CN103147934A - 一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片，叶片具有根部叶片、至少一段可拆卸的尖部叶片，尖部叶片位于叶片的中部或叶尖部，尖部叶片端部与根部叶片的端部可拆卸连接，尖部叶片端部具有叶尖快拆侧，根部叶片端部具有叶根快拆侧；尖部叶片的叶尖快拆侧具有相对间隔设置的左、右叶尖挂钩，根部叶片的叶根快拆侧安装有快拆装置，快拆装置未启动时，快拆装置的拉杆与左、右叶尖挂钩嵌合夹紧，快拆装置启动时拉杆与左、右叶尖挂钩松脱。本发明的风力发电机组的叶片具有可自毁的尖部叶片部分，在遭遇暴风时保护风力发电机组不易损坏。

Description

一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片及控制方法

技术领域

本发明涉及一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片及控制方法。

背景技术

传统的风力发电机组叶轮叶片是一体成型的，尽管也有分段叶片，但主要功能仅是为了便于运输和安装。

专利号为CN201220038154.6的中国在先申请《一种分段式风机叶片》公开了一种公开了一种分段式风机叶片，包括至少两段叶片部，相邻叶片部的连接区域之间使用多个T型螺栓进行连接，连接安装方法为：先将T型螺栓的圆柱形螺母置于一叶片部的环向孔内，双头螺柱的一头穿过轴向孔与圆柱形螺母连接；再将两个相邻的叶片部进行定位，并将装有双头螺柱的叶片部推向另一叶片部，保证各个双头螺柱插入另一叶片部的轴向孔；然后在双头螺柱的另一头上依次插入半圆柱垫片、防松垫片及六角螺母，使用中空式液压扳手旋紧六角螺母，即可将分段式风机叶片连接在一起。

专利号为CN201010174303.7的中国在先申请《分段式风力涡轮机叶片》公开了一种分段式风力涡轮机叶片，叶片包括多个单独的叶片区段,其中,各叶片区段限定在叶片区段的纵向端之间延伸的内部通道。刚性翼梁部件沿纵向延伸穿过单独叶片区段的内部通道,使得叶片区段在所述翼梁部件上端对端地对准和连接,用以限定完整的转子叶片。翼梁部件所具有的截面轮廓键连接到叶片区段中的内部通道的截面轮廓上。翼梁部件包括对立地面对的翼梁缘条,该翼梁缘条抵靠接合内部通道内的叶片区段内表面。

专利号为CN201210026153.4的中国在先申请《一种分段式风机叶片及其安装方法》公开了一种分段式风机叶片，包括至少两段叶片部，相邻叶片部的连接区域之间使用多个T型螺栓进行连接，连接安装方法为：先将T型螺栓的圆柱形螺母置于一叶片部的环向孔内，双头螺柱的一头穿过轴向孔与圆柱形螺母连接；再将两个相邻的叶片部进行定位，并将装有双头螺柱的叶片部推向另一叶片部，保证各个双头螺柱插入另一叶片部的轴向孔；然后在双头螺柱的另一头上依次插入半圆柱垫片、防松垫片及六角螺母，使用中空式液压扳手旋紧六角螺母，即可将分段式风机叶片连接在一起。

上述几项专利都公开了各种分段叶片的连接形式，但都仅是为了运输和安装方便，装上去之后便不再拆卸，不能起到保护风机的目的。

多数的风力发电机组常年都运行在低风速的工况下，但由于风速的随机性，偶而也会遇上强风，因此即使是为三级风场设计的风机，也要求风机能承受50年一遇的52.5米/秒的短时阵风，这类大风出现的几率非常小，而风机设计时却不得不加以考虑，这造成部分风机部件安全系数过于冗余的同时，在遭遇大风时，又极有可能无法抵御强风导致机组倒塌。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片及控制方法，风力发电机组的叶片具有可自毁部分，在遭遇暴风时保护风力发电机组不易损坏。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片，所述叶片具有至少一段根部叶片、至少一段可拆卸的尖部叶片，所述尖部叶片位于叶片的中部或叶尖部，所述尖部叶片的端部与相应根部叶片的端部可拆卸连接，所述尖部叶片的端部具有叶尖快拆侧，所述根部叶片的端部具有叶根快拆侧；所述尖部叶片的叶尖快拆侧具有相对间隔设置的左、右叶尖挂钩，所述根部叶片的叶根快拆侧安装有快拆装置，快拆装置未启动时，左、右叶尖挂钩与快拆装置的拉杆嵌合夹紧，快拆装置启动时左、右叶尖挂钩与拉杆松脱。

