CN110374795A - 可伸缩风力机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可伸缩风力机叶片，包括：叶根伸缩部，其为风力机叶片的根部圆筒段；密封隔板，其用于将叶根伸缩部的底端封闭，以使叶根伸缩部形成活塞形式；空气缸筒，空气缸筒的两端敞开，空气缸筒用来固定于风力机的轮毂上，叶根伸缩部装配于空气缸筒的一端内；调压活塞，其设在空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得叶根伸缩部的密封端部和调压活塞在空气缸筒的内部围成密封空间；以及驱动机构，其用来驱动调压活塞在空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节空气缸筒内的压力，风力机的叶片在旋转过程中实现伸缩。采用此结构对叶片随旋转周期进行有限行程的伸缩，进而限制捕风载荷，均衡叶片载荷，从而达到减小交变载荷。
Description
技术领域
本发明涉及风能发电技术领域，尤其是涉及一种可伸缩风力机叶片。
背景技术
随着规模应用的风力机设计制造技术的日益成熟，成本逐渐清晰，叶片作为风电机组的大部件，起着能量转换与控制的重要作用，其制造成本约为整机成本的15～20％.而风电机组作为可再生清洁能源，只需利用风的动能，在其整个生命周期中都不需要燃料消耗，因此风力机的成本主要由以下三方面组成：制造、安装调试、运行维护。提高经济性可从两种技术路径着手，一是精细设计降低主要部件的成本，再就是延长关键部件的预期运行寿命。对于现有叶片的改进后者是主要方式。
为争取更长的运行寿命，在风力机叶片设计需要掌握更精确的静载荷和疲劳载荷。风力机的设计寿命在20年以上，以2MW机组为例，其叶片在其全寿命周期中要旋转约108周次量级，在每一周都要经受交变的重力、风切变、偏航误差、轴翘曲、塔架干涉、湍流的作用。因此，在风力机叶片设计中，疲劳载荷是非常重要的因素，重要程度甚至可以和极限风速引起的极限载荷相比。水平轴上风向风力机的控制系统总体是基于传感器、控制器和执行机构的主动控制。传感器测量风速风向、叶轮转速、输出功率或转矩；执行机构调节电机转矩、桨距角及偏航角等；而控制器连接二者，并通过控制算法驱动执行机构对传感器测得的结果进行必要的反应，以达到最优功率或载荷等控制目标。
然而，对于风切变诱导所致的叶片交变载荷，基于统一变桨距的系统不能很好的控制该载荷波动。为此，有的强化的控制系统引入了叶根弯矩传感器并采用叶片独立变桨方法减小风剪切引起的交变载荷。近年来，这种独立变桨系统还引入了实时入流速度测量技术，如激光测风雷达、声学测风雷达等。独立变桨控制方法的确能有效降低交变载荷，但相应的代价也是较高的，因为它增加了变桨频率，并大幅提高了传感器和执行机构的要求。因此需要开发可靠低成本抑制交变载荷的方法。
对比文件1(CN106224158 A)风力机叶片的独立变桨装置，涉及一种变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机，所述变桨叶片包括至少两个依次连接的叶片段。上述变桨叶片，可通过控制不同段的叶片分别改变桨距角而实现变桨叶片的局部变桨，从而使该变桨叶片可在不同风速和转速的条件下通过获得最高风能吸收效率，克服了整体变桨叶片无法实现在不同风速和转速下获得最佳风能吸收效率的问题。
但此技术中所提及的叶片变化，需要人工根据天气情况进行更换，同时，一段时间内只能使用一种桨片，不具有根据气流情况实现实时伸缩减少交变载荷的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可伸缩风力机叶片，其依靠自身重力和外力实现叶片长度改变，从而实现叶片长度变化。
为实现上述目的，本发明提供了一种可伸缩风力机叶片，包括：叶根伸缩部，其为风力机叶片的根部的圆筒段；密封隔板，其用于将所述叶根伸缩部的底端封闭，以使所述叶根伸缩部形成活塞形式，密封隔板的位置可在叶根端部或稍靠内部，其形状可为平板或曲面，视控制和结构强度需要而定；空气缸筒，所述空气缸筒的两端敞开，所述空气缸筒用来固定于风力机的轮毂上，所述叶根伸缩部装配于所述空气缸筒的一端内；调压活塞，其设在所述空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得所述叶根伸缩部的密封端部和所述调压活塞在所述空气缸筒的内部围成密封空间；以及驱动机构，其用来驱动所述调压活塞在所述空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节所述空气缸筒内的压力，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和所述空气缸筒内气压作用下带动所述叶根伸缩部在所述空气缸筒的内腔内伸缩，进而用来调整风力机的叶片长度。
可选的或优选的，空气缸筒侧面和叶根伸缩部侧面均具有锥台结构，空气缸筒的锥台结构与叶根伸缩部的锥台结构二者相对，且叶根伸缩部可沿空气缸筒侧面自由滑动；空气缸筒的锥台结构与叶根伸缩部的锥台结构用来防止叶根伸缩部从空气缸筒内脱出。
