CN106930896A - 一种带连接杆式风机叶片及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带连接杆式风机叶片及风力发电机，在增加公知叶片长度的同时，提供了一种更适于运输和安装的可拆卸式叶片，且叶片的重量和成本更低；提高了叶片的抗振动或抗颤动能力，使得叶片的颤动频率或幅度更小；本发明可以降低开发费用及成本；本发明提供了一种可伸缩型风机风轮或叶片，以及风力发电机，当在台风到来时，可以不用停机，继续工作，同时，还可以提高输出功率的稳定性；可以提高发电效率。

Description

一种带连接杆式风机叶片及风力发电机

技术领域

本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。

背景技术

目前公知的正在实用的风力发电机叶片，都是一个长长的单一体组成，随着单机功率的增加，最长的叶片已经达到80米长度，其不足之处是运输非常的困难，因此，发明一种可以分拆组合式叶片，运输时可以拆开，安装时组合在一起的风力发电机叶片是十分有优势和有必要的。

目前公知的正在实用的风力发电机叶片是采用玻璃钢材料，其不足之处是当需要加长叶片的长度时，需要整体按相同或相对应的比例增长和增粗，尤其是叶片根部；叶片的根部为圆筒状，为了承受更强的叶片重量，其根部直径非常大，甚至达到2—3米以上，当长度增加时，其重量增加非常巨大，且抗弯强度很低。如果叶片根部采用不锈钢或铝合金材料或其他金属材料或合金材料或碳纤维材料，就可以将根部使用直径更小的圆筒状或柱状且其抗弯曲抗震动能力更强，可以节省大量的材料，成本更低，重量更轻。虽然不锈钢或铝合金材料或其他金属材料或合金材料单价可能高于玻璃钢，但由于直径更小或更细，使用的材料更少，其综合成本远低于使用玻璃钢材料，且抗振动或抗颤动能力更优于现有的玻璃钢材料。因此，发明一种抗震动性能更强，成本更低的风力发电机叶片是十分有优势和有必要的。

另外，目前公知的正在实用的风力发电机叶片是采用变桨距的方式来解决抗强风的问题，其不足之处当强风来临时需要停机，不能继续工作，且抗强风能力差。因此，发明一种在超强风速时，既能保护设备不受损伤，又能继续发电工作的风力发电机或风轮或叶片是十分有必要的。

另外，目前公知的正在实用的风力发电机叶片其不足之处是当风大时接收风能大，输出功率大，风小时输出功率就小，使得发电机输出功率不稳定，对电网造成巨大的冲击。因此，发明一种无论风大或风小，输出功率更稳定的风力发电机或风轮或叶片是十分有必要的。

本发明成功的解决了所述目前公知的正在实用的风力发电机叶片的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，其目的是，在增加公知叶片长度的同时，提供一种更适于运输和安装的可拆卸式叶片，使得运输和安装更简便和更低成本；本发明的另一目的是在增加叶片长度的同时，通过使用连接杆，所述连接杆材料的强度大于公知叶片的材料，粗细程度可以大幅度小于叶片根部的粗细程度，减少材料的使用，使得增加的总重量更少；本发明的另一目的是在增加叶片长度的同时，提高叶片的抗振动或抗颤动能力，使得叶片的颤动频率或幅度更小；本发明的另一目的是提供一种100米以上长度且用可以利用公知陆上运输工具可以运输的风机叶片；其方法是利用已有的小功率叶片，直接可以开发大功率叶片，例如，可以使用现有1.5兆瓦，36米长的叶片，可以直接加连接杆达到100米以上或10兆瓦以上大功率叶片，可以降低开发费用及成本且方便运输；本发明的另一目的是提供一种可伸缩型风机风轮或叶片，以及风力发电机，当在台风到来时，可以不用停机，继续工作，提高风机的抗强风能力；同时，还可以提高输出功率的稳定性；同时，在发电量一定的条件下，可以降低塔筒的高度，从而降低成本；或在塔筒的高度相同的条件下，可以提高发电效率。本发明的再一目的是提供一种对现有老旧式定桨距风机叶片的改造方法及装置，可以利用现有老旧式定桨距风机叶片直接安装本发明所述连接杆，改造成新式风机叶片。

