CN105257485A - 一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片 - Google Patents

一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，包括叶片本体，本体内部设有沿叶片展向的两个上下相对的主梁，两主梁之间设有抗剪腹板，其特征在于，每个主梁的内侧面沿叶片展向等间距布置多个减振腔室，其中填充有阻尼颗粒。当叶片产生振动时，颗粒体在结构空腔内往复运动，与腔壁碰撞，同时颗粒之间也相互碰撞和摩擦，从而消耗振动能量，产生阻尼效应，达到减振的目的。此外，可通过调整减振腔室在叶片弦向位置使重心前移，提高颤振速度，进一步防止颤振。

Description

一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片
技术领域
本发明涉及风力发电技术，特别涉及一种风力机叶片。
背景技术
风力机通常运行于随机的自然环境中,风切变、随机阵风、波浪等都会引起风力机叶片发生结构振动。风力机的发展趋势是大型化，目前，风力机额定功率已经从50kW左右增加到了5MW以上，风轮直径从20m左右增加到了120m以上。叶片的轻柔化将引起空气动力学和结构动力学更加剧烈的耦合，出现叶片气动弹性失稳问题，较严重的是叶片发生颤振。叶片的振动不仅影响风力机的性能并产生气动噪声，还会使叶片疲劳，寿命减小甚至在短时间发生断裂。
可见，风力机叶片具有振动条件复杂、工作条件恶劣以及振动形态多种多样等特点。目前，用于大型风力机叶片减振的方法主要包括气动方法和附加阻尼器方法。气动方法主要通过改变叶片的气动外形使之具有良好的失速性能，推迟失速的发生，从而实现抑制颤振的目的，该方法会减小叶片的动力学性能，降低风力机的输出功率。附加阻尼器法则是通过在叶片上布置阻尼器的方法来增加叶片的阻尼，达到减振的效果，该方法对叶轮的气动性能影响较大。
发明内容
本发明为了解决大型风力机叶片易发生气动弹性失稳甚至颤振的问题，提供了一种冲击力小、成本低和附加质量轻的、采用阻尼减振法的风力机叶片。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，包括叶片本体，本体内部设有沿叶片展向的两个上下相对的主梁，两主梁之间设有抗剪腹板，其特征在于，每个主梁的内侧面沿叶片展向等间距布置多个减振腔室，其中填充有阻尼颗粒。
上述方案中，所述每个减振腔室上均设有填充口，阻尼颗粒从填充口填充至减振腔室容积的70％，并用密封盖密封。
所述阻尼颗粒为球形或椭球形，采用金属、橡胶、塑料任一材料制成。
所述每个减振腔室在内侧面的位置可沿叶片弦向朝前部调整。
与现有的附加阻尼器技术相比，本发明的优点是：
本发明在叶片横梁内设置减振腔室，并从中填充球状颗粒，当叶片产生振动时，颗粒体在减振腔室内往复运动，与腔壁碰撞，同时颗粒之间也相互碰撞和摩擦，从而可消耗振动能量，达到减振的目的。此外，本发明的风力机叶片可通过调整减振腔室在叶片弦向的位置使重心前移，提高颤振速度，进一步防止颤振。
本发明的风力机的颗粒阻尼效果不受方向限制，能够同时抑制叶片挥舞和摆振两个方向的振动。
附图说明
图1是典型的风力机叶轮结构示意图。
图2是图1中A-A剖面的叶片内部结构示意图。
图3是图1图2中减振腔室布置示意图。
图1～图3中：1、本体；2、主梁；3、减振腔室；4、阻尼颗粒；5、抗剪腹板；6、颗粒填充口(带密封盖)；7、叶片；8、轮毂。
具体实施方式
参考图1，典型的风力机叶轮主要包括3个互成120°夹角的叶片7和轮毂8，在每个叶片内部设有减振腔室3。
参考图2、图3，风力机叶片包括叶片本体，本体内部设有沿叶片展向的两个上下相对的主梁2，每个主梁的内侧面沿叶片展向等间距布置多个减振腔室3，每个减振腔室上均设有颗粒填充口6(带密封盖)，两主梁之间设有抗剪腹板5。阻尼颗粒4从颗粒填充口6填充至减振腔室3容积的70％左右，并用密封盖密封。阻尼颗粒4为球形或椭球形颗粒，可采用金属(钢)、橡胶、塑料等砂粒。
每个减振腔室3在叶片弦向布置可进行调整，如向叶片截面前部(图2左侧)，从而使得整个叶片的重心前移，提高叶片的颤振速度。减振腔室3通过胶黏剂胶结在主梁的内侧面。

Claims (4)

1.一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，包括叶片本体，本体内部设有沿叶片展向的两个上下相对的主梁，两主梁之间设有抗剪腹板，其特征在于，每个主梁的内侧面沿叶片展向等间距布置多个减振腔室，其中填充有阻尼颗粒。
2.如权利要求1所述的利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，其特征在于，所述每个减振腔室上均设有填充口，阻尼颗粒从填充口填充至减振腔室容积的70％，并用密封盖密封。
3.如权利要求1所述的利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，其特征在于，所述阻尼颗粒为球形或椭球形，采用金属、橡胶、塑料任一材料制成。
4.如权利要求1所述的利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，其特征在于，所述每个减振腔室在内侧面的位置可沿叶片弦向朝前部调整。
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