可选的或优选的，空气缸筒与叶根伸缩部通过活塞环组密封装配；活塞环组位于空气缸筒侧面或叶根伸缩部侧面的凹槽中；空气缸筒侧面上的凹槽位于空气缸筒的锥台上方；叶根伸缩部侧面上的凹槽，位于所述叶根伸缩部的锥台下方。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：随叶片的周期性旋转，叶片长度做周期性变化，实现在较低风速的扫掠区域有较大扫风面积，增加捕风能力，而在较高风速的扫掠区域有较小扫风面积，限制捕风载荷，达到载荷均衡的效果。
附图说明
图1是本发明所提供的一种可伸缩风力机叶片的剖视图。
其中：A、叶片；B、叶根伸缩部；C、调压活塞；D、空气缸筒；E、驱动机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明实施例提供的一种可伸缩风力机叶片，因叶片A与空气缸筒D呈圆筒状，剖视图沿垂直中轴线具有对称性。从图中可见此种可伸缩风力机叶片包括空气缸筒D，空气缸筒D呈两端开放圆筒状，圆筒状风力机叶根伸缩部B置于空气缸筒D内侧，叶根伸缩部B与空气缸筒D可以相对自由滑动。叶根伸缩部底部设有密封隔板，密封隔板与空气缸筒D下部形成密封空间，密封隔板的位置可在叶根端部或稍靠内部，其形状可为平板或曲面，视控制和结构强度需要而定。作为一种优选的实施例，空气缸筒D上部设有锥台结构，叶根伸缩部B具有与空气缸筒D相对的锥台结构。
叶根伸缩部装配于空气缸筒的一端内。调压活塞C设在空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得叶根伸缩部的密封端部和调压活塞在空气缸筒的内部围成密封空间。驱动机构E用来驱动调压活塞在空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节空气缸筒内的压力，风力机工作时，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和空气缸筒内气压作用下带动叶根伸缩部在空气缸筒的内腔内伸缩，进而用来调整风力机的叶片长度。
随空气缸筒绕风力机轴心转动，旋转平面垂直于地面，叶片A与空气缸筒D的相对位置发生周期性变化，当叶片A旋转到风力机上方时，空气缸筒D位于叶片A下方，叶片A由于自身重量作用向空气缸筒D方向运动，叶根伸缩部B的密封隔板与空气缸筒D形成的密封空间受到压缩；当叶片A旋转到风力机下方时，空气缸筒D位于叶片A上方，叶片A由于自身重力背离空气缸筒方向，同时密封隔板与空气缸筒D间的压缩空气具有向外膨胀的趋势，因此安装在叶根伸缩部B上的密封隔板与空气缸筒D形成的密封空间受到拉伸，叶片A工作长度伸长，扫风面积增大。随叶片A的周期性旋转，叶片A长度做周期性变化，实现在较低风速的扫掠区域有较大扫风面积，增加捕风能力，而在较高风速的扫掠区域有较小扫风面积，限制捕风载荷，达到载荷均衡的效果。
对于上述方案，可以对普通叶片在叶根处进行改进，形成近圆筒体状，密封叶根端部，增加叶根部分刚度、耐磨性，降低粗糙度，并采用空气缸筒连接叶片法兰或代替法兰(异形法兰)连接叶片与轮毂，在空气缸筒与叶根之间用活塞环等密封件加强密封。同时，增加调压活塞及相应的控制机构如液压缸、涡轮涡杆、齿轮齿条等进行灵活控制。
在叶片旋转过程中，可在其重力和缸筒内外气压差的作用下，进行有限行程的伸缩，实现在较低风速的扫掠区域有较大扫风面积，增加捕风能力，而在较高风速的扫掠区域有较小扫风面积，限制捕风载荷，达到载荷均衡的效果。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
以上所述仅为本发明的示例实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种可伸缩风力机叶片，其特征在于，包括：
叶根伸缩部，其为风力机叶片的根部的一段圆筒段；
密封隔板，其用于将所述叶根伸缩部的底端封闭，以使所述叶根伸缩部形成活塞形式；
空气缸筒，所述空气缸筒的两端敞开，所述空气缸筒用来固定于风力机的轮毂上，所述叶根伸缩部装配于所述空气缸筒的一端内；
调压活塞，其设在所述空气缸筒的内腔壁的另一端，进而使得所述叶根伸缩部的密封端部和所述调压活塞在所述空气缸筒的内部围成密封空间；以及
驱动机构，其用来驱动所述调压活塞在所述空气缸筒的另一端内伸缩进而用来调节所述空气缸筒内的压力，风力机的叶片在旋转过程中靠自身重力和所述空气缸筒内气压作用下带动所述叶根伸缩部在所述空气缸筒的内腔内伸缩，进而用来调整风力机的叶片长度。
2.根据权利要求1中所述的可伸缩风力机叶片，其特征在于，所述空气缸筒侧面和所述叶根伸缩部侧面均具有锥台结构，所述空气缸筒的锥台结构与所述叶根伸缩部的锥台结构二者相对，且所述叶根伸缩部可沿所述空气缸筒侧面自由滑动；所述空气缸筒的锥台结构与所述叶根伸缩部的锥台结构用来防止所述叶根伸缩部从所述空气缸筒内脱出。
3.根据权利要求1中所述的可伸缩风力机叶片，其特征在于，所述空气缸筒与所述叶根伸缩部通过活塞环组密封装配；所述活塞环组位于所述空气缸筒侧面或所述叶根伸缩部侧面的凹槽中；所述空气缸筒侧面上的凹槽位于所述空气缸筒的锥台上方；所述叶根伸缩部侧面上的凹槽，位于所述叶根伸缩部的锥台下方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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