CN106121907B - 叶片配平衡方法、叶片及风力发电机 - Google Patents

叶片配平衡方法、叶片及风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叶片配平衡方法、叶片及风力发电机。所述方法应用于风力发电机，所述风力发电机包括重力矩、重量、重心不同的叶片，所述叶片包括叶根位置配重点、叶中位置配重点及叶尖位置配重点，具体地所述方法包括：以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡；及在对所述其它叶片进行重力矩配平衡后，以质量最大的叶片为标准对其它叶片的重量和重心进行配平。上述方法使叶片配平衡方法不仅灵活多样还可以解决因叶片重心偏移较大导致风力发电机的使用寿命较短的技术问题。

Description

叶片配平衡方法、叶片及风力发电机
技术领域
本发明涉及叶片配平领域，具体而言，涉及一种叶片配平衡方法、采用该方法配平衡的叶片及包括该叶片的风力发电机。
背景技术
在现有技术中，在对风力发电机进行出厂检测时，需要对风力发电机的叶片进行重力矩配平衡，即通过重力矩配平衡将风力发电机的多个叶片之间的重力矩偏差值控制在合理的范围内。重力矩配平衡的方法是通过在不同叶片的不同位置配重点增加配重块来调节不同叶片的重力矩。在重力矩配平衡的过程中常采用质量最小原则进行重力矩配平衡，在采用质量最小原则进行重力矩配平衡时，配平衡的位置依次是叶尖位置配重点、叶中位置配重点及叶跟位置配重点。上述配重方法单一，没有考虑到配平衡后不同叶片之间的重心是否配平衡的问题，使得采用上述方法配平衡的叶片在组装成风力发电机时，会因为重心不平衡导致风力发电机在工作时会在所述不同叶片上产生大小不同的离心力，大小不同的离心力通过所述不同叶片反作用于所述风力发电机的中心轴承，不同的离心力使得中心轴承受力不平衡，当大小不同的离心力之间的偏差值较大时，会导致风机旋转时产生振动，严重影响叶片及整机的正常运行，例如中心轴承被严重磨损，从而影响整个风力发电机的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种叶片配平衡方法、叶片及风力发电机，以解决现有风力发电机叶片配平衡方法单一、配平衡后的风力发电机因叶片之间重心偏差较大而导致使用寿命短的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
就实现叶片配平衡方法而言，本发明实施例提供的方法，应用于风力发电机，所述风力发电机包括重力矩、重量、重心不同的叶片，所述叶片包括叶根位置配重点、叶中位置配重点及叶尖位置配重点，所述方法包括：
以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡；及
在对所述其它叶片进行重力矩配平衡后，以质量最大的叶片为标准对其它叶片的重心进行配平。
进一步地，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤包括：
在所述其它叶片的叶中位置配重点处添加配重块进行重力矩配平衡。
进一步地，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤还包括：
当在所述其它叶片的叶中位置配重点处添加的配重块达到最大限额且无法实现重力矩配平衡时，将叶中位置配重点处配重块取出，在所述其它叶片的叶尖位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡。
进一步地，在所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤中：
配置在所述其它叶片的叶尖位置配重点上的配重块通过紧固结构固定在所述其它叶片的叶尖位置配重点上。
进一步地，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤还包括：
当在所述其它叶片的叶尖位置配置点处添加的配重块达到最大限额且无法实现重力矩配平衡时，再在所述其它叶片的叶中位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡。
进一步地，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤还包括：
当在所述其它叶片的叶尖位置配重点和叶中位置配重点添加的配重块均达到最大限额且无法实现重力矩配平衡时，再在所述其它叶片的叶根位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡。