进一步地，所述快拆装置具有电机、凸轮部件，所述凸轮部件具有凸轮手柄及凸轮，所述电机通过拉索与凸轮手柄的一端连接，所述凸轮位于凸轮手柄的另一端，所述凸轮内嵌合连接有与凸轮手柄垂直设置的拉杆，所述拉杆上套装有套管，所述套管左、右两端安装有左、右垫片，所述拉杆朝向凸轮的左端安装有导向垫圈，所述导向垫圈具有与凸轮的外圆配合的圆弧凹槽，所述拉杆的右端安装有预调螺母，所述导向垫圈与左垫片之间具有用于嵌合左叶尖挂钩的间隙，所述右垫片与预调螺母之间具有可嵌合右叶尖挂钩的间隙。

所述电机通过拉索使凸轮与拉杆锁紧时，左叶尖挂钩由导向垫圈、左垫片及套管夹紧在拉杆上，右叶尖挂钩由套管、右垫片及预调螺母夹紧在拉杆上；所述电机通过拉索使凸轮与拉杆松脱时，左叶尖挂钩与拉杆松脱，右叶尖挂钩与拉杆松脱。

所述尖部叶片端部具有与叶尖快拆侧相对的叶尖自抛侧，所述叶尖自抛侧安装有叶尖安装杆，所述根部叶片具有与叶根快拆侧相对的叶根自抛侧，所述叶根自抛侧具有叶根挂钩，所述叶根挂钩用于与叶尖安装杆嵌合连接。

正常工作状态下，凸轮锁紧，拉杆受预紧力，导向垫圈、左垫片及套管通过摩擦力压紧左叶尖挂钩，套管、右垫片及预调螺母通过摩擦力压紧右叶尖挂钩，叶根挂钩与叶尖安装杆嵌合连接。当需要拆卸尖部叶片时，快拆装置的电机启动，电机带动凸轮手柄，快拆装置对左、右叶尖挂钩的压力降低，导向垫圈、左垫片及套管之间的间隙增大，左叶尖挂钩与拉杆松脱，套管、右垫片及预调螺母之间的间隙增大，右叶尖挂钩与拉杆松脱，由于尖部叶片自身重力作用，叶尖快拆侧与叶根快拆侧脱离，叶尖自抛侧的叶尖安装杆与叶根自抛侧的叶根挂钩由于尖部叶片的重力也自动脱离。整个尖部叶片向下侧抛出形成自毁。

一种安装有上述可自毁叶尖的风力发电机组叶片的风力发电机组的控制方法，所述风力发电机组具有控制中心，控制方法具体为：

（1）、开始；

（2）、控制中心提前获得暴风是否来袭信息；若获得暴风来袭信息则至步骤（3）；若未获得暴风来袭信息则至步骤（4）；

（3）、控制中心发出是否提前作出处理信号；若发出提前作出处理信号则至步骤（5）；若发出不提前作出处理信号，则至步骤（4）；

（4）、控制中心通过风力发电机组测量风速是否达到预警风速；若风力发电机组测得的风速达到预警风速则至步骤（7）；若风力发电机组测得的风速未达到预警风速则至步骤（10）；