一种带连接杆式风机叶片，包括叶片及连接杆，所述连接杆与叶片是固定式连接或可伸缩式连接。

本发明人通过大量的理论推算及实验验证得出结论，所述连接杆安装在叶片的根部效果最好。所述叶片可以是目前公知的或任意形状的叶片。

优选的，所述连接杆是与叶片的根部固定连接或可伸缩式连接；所述连接杆的另一端与轮毂连接。所述连接杆与轮毂的连接方式采用公知连接方式即可。

所述连接杆也可以是安装在叶片的靠近叶尖部位或叶片的任意部位；所述叶片可以分成两部分，所述叶片的两部分分别与连接杆是固定连接或可伸缩式连接方式。

所述固定式连接是指连接后连接杆与叶片相对位置固定不变，例如，采用法兰盘螺丝连接方式或焊接等连接方式。

所述可伸缩式连接，是指连接杆与叶片可以做相对位移运动，可以通过控制系统控制所述连接杆伸进叶片的内部或从叶片内部伸出，使总长度变长或变短，并可以固定在所需位置或长度。

所述叶片可以是普通公知水平轴叶片。在水平轴叶片的内部可以安装一截套管，用于与连接杆伸缩。

所述连接杆的平均粗细程度，小于相对应的叶片根部的粗细程度。或所述连接杆横截面积的平均值小于叶片根部区域的横截面积平均值。所述连接杆，可以伸缩进叶片的根部。

所述叶片根部区域是指叶片的公知根部区域。

优选的，所述叶片根部区域是指叶片根部圆筒状区域。

所述连接杆所使用的材料抗弯曲强度或抗颤动强度性能大于所述叶片所使用的材料抗弯强度或抗颤动强度性能；所述连接杆所使用的材料抗弯曲强度或抗颤动强度性能大于所述叶片根部区域所使用的材料抗弯强度或抗颤动强度性能；例如：假如叶片使用玻璃钢复合材料，则连接杆使用不锈钢或铝合金材料或其他金属材料或合金材料或碳纤维材料。

所述连接杆的重量，小于按公知方式加长相应叶片所增加的重量；例如：假设36米叶片按公知方式增长到45米叶片，重量需增加2吨；采用连接杆方式36米叶片增长到45米叶片，重量增加小于2吨，按本发明人经过理论推算及实验验证，重量只需增加0.5--1吨即可。

所述连接杆可以是一整根，也可以是可伸缩式的，所述连接杆可设计成两段或两段以上，可以通过控制系统控制所述连接杆伸进另一段连接杆的内部或从内部伸出，使总长度变长或变短，并可以固定在所需位置或长度。

所述连接杆可以是杆状或管状或柱状和/或任意形状横截面，例如圆筒形或圆柱形或多边形等。

在所述叶片或风力发电机上还包括控制系统，所述控制系统可以安装在叶片上或风力发电机的任意部位，所述控制系统是可以控制叶片与连接杆或连接杆与另一段连接杆之间做相对位移且可以固定在所需位置或长度的系统。

所述控制器采用公知控制系统即可。

本发明的优势在于可以使叶片制作的很长，提高了叶片的抗颤动能力等，其不足之处在于降低了叶片根部的风能利用效率，我们可以在叶片的根部或轮毂上安装一组小型叶片的方式解决这个问题。

一种利用带连接杆式风机叶片的风力发电机，包括发电机系统及风轮或至少一个叶片，其特征是，所述叶片包括公知叶片及连接杆，所述连接杆与叶片的根部是固定连接或可伸缩式连接，所述连接杆的另一端与轮毂连接。

所述风轮或叶片接收风能带动发电机系统发电。所述叶片是利用本发明所述一种带连接杆式风机叶片。

在所述风力发电机上还包括控制系统，所述控制系统可以安装在风轮或轮毂或叶片上或风力发电机系统的任意部位，所述控制系统是可以控制叶片与连接杆或连接杆与另一段连接杆之间做相对位移的系统。

