机组保持原有的功率特性运行。

当风轮超速，或者机组超出额定功率后，嵌入叶片1的翼形板2通过液压缸8推动连杆7转动，连杆7带动转轴6，转轴6转动带动翼形板2转动，翼形板2开始打开，并且按照风轮转速，风速，功率的不同，翼形板2打开的角度也不同。由于翼形板2打开的角度不同，对叶片1产生的阻力就不同，对叶片1产生的阻力矩也不同，转过的角度愈大，对叶片1的阻力也愈大，保证了风轮在超出额定风速的环境下输出功率的恒定。当机组运行于额定功率之下时，翼形板2自动收拢，保证叶片1工作在最大风能捕获状态下。

当风速高于机组切出风速，或者机组出现故障需要紧急停车时，叶片1上的翼形板2完全打开(翼形板2沿转轴旋转90°)，机组进入刹车状态，保证机组可靠停机。翼形板2在大风和机组故障下起到气动刹车作用，保证机组安全停机。

Claims (6)

1、风力发电机组叶片，其特征在于：叶片(1)上设有翼形板(2)，叶片(1)与翼形板(2)活动连接。

2、根据权利要求1所述的风力发电机组叶片，其特征在于：翼形板(2)外表面与叶片(1)外表面在同一平面上。

3、根据权利要求1或2所述的风力发电机组叶片，其特征在于：翼形板(2)能够在0°-90°角度范围内旋转。

4、根据权利要求3所述的风力发电机组叶片，其特征在于：翼形板(2)的形状与叶片(1)安装位置表面的形状相同。

5、根据权利要求4所述的风力发电机组叶片，其特征在于：翼形板(2)设在叶片(1)迎风面或背风面。

6、根据权利要求5所述的风力发电机组叶片，其特征在于：翼形板(2)设在叶片(1)中点到叶尖之间。

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