（5）、手动启动快拆装置，将尖部叶片拆卸并存放，并至步骤（6）；

（6）、等暴风解除后，装回原尖部叶片，原尖部叶片安装好后至步骤（17）；

（7）、控制中心发出风速警报；并至步骤（8）；

（8）、控制中心发出是否需要人工干预手动拆卸的信号；若发出需要人工干预手动拆卸的信号则至步骤（9）；若发出不需要人工干预手动拆卸的信号则至步骤（10）；

（9）、控制中心发出是否需要提前拆卸尖部叶片信号；若发出需要提前拆卸尖部叶片信号则至步骤（5）；若发出不需要提前拆卸尖部叶片信号则至步骤（10）；

（10）、控制中心检测风力发电机组是否处于危险状态；若检测到风力发电机组处于危险状态则至步骤（11），若未检测到风力发电机组处于危险状态则至步骤（14）；

（11）、控制中心发出危险警报；并至步骤（12）；

（12）、控制中心发出是否需要人工干预故障排除的信号；若发出需要人工干预故障排除的信号则至步骤（13）；若发出不需要人工干预故障排除的信号则至步骤（14）；

（13）、人工干预故障是否排除；若人工干预故障排除则至步骤（14）；若人工干预故障未排除则至步骤（15）；

（14）、控制中心通过风力发电机组测量风速是否达到危险风速；若风力发电机组测得的风速达到危险风速则至步骤（15）；若风力发电机组测得的风速未达到危险风速则至步骤（17）；

（15）、控制中心自动启动快拆装置，尖部叶片自动拆卸掉落；并至步骤（16）；

（16）、等暴风解除后，安装新的尖部叶片，新的尖部叶片安装好后至步骤（17）。

（17）、结束。

本发明的有益效果是：本发明使用分段快拆式尖部的叶片，可拆卸的尖部叶片位于叶片的中部或叶尖部。叶片每增加一些长度，叶片根部及塔筒承受的载荷便会增大很多，而叶片中部、叶尖部分所承受的载荷则相对要小很多，因此采用脱卸叶片降低风机承受大风时的载荷成为可能。大风来袭时，风机主动地自毁尖部叶片，以较小的尖部叶片的代价换取整个风机的安全。在遭遇超过设计风速的大风，或由于风机自身缺陷或故障发生危险时，风力发电机组可自动抛弃叶尖部分，或者机组发出警报并由人工手动拆卸尖部叶片。本发明的风力发电机组的叶片具有可自毁的尖部叶片部分，在遭遇暴风时保护风力发电机组不易损坏。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的叶片中根部叶片的结构示意图；

图2是本发明的叶片中尖部叶片的结构示意图；

图3是本发明的叶片中根部叶片的端部平面示意图；

图4是本发明的叶片中尖部叶片的端部平面示意图；

图5是本发明中根部叶片与尖部叶片的安装示意图；

图6是图5中A-A的结构示意图；

图7是图5中B-B的结构示意图；

图8是本发明中风力发电机组的控制方法的流程原理图；

其中:100.根部叶片，110.快拆装置，120.叶根挂钩，200.尖部叶片，210.叶尖安装杆，220.左叶尖挂钩，230.右叶尖挂钩，111.电机，112.凸轮，113.导向垫圈，114.左垫片，115.右垫片，116.套管，117.预调螺母，118.拉杆，119.凸轮手柄。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1图2图5所示，一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片，叶片具有至少一段根部叶片100、至少一段可拆卸的尖部叶片200，尖部叶片200位于叶片的中部或叶尖部，尖部叶片200的端部与相应根部叶片100的端部可拆卸连接，尖部叶片200的端部具有叶尖快拆侧，根部叶片100的端部具有叶根快拆侧；尖部叶片200的叶尖快拆侧具有相对间隔设置的左、右叶尖挂钩220、230，根部叶片100的叶根快拆侧安装有快拆装置110，快拆装置110未启动时，左、右叶尖挂钩220、230与快拆装置110的拉杆嵌合夹紧，快拆装置110启动时左、右叶尖挂钩220、230与拉杆118松脱。

尖部叶片200端部具有与叶尖快拆侧相对的叶尖自抛侧，叶尖自抛侧安装有叶尖安装杆210，根部叶片100具有与叶根快拆侧相对的叶根自抛侧，叶根自抛侧具有叶根挂钩120，叶根挂钩120用于与叶尖安装杆210嵌合连接。

