CN106917719A - T型副翼联合自由环加固的风电风轮 - Google Patents

Abstract

T型副翼联合自由环加固的风电风轮,属于机械领域，由固定在轮毂上的T型副翼及安装在叶片上的能自由转动的自由环提供绳索接线柱作为绳索紧固点；绳索由自由环上的接线柱引向2侧邻近的T型副翼接线柱并被锁紧，共计12条绳索组成加固绳索网络；T型副翼的垂柱部可以具有翼型构造，T型副翼横梁部位也可以具有翼型构造或其走向可以与风轮的法线夹有一定的非零角度，组成异面直线；这样T型副翼能产生一定的迎风扭矩，与叶片的迎风扭矩共同驱动风轮运转，提高集风效率。

Description

T型副翼联合自由环加固的风电风轮

[技术领域]

本发明属于机械领域,确切的讲是一种为了增加风轮强度及集风效率的辅助机械装置。

[背景技术]

风力发电风轮是由：轮毂、叶片组成；对于大型风力发电机，在轮毂内还有变桨距装置(改变叶片攻角的装置)。

改变叶片的攻角的装置：是使叶片能在轮毂的轴线上转动的设备，调整叶片与来流风之间的角度，以获取更好地升力，提高风能利用率。通常包含：变桨电机，变桨控制柜，备用电池(或液压设备，使用液压可以不用电机)，变桨轴承以及其他的附属设备。

变桨距风力发电机组是指整个叶片绕叶片中心轴旋转,使叶片攻角在一定范围(一般0°～90°)内变化，以便调节输出功率不超过设计容许值。在机组出现故障时，需要紧急停机，一般应先使叶片顺桨，这样机组结构中受力小，可以保证机组运行的安全可靠性。变桨距叶片一般叶宽小，叶片轻，机头质量比失速机组小，不需很大的刹车，启动性能好。在低空气密度地区仍可达到额定功率，在额定风速之后，输出功率可保持相对稳定，保证较高的发电量。但由于增加了一套变桨距机构，增加了故障发生的机率，而且处理变距机构叶片轴承故障难度大。变距机组比较适于高原空气密度低的地区运行，避免了当失速机安装角确定后，有可能夏季发电低，而冬季又超发的问题。变桨距机组适合于额定风速以上风速较多的地区，这样发电量的提高比较明显。

有关风力发电机叶片数目的概念(风轮实度)。风力机叶片(在风向投影)的总面积与风通过风轮的面积(风轮扫掠面积)之比称为实度(或称实度比、容积比)。

从理论上及实际上来讲：单叶片、双叶片、三叶片---12叶片都是可行的，风轮实度的计算方法如下：S为每个叶片对风向的投影面积，R为风轮半径，B为叶片个数，σ为实度σ＝BS/πR2；单叶片到三叶片的风轮实度比小，是最低实度风轮，12叶片的风轮实度比较高，属于高实度风轮。

风轮叶片的数目与效率的关系不大，理论上将讲：随着叶片数量的增加，效率的潜力略有增加，相差不多；低实度少叶片风轮是不是让绝大部分气流漏掉了呢？也不是，因为低实度风力机(较少叶片数量)运转速度较高，叶片线速度较风速高许多倍，可扫过大部分通过的气流，没经过叶片的仅是少部分，大部分通过的气流都推动叶片运转，大部分风能得到利用。选取多少叶片合适，国内外做了大量实验，二、三、四叶片是风力发电机常用的选择，用得最多的是三叶片。当然选择三个叶片还有风力机结构强度、制造成本、噪音、外观等原因

多叶片风轮的实度大，风能利用率相对低一些。但多叶片风轮也有优点，同样直径的风轮比少叶片风轮输出力矩大得多，而且低风速起动能力很强，所以在农村抽水、碾磨中用得较多。在风速稳定的地区特别是低风速地区，根据不同用途，采用4至8个叶片的风力机有可能获得较好的风能利用效果。

大型水平轴风力发电机(兆瓦级)多选择2-3叶片数量的风轮配置；如目前最大的叶片长度为70米(5-6兆瓦风力发电机)，风轮的转速较慢，约为数分钟转一圈。

目前的风轮直径的极限为140-150米，叶片材料甚至使用了碳纤维，大型叶片根部的直径甚至达到2米多，为了增加抗风强度，叶片根部的1/3段的翼型较为圆滚，牺牲了效率。

如果能再增加20％风轮的直径，功率可达10兆瓦以上；发电成本能一步提高，现有的结构及材料强度已经不能支持，需要寻找新的结构才可以。

[发明内容]

结构特点的简要表述及优点：

由固定在轮毂上的T型副翼及安装在叶片上的能自由转动的自由环提供绳索接线柱作为绳索紧固点；绳索由自由环上的接线柱引向2侧邻近的T型副翼接线柱并被锁紧，共计12条绳索组成加固绳索网络；T型副翼的垂柱部可以具有翼型构造，T型副翼横梁部位也可以具有翼型构造或其走向可以与风轮的法线夹有一定的非零角度，组成异面直线；这样T型副翼能产生一定的迎风扭矩与叶片的迎风扭矩共同驱动风轮运转。