进一步地，所述以质量最大的叶片为标准对其它叶片的重量和重心进行配平的步骤包括：
在其它叶片的叶根位置配重点添加配重块对所述其它叶片的重心进行配平。
就叶片而言，本发明实施例提供的叶片采用上述叶片配平衡方法其中之一进行配平衡。
进一步地，当所述叶片的叶尖位置配重点处配置有配重块时，所述配重块通过紧固结构固定在所述叶尖位置配重点处。
就风力发电机而言，本发明实施例提供的风力发电机包括重力矩、重量和重心不同的叶片，所述重力矩不同的叶片通过上述叶片配平衡方法进行配平衡。
相对于现有技术，本发明实施例提供的叶片配平衡方法、叶片及风力发电机。在对叶片进行重力矩配平衡的过程中兼顾配重质量最小和配重工艺代价最小原则进行重力矩配平衡，同时还对所述叶片的重心进行配平衡，使得本发明实施例提供的配置方法不仅灵活多样还可以解决因叶片重心偏差较大引起的风力发电机的使用寿命较短的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例所提供的叶片配平衡方法的一种具体流程示意图。
图2是本发明实施例中叶片的结构示意图。
图3是本发明实施例所提供的叶片配平衡方法的另一种具体流程示意图。
图4是本发明实施例中叶片在力矩平衡状态下的一种受力分析图。
图5是本发明实施例中叶片的各个配重点之间的相互关系示意图。
主要元件符号说明
叶片 100
叶根 101
叶根位置配重点 110
叶中位置配重点 120
叶尖位置配重点 130
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1给出了本发明较佳实施例提供的叶片配平衡方法的流程图，所述方法应用于风力发电机，所述风力发电机包括重力矩不同的叶片，请参照图2，所述叶片100包括：叶根101、叶根位置配重点110、叶中位置配重点120及叶尖位置配重点130。下面对图1所示的具体流程和步骤进行详细阐述，具体如下。
步骤S111，以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡。
在本实施例中，对叶片进行重力矩配平衡的方式需要同时考虑最小质量原则及工艺代价最小原则。
所述最小质量原则是指在改变相同的重力矩的情况下，需要添加配重块的质量最小的原则。请再参照图2，在该原则下配重块优先添加在距离叶根101最远的叶尖位置配重点130、其次是叶中位置配重点120、最后是叶根位置配重点110。
所述工艺代价最小原则是指在重力矩配平过程中，尽量减少不必要的工艺操作，请再参考图2，所述叶尖位置配重点130、叶中位置配重点120及叶根位置配重点110距离叶片叶根101的距离依次减小。由离心加速度公式
a＝ω2r
其中，a为离心加速度，r为配重点距离所述叶片叶根101的距离，ω为叶片100的旋转角速度。由上述公式可知，配重在所述叶尖位置配重点130处的配重块受到的离心力很大，配重在该位置处的配重块在叶片100的旋转过程中容易与所述叶尖位置配重点130脱离。因此，一般情况下，当在所述叶尖位置配重点130处配置所述配重块时，需要对所述配重块与所述叶尖位置配重点130进行紧固处理。具体地，可以通过紧固结构将所述配重块紧固在所述叶尖位置配重点130处。所述紧固结构可以是通过螺钉或者螺柱等结构将所述配重块锁定在所述叶尖位置配重点130处。因此，在对叶尖位置配重点130进行配重时与在叶中位置配重点120及叶根位置配重点110处进行配重不同，需要额外的紧固操作，比如，钻紧固孔。因此在考虑工艺代价最小原则的情况下，应当尽量避免直接在叶尖位置配重点130处进行配重。
在本实施例中，采用优先考虑工艺代价最小原则并兼顾质量最小原则的方式进行重力矩配平衡。具体地，请参照图3，步骤S111可以包括以下子步骤。
子步骤S1111，在所述其它叶片的叶中位置配重点120处添加配重块进行重力矩配平衡。
具体地，在对叶中位置配重点120处进行配重时，只需要将配重块放置在叶中位置配重点120的配重箱中即可，通过调整放入配重块的重量来减小被配平衡的叶片与重力矩最大的叶片之间的重力矩偏差。
子步骤S1112，判断在所述其它叶片的叶中位置配重点120处添加的配重块达到最大限额时，是否能实现重力矩配平衡。
在本具体实施例中，当所述其它叶片的叶中位置配重点120处添加的配重块在不大于最大限额的配重质量即可以实现重力矩配平衡时，进入步骤S112，否则进入子步骤S1113。其中，所述最大限额是指叶片配重点上允许添加配重块质量的最大值，配重点的最大限额与配重点在叶片上的位置和叶片本身的尺寸有关。同一叶片的不同配重点或者不同叶片的同一配重点的最大限额都可能不同。例如，叶中位置配重点的最大限额可以是30kg。