如图3图4图5图6图7所示，快拆装置110具有电机111、凸轮部件，凸轮部件具有凸轮手柄119及凸轮112，电机111通过拉索与凸轮手柄119的一端连接，凸轮112位于凸轮手柄119的另一端，凸轮112内嵌合连接有与凸轮手柄119垂直设置的拉杆118，拉杆118上套装有套管116，套管116左、右两端安装有左、右垫片114、115，拉杆118朝向凸轮112的左端安装有导向垫圈113，导向垫圈113具有与凸轮112的外圆配合的圆弧凹槽，拉杆118的右端安装有预调螺母117，导向垫圈113与左垫片114之间具有用于嵌合左叶尖挂钩220的间隙，右垫片115与预调螺母(117)之间具有可嵌合右叶尖挂钩230的间隙。

电机111通过拉索使凸轮112与拉杆118锁紧时，左叶尖挂钩220由导向垫圈113、左垫片114及套管116夹紧在拉杆118上，右叶尖挂钩230由套管116、右垫片115及预调螺母117夹紧在拉杆118上；电机111通过拉索使凸轮112与拉杆118松脱时，左叶尖挂钩220与拉杆118松脱，右叶尖挂钩230与拉杆118松脱。

本发明使用分段快拆式尖部的叶片，如风轮具有三个叶片，三个叶片使用分段可拆卸尖部的叶片，可拆卸的尖部叶片位于叶片的中部或叶尖部。叶片每增加一些长度，叶片根部及塔筒承受的载荷便会增大很多，而叶片中部、叶尖部分所承受的载荷则相对要小很多，因此采用脱卸叶片降低风机承受大风时的载荷成为可能。大风来袭时，风机主动地自毁部分叶片，以较小的三个叶尖的代价换取整个风机的安全。在遭遇超过设计风速的大风，或由于风机自身缺陷或故障发生危险时，风力发电机组迅速自动抛弃叶尖部分，或者机组发出警报并由人工确定后启动脱卸叶尖程序。

正常工作状态下，凸轮锁紧，拉杆受预紧力，导向垫圈、左垫片及套管通过摩擦力压紧左叶尖挂钩，套管、右垫片及预调螺母通过摩擦力压紧右叶尖挂钩，叶根挂钩与叶尖安装杆嵌合连接。当需要拆卸尖部叶片时，启动电机，电机带动凸轮手柄，快拆装置对左、右叶尖挂钩的压力降低，导向垫圈、左垫片及套管之间的间隙增大，左叶尖挂钩与拉杆松脱，套管、右垫片及预调螺母之间的间隙增大，右叶尖挂钩与拉杆松脱，由于尖部叶片自身重力作用，叶尖快拆侧与叶根快拆侧脱离，叶尖自抛侧的叶尖安装杆与叶根自抛侧的叶根挂钩由于尖部叶片的重力也自动脱离。整个尖部叶片向下侧抛出。

如图8所示，一种安装有上述可自毁叶尖的风力发电机组叶片的风力发电机组的控制方法，所述风力发电机组具有控制中心，控制方法具体为：

（1）、开始；

（2）、控制中心提前获得暴风是否来袭信息；若获得暴风来袭信息则至步骤（3）；若未获得暴风来袭信息则至步骤（4）；

（3）、控制中心发出是否提前作出处理信号；若发出提前作出处理信号则至步骤（5）；若发出不提前作出处理信号，则至步骤（4）；

（4）、控制中心通过风力发电机组测量风速是否达到预警风速；若风力发电机组测得的风速达到预警风速则至步骤（7）；若风力发电机组测得的风速未达到预警风速则至步骤（10）；