所述控制系统连接叶片或连接杆，可以将连接杆收缩到叶片内或从叶片内伸出，使叶片变短或增长；或将连接杆收缩到另一段内或从另一段内伸出，使连接杆变短或增长；。

所述控制系统包括信号接收器、控制器及动力装置，通过信号接收器可以接收风力的大小及方向，传导到控制器，控制器可以通过动力装置控制连接杆收缩到叶片或另一连接杆内或伸长，所述收缩或伸长的距离是可以根据风力的大小和方向任意调节的。

当风力不足时，信号接收器可以接收风力的大小及方向，传导到控制器，控制器可以通过动力装置控制叶片伸长到最长位置，可以最大限度的利用风能；当风力超过额定风速时，控制器可以通过动力装置控制叶片收缩到一定位置，使输出功率达到最大；可以将叶片的最短位置设计到完全可以抗台风的位置，当台风来临时，收缩到最短位置，仍然可以继续工作。例如：如果一台普通1.5兆瓦的风机，叶片长度为36米，当台风来临时，只能通过变桨系统停机；如果采用本发明风轮或叶片时，就可以将叶片的长度缩短到20米或者更短的长度，因此，其抗强风能力就会大大提高，就可以在台风中继续工作，充分利用台风的能量，同时，还可以保护设备的安全，提高发电效率。

所述动力装置，可以采用电动机动力，也可以采用液压动力装置或任意公知动力装置。

本发明所述信号接收器也可以接收叶片转动的位置信息，可以根据叶片旋转到不同的位置，任意调节叶片收缩或伸长的距离。

对于水平轴风力发电机来说，当叶片转动到下半圈或下半圈的设定位置时，可以将叶片收缩；当叶片转动到上半圈或上半圈的设定位置时，可以将叶片伸长；这样就可以在设计时有效的降低塔筒的高度；同时，上半圈的风力资源大，下半圈的风力资源小，这样就可以最大限度的提高风能利用率，提高发电效率。

本发明的优势在于可以使叶片制作的很长，提高了叶片的抗颤动能力，降低了叶片的成本等，其不足之处在于降低了叶片根部的风能利用效率，我们可以在叶片的根部或轮毂上安装一组小型叶片的方式解决这个问题。

在所述风机轮毂上，可以安装至少一个小叶片。

本发明还可以使用双轮毂，即在轮毂的前面的风轮轴上，安装一个小轮毂，在所述小轮毂上，安装至少一个小叶片。

所述小叶片，是长度小于本发明所述带连接杆式叶片。所述小轮毂，是指小轮毂的最大弦长小于本发明所述普通轮毂的最大弦长。

对于垂直轴风力发电机来说，所述信号接收器也可以接收到叶片转动到逆风位置或顺风位置，当叶片转动到逆风位置时，通过控制器将叶片收缩或将叶片连杆收缩；当叶片转动到动力风位置时，可以将叶片伸长或将叶片连杆伸长；这样就可以大幅度提高发电效率，还可以降低垂直轴风机的推倒力矩。当台风来临时，可以将两边的连杆同时收缩。

对于垂直轴风力发电机来说，连接杆可以安装在叶片的底部或顶部或两端，所述连接杆可以与另一叶片连接。

所述风轮，可以包括叶片或连接杆。

本发明的有益效果是：

本发明在增加公知叶片长度的同时，提供了一种更适于运输和安装的可拆卸式叶片，使得运输和安装更简便和更低成本；通过使用连接杆，可以减少材料的使用，使得增加的总重量更少；提高叶片的抗振动或抗颤动能力，使得叶片的颤动频率或幅度更小；本发明可以利用已有的小功率叶片，直接加连接杆可以开发出大功率叶片，降低开发费用及成本；本发明提供了一种可伸缩型风机风轮或叶片，以及风力发电机，当在台风到来时，可以不用停机，继续工作，同时，还可以提高输出功率的稳定性；同时，在发电量一定的条件下，可以降低塔筒的高度，从而降低成本；或在塔筒的高度相同的条件下，可以提高发电效率。