子步骤S1113，将所述叶中位置配重点120处配重块取出，在所述其它叶片的叶尖位置配重点130添加配重块进行重力矩配平衡。
具体地，当只在叶中位置配重点120处添加配重块无法实现重力矩配平衡时，将之前放置在所述叶中位置配重点120的配重箱中配重块取出。在所述其它叶片的叶尖位置配重点130处添加配重块，由于所述其它叶片的叶尖位置配重点130的力臂大于叶中位置配重点120和叶根位置配重点110的力臂，配置在叶尖位置配重点130的配重块需要通过紧固结构固定在所述叶尖位置配重点130。
子步骤S1114，判断在所述其它叶片的叶尖位置配重点130处添加的配重块达到最大限额时，是否能实现重力矩配平衡。
在本具体实施例中，当所述其它叶片的叶尖位置配重点130处添加的配重块在不大于最大限额的配重质量即可以实现重力矩配平衡时，进入步骤S112，否则进入子步骤S1115。
子步骤S1115，再在所述其它叶片的叶中位置配重点120添加配重块进行重力矩配平衡。
子步骤S1116，判断在所述其它叶片的叶尖位置配重点130处和叶中位置配重点120处添加的配重块达到最大限额时，是否能实现重力矩配平衡。
在本具体实施例中，当所述其它叶片的叶尖位置配重点130和叶中位置配重点120处添加的配重块在不大于最大限额的配重质量时即可以实现重力矩配平衡时，进入步骤S112，否则进入子步骤S1117。
子步骤S1117，再在所述其它叶片的叶根位置配重点110添加配重块进行重力矩配平衡。
在本实施例中，对在所述其它叶片的叶根位置配重点110进行重力矩配平衡后进入步骤S112。当然应当理解的是，提供的重力矩配平衡方法中可能还存在即便在所述其它叶片的所有位置配重点添加最大限额的配重质量也无法实现配平衡的情形，该情形不在本实施例的讨论范围内，该情形对应的叶片之间重力矩偏差过大无法通过配平衡的方式将叶片之间的重力矩偏差控制在合理范围内，一般而言，这样一组(三支)叶片无法配平衡，需要重新选择重力矩偏差更小的一组叶片，即重新分组。
步骤S112，以质量最大的叶片为标准对其它叶片的重量和重心进行配平。
以所述重力矩最大的叶片为标准在其它叶片的叶根位置配重点110调整配重质量来改变叶片的重心。叶根位置配重点110的力矩小，对其位置上配重进行重心调整时，对已经配平衡的重力矩影响很小。具体地，请参照图4，叶片在自身重力mg和向上的称重力F1及F2的作用下保持平衡。由力矩平衡方程
mg·l＝F1·l1+F2·l2
l＝(F1·l1+F2·l2)/mg
其中，l1为作用力F1的力矩，l2为作用力F2的力矩，l为重力mg的力矩，l即叶片重心点距离叶根101的距离。
以下以具体实例来描述进行叶片配平衡的整个过程，风力发电机包括三个叶片，分别是第一叶片、第二叶片及第三叶片，其中，每个叶片在叶根位置配重点、叶中位置配重点及叶尖位置配重点的最大限额分别为60Kg、30Kg及30Kg。请参照图5，叶根位置配重点110、叶中位置配重点120及叶尖位置配重点130的重力臂分别为L1、L2及L3。假设第一叶片的重力矩最大，现在以所述第一叶片为标准，对第二叶片及第三叶片进行重力矩配平，因配平方式相同，现只介绍第二叶片以第一叶片为标准进行配平的具体过程。
请参照表1，结合表1对第二叶片的配重流程进行说明。假设第一叶片与所述第二叶片之间的重力矩之差为ΔM，若ΔM/L2≤30时，采用表1中的方案1或者方案2只在第二叶片的叶中位置配重点120进行重力矩配平衡。若ΔM/L2>30且ΔM/L3≤30时，采用表1中的方案3或者方案4只在第二叶片的叶尖位置配重点130进行重力矩配平衡。若ΔM/L3>30且(ΔM-30*L3)/L2≤30时，采用表1中的方案5或者方案6先在第二叶片的叶尖位置配重点130进行最大限额的配重后，再在第二叶片的叶中位置配重点120进行重力矩配平衡。若(ΔM-30*L3)/L2>30且(ΔM-30*(L2+L3))/L1≤60时，采用表1中方案7或者8先在第二叶片的叶尖位置配重点130及叶中位置配重点120进行最大限额的配重后，再在所述第二叶片的叶根位置配重点110进行重力矩配平衡。
表1
最后将重力矩配平衡后的第二叶片与第一叶片进行重心配平即可。
具体地可以参照表2，表2给出了采用现有重力矩配平方法配平后的叶片参数。
表2
由表2可知，叶片之间的最终质量最大互差为0.3％，最终重力矩最大互差为0.0285％，重心位置最大互差为5.1厘米。为了减小风力发电机中叶片与中心轴承之间的磨损提高风力发电机的使用寿命，需要将不同叶片的离心力偏差值控制在很小范围内，由离心力的计算公式
F＝mω2r
其中F为叶片受到的离心力，m为叶片质量，r为叶片的重心与中心轴承之间的距离，ω为叶片的旋转角速度。由上述公式可知，为了减小不同叶片之间的离心力偏差只需要控制叶片最终质量的最大互差及重心位置的最大互差即可。