（5）、手动启动快拆装置，将尖部叶片拆卸并存放，并至步骤（6）；

（6）、等暴风解除后，装回原尖部叶片，原尖部叶片安装好后至步骤（17）；

（7）、控制中心发出风速警报；并至步骤（8）；

（8）、控制中心发出是否需要人工干预手动拆卸的信号；若发出需要人工干预手动拆卸的信号则至步骤（9）；若发出不需要人工干预手动拆卸的信号则至步骤（10）；

（9）、控制中心发出是否需要提前拆卸尖部叶片信号；若发出需要提前拆卸尖部叶片信号则至步骤（5）；若发出不需要提前拆卸尖部叶片信号则至步骤（10）；

（10）、控制中心检测风力发电机组是否处于危险状态；若检测到风力发电机组处于危险状态则至步骤（11），若未检测到风力发电机组处于危险状态则至步骤（14）；

（11）、控制中心发出危险警报；并至步骤（12）；

（12）、控制中心发出是否需要人工干预故障排除的信号；若发出需要人工干预故障排除的信号则至步骤（13）；若发出不需要人工干预故障排除的信号则至步骤（14）；

（13）、人工干预故障是否排除；若人工干预故障排除则至步骤（14）；若人工干预故障未排除则至步骤（15）；

（14）、控制中心通过风力发电机组测量风速是否达到危险风速；若风力发电机组测得的风速达到危险风速则至步骤（15）；若风力发电机组测得的风速未达到危险风速则至步骤（17）；

（15）、控制中心自动启动快拆装置，尖部叶片自动拆卸掉落；并至步骤（16）；

（16）、等暴风解除后，安装新的尖部叶片，新的尖部叶片安装好后至步骤（17）。

（17）、结束。

如果提前获得暴风来袭信息得知有暴风来袭时，可先行将尖部叶片卸下，保护风力发电机组。若突遇强风，控制中心使得尖部叶片自动拆卸掉落自毁。尖部叶片自毁的流程具体可为：当某一个叶片到达向下并超过正下位置时，控制中心发出脱卸指令启动快拆装置，某一个叶片的尖部叶片向斜下方向外甩出，当一个叶片的尖部叶片被抛出，由于叶轮重心偏移及叶轮转动惯性综合作用，叶轮将保持原转动方向继续旋转，当第二个叶片进入脱卸位置，随即抛出第二个叶片的尖部叶片，相同方式抛出第三个叶片的尖部叶片。

本发明尤其适用于低风速风电场而有可能突受强风袭扰的风力发电机组。

本发明：1）由于叶片具有可拆卸的尖部叶片，非常适合于交通和安装条件受限时的运输和安装；（2）由于可受控地迅速抛弃尖部叶片，从而减少强风对风轮的破坏和对塔筒施加的倾覆力矩，可提高机组在强风下生存的能力；（3）由于采用了自动抛弃尖部叶片的控制方法，可以不考虑50年一遇的极端风速对风机的影响，从而降低冗余安全系数，降低成本。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种可自毁叶尖的风力发电机组叶片，其特征在于：所述叶片具有至少一段根部叶片（100）、至少一段可拆卸的尖部叶片（200），所述尖部叶片（200）位于叶片的中部或叶尖部，所述尖部叶片（200）的端部与相应根部叶片（100）的端部可拆卸连接，所述尖部叶片（200）的端部具有叶尖快拆侧，所述根部叶片（100）的端部具有叶根快拆侧；所述尖部叶片（200）的叶尖快拆侧具有相对间隔设置的左、右叶尖挂钩（220）、（230），所述根部叶片（100）的叶根快拆侧安装有快拆装置（110），快拆装置（110）未启动时，左、右叶尖挂钩（220）、（230）与快拆装置（110）的拉杆嵌合夹紧，快拆装置（110）启动时左、右叶尖挂钩（220）、（230）与拉杆（118）松脱。

2.根据权利要求1所述的可自毁叶尖的风力发电机组叶片，其特征在于：所述快拆装置（110）具有电机（111）、凸轮部件，所述凸轮部件具有凸轮手柄（119）及凸轮（112），所述电机（111）通过拉索与凸轮手柄（119）的一端连接，所述凸轮（112）位于凸轮手柄（119）的另一端，所述凸轮（112）内嵌合连接有与凸轮手柄（119）垂直设置的拉杆（118），所述拉杆（118）上套装有套管（116），所述套管（116）左、右两端安装有左、右垫片（114）、（115），所述拉杆（118）朝向凸轮（112）的左端安装有导向垫圈（113），所述导向垫圈（113）具有与凸轮（112）的外圆配合的圆弧凹槽，所述拉杆（118）的右端安装有预调螺母(117)，所述导向垫圈（113）与左垫片（114）之间具有用于嵌合左叶尖挂钩（220）的间隙，所述右垫片（115）与预调螺母(117)之间具有可嵌合右叶尖挂钩（230）的间隙。