四、附图说明：

图1是本发明所述水平轴风机叶片结构原理示意图；

图2是本发明所述另一水平轴风机叶片结构原理示意图；

图3是本发明所述再一水平轴风机叶片结构原理示意图；

图4是本发明所述垂直轴风机叶片结构原理正视图示意图；

图5是本发明所述水平轴风轮结构原理正视图示意图；

图6是本发明所述另一水平轴风轮结构原理正视图示意图；

图7是本发明所述另一水平轴风轮结构原理左视图示意图；

图8是本发明所述再一水平轴风机叶片结构原理示意图；

附图标志

1风机叶片 2连接杆 3连接杆 4大轮毂 5小叶片 6小轮毂 7风轮轴 8发电机系统 9公知叶片上半部分 10公知叶片下半部分

五、具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

如图1所示，图1是本发明所述水平轴风机叶片结构原理示意图；在所述公知水平轴风机叶片1的根部固定安装有连接杆2，在连接杆2的另一端可以安装在风轮轮毂上。所述连接杆2可以使用不锈钢管或柱或铝或钛合金管或柱。所述连接杆2的平均粗细程度，小于相对应的叶片根部的粗细程度，或所述连接杆横截面积的平均值小于叶片根部圆的横截面积。所述连接杆2的另一端安装在轮毂上。

如图2所示，图2是本发明所述另一水平轴风机叶片结构原理示意图；在所述公知水平轴风机叶片1的内部固定安装有连接杆3，所述连接杆3是管状结构；所述连接杆2与连接杆3是可伸缩式连接；当风速超过风机的切出风速时，控制系统控制连接杆2收缩进入连接杆3内，使叶片的总长度变短，可以抵抗更强的风力；当风速低于风机的额定风速时，控制系统控制连接杆2从连接杆3内伸出，使叶片的总长度变长，可以提高发电效率。所述连接杆2的另一端安装在轮毂上。

如图3所示，图3是本发明所述再一水平轴风机叶片结构原理示意图；所述连接杆2固定安装在叶片1上，所述连接杆2与连接杆3是可伸缩式连接；在所述连接杆2与连接杆3上或内部，设置有定位块，所述连接杆3的另一端安装在轮毂上。当风速超过风机的切出风速时，控制系统控制连接杆2收缩进入连接杆3内，到达定位块位置时，可自动固定位置；使叶片的总长度变短，可以抵抗更强的风力；当风速低于风机的额定风速时，控制系统控制连接杆2从连接杆3内伸出，到达定位块位置时，可自动固定位置，使叶片的总长度变长，可以提高发电效率。所述定位块是采用公知定位装置。

如图4所示，图4是本发明所述垂直轴升力型风机叶片结构原理正视图示意图；左视图与俯视图为公知常识，省略。所述叶片分为两段，在叶片的上端或下端或上、下两端安装有连接杆2，在叶片的内部安装有连接杆3，所述连接杆3是管状结构；所述连接杆2与连接杆3是可伸缩式连接；当风速超过风机的切出风速时，控制系统控制连接杆2收缩进入连接杆3内，使叶片的总长度变短，可以抵抗更强的风力；当风速低于风机的额定风速时，控制系统控制连接杆2从连接杆3内伸出，使叶片的总长度变长，可以提高发电效率。

如图8所示，图8是本发明所述再一水平轴风机叶片结构原理示意图；所述公知水平轴风机叶片1分为两段，所述分开部位为叶尖部或任意部位，连接杆2分别与叶片的上半部分9和下两端10固定或可伸缩式连接。

实施例二：

如图5所示，图5是本发明所述水平轴风轮结构原理正视图示意图；左视图与俯视图为公知常识，省略。所述风轮是由三个本发明所述带连接杆式叶片安装在轮毂4上，同时，在轮毂4上还安装有三个小叶片5，所述小叶片可以采用公知叶片，也可以采用本发明所述叶片；本发明所述连接杆2或3，采用不锈钢或吕合金或钛合金管或柱。本实施例所使用的连接杆横截面积，是叶片根部横截面积的1/30，经大量理论计算及实验验证，采用本发明将36米长叶片加长至60米长叶片，与公知60米长普通叶片做对比，重量及综合成本都可以降低20%--30%以上。本发明可以利用普通1或1.5兆瓦风机叶片，极简单的开发出100米以上或任意长度的风机叶片。