优点：提高集风效率，增加了耐风强度，在使用同等强度的材料下，可以较大的增加了叶片长度，提高了装机功率，降低了单位发电的成本。

T型副翼联合自由环加固的风电风轮是水平轴风轮，主要是由：轮毂(1)、带有自由环(4)的叶片(5)、T形副翼组成；在T形副翼横梁部(2)及自由环上安装有T形副翼绳索接线柱(9)及自由环绳索接线柱(8)，绳索(3)连接于接线柱之间；自由环(4)能在叶片(5)固定位置处上自由转动；T形副翼垂柱部(6)与叶片都安装在轮毂上，且都处于风轮平面内，相互交替成放射状姿态；T形副翼/叶片结合部(7)是刚性结合的，可以是通过焊接、螺栓连接、紧配连接或粘接方式。

T形副翼，其T形副翼垂柱部(6)和T形副翼横梁部(2)，是由带有机翼构造的或圆柱构造的或多边形柱构造的或不规则截面构造的或桁架构造柱体结构组成；T形副翼横梁部(2)的安装方向线MN与风轮的法线OA平行或共面或成异面直线的位置关系；当T形副翼垂柱部(6)和T形副翼横梁部(2)带有翼型构造时，相当于具有一定的迎风攻角，与叶片一样产生升力即：扭矩，该扭矩与叶片的扭矩叠加在一起驱动风轮，产生电力，当不具有翼型及攻角状态时，将不会对风轮的扭矩产生贡献，此时仅仅是具有支撑作用。

绳索接线柱指的是能锁紧绳索端头的紧固装置，是指用螺栓压紧绳索端头、用挂柱挂套绳索端头或直接焊接绳索端头。

其根本的特征是：在轮毂上的2个叶片之间刚性安装有T形副翼；在叶片上安装有能在叶片(5)固定位置处上自由转动的自由环；在相邻的T形副翼绳索接线柱(9)及自由环(8)之间连接有绳索；为了使绳索有一定额度的恒定张力，在绳索中可以串联弹性部件，如弹簧及弹性橡胶等，串联的位置在绳索的2端或中间部位，或不串联弹性部件直接利用绳索的自身弹性。

[附图说明]

图1伴随雕削留顶过度物件的FDM-3D打印机工作原理示意图。

标号说明：

(1)轮毂

(2)T形副翼横梁部

(3)绳索

(4)自由环

(5)叶片

(6)T形副翼垂柱部

(7)T形副翼/叶片结合部

(8)自由环绳索接线柱

(9)T形副翼绳索接线柱

(10)叶片自由环部位放大图

(11)自由环局剖断面

(12)叶片圆轴部

[具体实施方式]

以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示：

T型副翼联合自由环加固的风电风轮主要是由：轮毂(1)、带有自由环(4)的叶片(5)、T形副翼组成；在T形副翼横梁部(2)及自由环上安装有T形副翼绳索接线柱(9)及自由环绳索接线柱(8)，绳索(3)连接于接线柱之间；自由环(4)能在叶片(5)固定位置处上自由转动；T形副翼垂柱部(6)与叶片都安装在轮毂上，且都处于风轮平面内，相互交替成放射状姿态；T形副翼/叶片结合部(7)是刚性结合的。

T形副翼，其T形副翼垂柱部(6)和T形副翼横梁部(2)，是由带有机翼构造的或圆柱构造的或多边形柱构造的或不规则截面构造的或桁架构造柱体结构组成；T形副翼横梁部(2)的安装方向线MN与风轮的法线OA平行或共面或成异面直线的位置关系。

绳索接线柱指的是能锁紧绳索端头的紧固装置，是指用螺栓压紧绳索端头、用挂柱挂套绳索端头或直接焊接绳索端头。

其根本的特征是：在轮毂上的2个叶片之间刚性安装有T形副翼；在叶片上安装有能在叶片(5)固定位置处上自由转动的自由环；在相邻的T形副翼绳索接线柱(9)及自由环(8)之间连接有绳索。

叶片自由环部位放大图(10)表示了自由环与叶片的结合细节，自由环相当于1个滑轮，在叶片圆轴部(12)的支撑下作纯转动；自由环局剖断面(11)表示了它们之间的配合关系。

Claims (3)

1.T型副翼联合自由环加固的风电风轮；主要是由轮毂(1)、带有自由环(4)的叶片(5)、T形副翼组成；在T形副翼横梁部(2)及自由环上安装有T形副翼绳索接线柱(9)及自由环绳索接线柱(8)，绳索(3)连接于接线柱之间；自由环(4)能在叶片(5)固定位置处上自由转动；T形副翼垂柱部(6)与叶片都安装在轮毂上，且都处于风轮平面内，相互交替成放射状姿态；T形副翼/叶片结合部(7)是刚性结合的；在绳索中可以串联弹性部件，如弹簧及弹性橡胶等，串联的位置在绳索的2端或中间部位，或不串联弹性部件直接利用绳索的自身弹性；其特征就在于：在轮毂上的2个叶片之间刚性安装有T形副翼；在叶片上安装有能在叶片(5)固定位置处上自由转动的自由环；在相邻的T形副翼绳索接线柱(9)及自由环(8)之间连接有绳索；在绳索中串联弹性部件或不串联弹性部件直接利用绳索的自身弹性。

2.如权利要求1所述的绳索接线柱指的是能锁紧绳索端头的紧固装置，是用螺栓压紧绳索端头、用挂柱挂套绳索端头或直接焊接绳索端头。

3.如权利要求1所述的T形副翼，其T形副翼垂柱部(6)和T形副翼横梁部(2)，是由带有机翼构造的或圆柱构造的或多边形柱构造的或不规则截面构造的或桁架构造柱体结构组成；T形副翼横梁部(2)的安装方向线MN与风轮的法线OA平行或共面或成异面直线的位置关系。