3.根据权利要求2所述的可自毁叶尖的风力发电机组叶片，其特征在于：所述电机（111）通过拉索使凸轮（112）与拉杆（118）锁紧时，左叶尖挂钩（220）由导向垫圈（113）、左垫片（114）及套管（116）夹紧在拉杆（118）上，右叶尖挂钩（230）由套管（116）、右垫片（115）及预调螺母(117)夹紧在拉杆（118）上；所述电机（111）通过拉索使凸轮（112）与拉杆（118）松脱时，左叶尖挂钩（220）与拉杆（118）松脱，右叶尖挂钩（230）与拉杆（118）松脱。

4.根据权利要求1所述的可自毁叶尖的风力发电机组叶片，其特征在于：所述尖部叶片（200）端部具有与叶尖快拆侧相对的叶尖自抛侧，所述叶尖自抛侧安装有叶尖安装杆（210），所述根部叶片（100）具有与叶根快拆侧相对的叶根自抛侧，所述叶根自抛侧具有叶根挂钩（120），所述叶根挂钩（120）用于与叶尖安装杆（210）嵌合连接。

5.一种安装有权利要求1-4任一项所述的可自毁叶尖的风力发电机组叶片的风力发电机组的控制方法，其特征在于：所述风力发电机组具有控制中心，控制方法具体为：

（1）、开始；

（2）、控制中心提前获得暴风是否来袭信息；若获得暴风来袭信息则至步骤（3）；若未获得暴风来袭信息则至步骤（4）；

（3）、控制中心发出是否提前作出处理信号；若发出提前作出处理信号则至步骤（5）；若发出不提前作出处理信号，则至步骤（4）；

（4）、控制中心通过风力发电机组测量风速是否达到预警风速；若风力发电机组测得的风速达到预警风速则至步骤（7）；若风力发电机组测得的风速未达到预警风速则至步骤（10）；

（5）、手动启动快拆装置，将尖部叶片拆卸并存放，并至步骤（6）；

（6）、等暴风解除后，装回原尖部叶片，原尖部叶片安装好后至步骤（17）；

（7）、控制中心发出风速警报；并至步骤（8）；

（8）、控制中心发出是否需要人工干预手动拆卸的信号；若发出需要人工干预手动拆卸的信号则至步骤（9）；若发出不需要人工干预手动拆卸的信号则至步骤（10）；

（9）、控制中心发出是否需要提前拆卸尖部叶片信号；若发出需要提前拆卸尖部叶片信号则至步骤（5）；若发出不需要提前拆卸尖部叶片信号则至步骤（10）；

（10）、控制中心检测风力发电机组是否处于危险状态；若检测到风力发电机组处于危险状态则至步骤（11），若未检测到风力发电机组处于危险状态则至步骤（14）；

（11）、控制中心发出危险警报；并至步骤（12）；

（12）、控制中心发出是否需要人工干预故障排除的信号；若发出需要人工干预故障排除的信号则至步骤（13）；若发出不需要人工干预故障排除的信号则至步骤（14）；

（13）、人工干预故障是否排除；若人工干预故障排除则至步骤（14）；若人工干预故障未排除则至步骤（15）；

（14）、控制中心通过风力发电机组测量风速是否达到危险风速；若风力发电机组测得的风速达到危险风速则至步骤（15）；若风力发电机组测得的风速未达到危险风速则至步骤（17）；

（15）、控制中心自动启动快拆装置，尖部叶片自动拆卸掉落；并至步骤（16）；

（16）、等暴风解除后，安装新的尖部叶片，新的尖部叶片安装好后至步骤（17）。

（17）、结束。

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