实施例三：

如图6、图7所示，图6是本发明所述另一水平轴风轮结构原理正视图示意图；图7是左视图示意图；俯视图为公知常识，省略。

本实施例是将本发明所述三个叶片安装在原风机轮毂上，在原风机轮毂的前面风轮轴上，增加了一个小轮毂，在所述小轮毂上，安装了三个小风机叶片，同样可以达到本发明所述各种优势。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明或实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明或实用新型的保护范围内。

本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明或实用新型的目的，并非用于限制本发明或实用新型。本发明或实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种带连接杆式风机叶片，包括叶片及连接杆，其特征是，所述连接杆与叶片的根部或叶片中间断开的任意部位是固定式连接或可伸缩式连接。

2.根据权利要求1所述一种带连接杆式风机叶片，其特征是，所述连接杆横截面积的平均值小于叶片根部区域的横截面积平均值；或所述连接杆所使用的材料抗弯曲强度或抗颤动强度性能大于所述叶片根部区域所使用材料抗弯曲强度或抗颤动强度性能。

3.根据权利要求1或2所述一种带连接杆式风机叶片，其特征是，在所述叶片的根部，固定式连接或可伸缩式连接有连接杆（2），在连接杆（2）的另一端，可伸缩式连接有连接杆（3），所述连接杆（3）的另一端，连接在轮毂上。

4.一种带连接杆式风机叶片，包括叶片及连接杆，其特征是，所述叶片是垂直轴叶片，在所述垂直轴叶片的上端或下端或上下两端固定式连接或可伸缩式连接有连接杆，在所述连接杆的另一端，固定式连接或可伸缩式连接有另一垂直轴叶片。

5.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的一种带连接杆式风机叶片，其特征是，在所述叶片或连接杆上安装有控制系统，所述控制系统是可以控制叶片与连接杆或连接杆与另一段连接杆之间做相对位移且可以固定在所需位置或长度的系统。

6.一种利用带连接杆式风机叶片的风力发电机，包括发电机系统及风轮，所述风轮包括轮毂及至少一个本发明所述带连接杆式风机叶片，所述带连接杆式风机叶片包括叶片及连接杆，其特征是，所述连接杆（2）与叶片的根部是固定连接或可伸缩式连接，所述连接杆（2）的另一端与轮毂（4）连接；或所述连接杆（2）与叶片中间断开的任意部位是固定式连接或可伸缩式连接，所述连接杆的两端风别连接叶片的上半部分或下半部分。

7.根据权利要求6所述一种利用带连接杆式风机叶片的风力发电机，其特征是，在所述叶片的根部，固定式连接或可伸缩式连接有连接杆（2），在连接杆（2）的另一端，可伸缩式连接有连接杆（3），所述连接杆（3）的另一端，连接在轮毂（4）上。

8.根据权利要求6或7所述一种利用带连接杆式风机叶片的风力发电机，其特征是，在所述轮毂（4）上，还安装有至少一个小叶片（5）；或在原风机轮毂（4）的前面风轮轴上，增加一个小轮毂（6），在所述小轮毂上，至少安装一个小叶片（5）。

9.根据前述权利要求6--8中任一项权利要求所述的一种利用带连接杆式风机叶片的风力发电机，其特征是，所述连接杆横截面积的平均值小于叶片根部区域的横截面积平均值；或所述连接杆所使用的材料抗弯曲强度或抗颤动强度性能大于所述叶片根部区域所使用材料的抗弯曲强度或抗颤动强度性能。

10.根据前述权利要求6--9中任一项权利要求所述的一种利用带连接杆式风机叶片的风力发电机，其特征是，在所述风力发电机的任意部位或风轮上，安装有控制系统，所述控制系统是可以控制叶片与连接杆或连接杆与另一段连接杆之间做相对位移且可以固定在所需位置或长度的系统。