请参照表3，表3为采用本实施例提供方法进行配平后的叶片参数。由表3可知，叶片之间的最终质量最大互差为0.28％、最终重力矩最大互差为0.029936％，最终质量最大互差为4.81厘米。虽然最终重力矩最大互差相对增加，但其增加量对整个风力发电机的影响可以忽略。而最终质量最大互差及最终质量最大互差均减小，采用本实施例提供的配平方法进行配平后的不同叶片之间的离心力偏差相对于现有技术提供的配平方法进行配平后的不同叶片之间的离心力偏差小，采用本实施例所提供的方法可以是风力发电机的中心轴承受力更加平衡，有利于延长风力发电机的使用寿命。
表3
本实施例还提供一种采用上述方法进行配重后的叶片及包括该配重后叶片的风力发电机。
综上所述，本发明实施例提供的叶片配平衡方法、叶片及风力发电机。在对叶片进行重力矩配平衡的过程中兼顾配重质量最小和配重工艺代价最小原则进行重力矩配平衡，同时还对所述叶片的重心进行配平衡，使得本发明实施例提供的配置方法不仅灵活多样还可以解决因叶片重心偏差较大引起的整个风力发电机的使用寿命较短的技术问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护之内。因此，本发明的保护应所述以权利要求的保护为准。

Claims (10)

1.一种叶片配平衡方法，其特征在于，应用于风力发电机，所述风力发电机包括重力矩、重量、重心不同的叶片，所述叶片包括叶根位置配重点、叶中位置配重点及叶尖位置配重点，所述方法包括：
以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡；及
在对所述其它叶片进行重力矩配平衡后，以质量最大的叶片为标准对其它叶片的重量和重心进行配平。
2.如权利要求1所述的叶片配平衡方法，其特征在于，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤包括：
在所述其它叶片的叶中位置配重点处添加配重块进行重力矩配平衡。
3.如权利要求2所述的叶片配平衡方法，其特征在于，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤还包括：
当在所述其它叶片的叶中位置配重点处添加的配重块达到最大限额且无法实现重力矩配平衡时，将叶中位置配重点处配重块取出，在所述其它叶片的叶尖位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡。
4.如权利要求3所述的叶片配平衡方法，其特征在于，在所述其它叶片的叶尖位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡的步骤中：
配置在所述其它叶片的叶尖位置配重点上的配重块通过紧固结构固定在所述其它叶片的叶尖位置配重点上。
5.如权利要求3所述的叶片配平衡方法，其特征在于，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤还包括：
当在所述其它叶片的叶尖位置配置点处添加的配重块达到最大限额且无法实现重力矩配平衡时，再在所述其它叶片的叶中位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡。
6.如权利要求5所述的叶片配平衡方法，其特征在于，所述以重力矩最大的叶片为标准，通过在其它叶片的不同位置配重点上加配重块的方式对其它叶片进行重力矩配平衡的步骤还包括：
当在所述其它叶片的叶尖位置配重点和叶中位置配重点添加的配重块均达到最大限额且无法实现重力矩配平衡时，再在所述其它叶片的叶根位置配重点添加配重块进行重力矩配平衡。
7.如权利要求1～6任意一项所述的叶片配平衡方法，其特征在于，所述以质量最大的叶片为标准对其它叶片的重量和重心进行配平的步骤包括：
在其它叶片的叶根位置配重点添加配重块对所述其它叶片的重心进行配平。
8.一种叶片，其特征在于：
所述叶片采用权利要求1～6任意一项所述的叶片配平衡方法进行配平衡。
9.如权利要求8所述的叶片，其特征在于：
当所述叶片的叶尖位置配重点处配置有配重块时，所述配重块通过紧固结构固定在所述叶尖位置配重点处。
10.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括重力矩、重量和重心不同的叶片，
所述重力矩不同的叶片通过权利要求1～6任意一项所述的叶片配平衡方法进行配平衡。
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