CN110671262A - 一种可抗强台风的主动折叠式风力机 - Google Patents

一种可抗强台风的主动折叠式风力机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可抗强台风的主动折叠式风力机，每个风力机叶片均包括上叶部和下叶部，上叶部和下叶部之间通过铰链装置铰接，下叶部内安装有电机传动系统，电机传动系统与铰链装置传动连接，电机传动系统能通过铰链装置带动上叶部相对于下叶部旋转，使风力机叶片弯折，当上叶部旋转至其行程终端时，上叶部的叶尖正好抵在相邻一个风力机叶片的下叶部上端，风力机叶片在下叶部的上部内置有卷扬机，卷扬机上设有拉索，拉索一端绕在卷扬机上，另一端与相邻上叶部固定连接，卷扬机收紧拉索固定叶片，使叶片组变成稳固的三角形结构，同时降低叶片的长细比。本发明具有构造新颖、大大提升风力机在强台风作用下的安全性优点。

Description

一种可抗强台风的主动折叠式风力机
技术领域
本发明属于水平轴风力发电机领域，尤其涉及在强台风的条件下提高叶片安全性的水平轴风力机，具体的说，涉及一种可抗强台风的主动折叠式风力机。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题的日益加深，储量巨大且清洁可再生的风能资源受到人们的广泛关注。风力发电是目前开采利用风能资源最主要的途径，风力机是发电最主要的载体，根据风力机转轴的方位可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。与垂直轴风力发电机相比，水平轴风力发电机具有经济性好、风能转换效率高、容易启动停机和变桨等优点，使之成为世界风电安装的主流机型。
目前的水平轴风力机普遍处于一个昂贵的造价，并且在强台风的作用下会有极大的安全性挑战。在每年的强台风袭击中，均会有部分叶片受损，甚至发生折断，使风电场遭受严重损失。鉴于此，如何加强台风力机叶片在强台风作用下的稳固性，研制出一种使用寿命长、单元发电成本低且安全性能高的水平轴风力机，是本领域技术人员关注的重大问题之一。
发明内容
针对现有工程难题，本发明提出了一种构造新颖、大大提升风力机在强台风作用下安全性的折叠式叶片。一种可抗强台风的主动折叠式风力机。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种可抗强台风的主动折叠式风力机，上端设置有风力机叶片轮毂，风力机叶片轮毂内安装有风力机转轴，风力机转轴伸出风力机叶片轮毂的一端等弧度安装若干个相同的风力机叶片，其中：每个风力机叶片均包括上叶部和下叶部，上叶部和下叶部之间通过铰链装置铰接，下叶部下部与风力机转轴固定连接，下叶部内安装有电机传动系统，电机传动系统与铰链装置传动连接，电机传动系统能通过铰链装置带动上叶部相对于下叶部旋转，使风力机叶片弯折，当上叶部旋转至其行程终端时，上叶部的叶尖正好抵在相邻一个风力机叶片的下叶部上端，风力机叶片在下叶部的上部内置有卷扬机，卷扬机上设有拉索，拉索一端绕在卷扬机上，另一端与能靠在该下叶部上的、相邻风力机叶片的上叶部固定连接，卷扬机收紧拉索时，能加固卷扬机所在的下叶部与相邻上叶部之间的抵靠稳定性。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的铰链装置包括铰链下铰、铰链上铰、铰链底座以及铰链转轴，铰链底座与下叶部上端固定连接，铰链下铰固定在铰链底座上，铰链上铰固定在上叶部下端，铰链下铰和铰链上铰通过铰链转轴铰接配合。
上述的电机传动系统包括电机以及电机传动齿轮，电机的电机轴与电机传动齿轮传动连接，电机传动齿轮与铰链转轴咬合配合，电机运作时，电机的电机轴带动电机传动齿轮转动，电机传动齿轮带动铰链转轴旋转。
上述的电机为具有抱闸自锁功能且能正反双向转动的伺服电机。
上述的风力机叶片的数量为三个，风力机叶片的铰链转轴距离风力机转轴中心距离为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，其中，L为风力机叶片长度，上叶部旋转角度为120°。
上述的风力机叶片的数量为四个，风力机叶片的铰链转轴距离风力机转轴中心距离为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
，其中，L为风力机叶片长度，上叶部旋转角度为90°。
上述的上叶部的下端截面与下叶部上端截面均为封闭面，该封闭面以钢板制作。
上述的下叶部内设置有通电线管，通电线管连通风力机叶片轮毂和电机传动系统，电线从通电线管中走线与电机连接，并为电机供电，电线在风力机叶片轮毂处隔断，这两段电线通过电刷相互接触导通。
本发明的技术效果是：风力机叶片在正常工况下借助于拉索的束缚加固作用，可减少叶片的叶尖挥舞方向位移，增强叶片的屈曲稳定性，同时，在风力机叶片折叠变形后，拉索能拉紧相邻的上叶部，使其与加固卷扬机所在的下叶部仅仅抵靠在一起，提高二者的抵靠稳定性，增强风力机叶片抗强台风的性能。本发明可以在强台风来袭前进行主动的折叠变形，使叶片组变成稳固的三角形结构，同时降低叶片的长细比，提高了水平轴风力机在强台风条件下的安全性能，结构新颖、合理，可显著降低风力机叶片在强台风作用条件下失稳和断裂的可能性。在强台风过后叶片进行复原的折叠变形，可延长风力机的使用寿命，降低风力机的年限成本，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明风力机正常工况下的结构示意图；
图2为本发明风力机折叠后的结构示意图；
图3为本发明风力机叶片上的铰链示意图；
图4为本发明伺服电机齿轮传动示意图；
图5为伺服电机通电示意图；
图6为风力机转轴附加电刷示意图。
附图标记为：风力机叶片1、上叶部11、下叶部12、卷扬机2、铰链装置3、铰链下铰31、铰链上铰32、铰链底座33、铰链转轴34、拉索4、通电线管5、电机传动系统6、电机61、电机传动齿轮62、电刷7。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
第一实施例：本实施例的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，上端设置有风力机叶片轮毂，风力机叶片轮毂内安装有风力机转轴，风力机转轴伸出风力机叶片轮毂的一端等弧度安装若干个相同的风力机叶片1，其中：每个风力机叶片1均包括上叶部11和下叶部12，上叶部11和下叶部12之间通过铰链装置3铰接，下叶部12下部与风力机转轴固定连接，下叶部12内安装有电机传动系统6，电机传动系统6与铰链装置3传动连接，电机传动系统6能通过铰链装置3带动上叶部11相对于下叶部12旋转，使风力机叶片1弯折，当上叶部11旋转至其行程终端时，上叶部11的叶尖正好抵在相邻一个风力机叶片1的下叶部12上端，风力机叶片1在下叶部12的上部内置有卷扬机2，卷扬机2上设有拉索4，拉索4一端绕在卷扬机2上，另一端与能靠在该下叶部12上的、相邻风力机叶片1的上叶部11固定连接，卷扬机2收紧拉索4时，能加固卷扬机2所在的下叶部12与相邻上叶部11之间的抵靠稳定性。
铰链装置3包括铰链下铰31、铰链上铰32、铰链底座33以及铰链转轴34，铰链底座33与下叶部12上端固定连接，铰链下铰31固定在铰链底座33上，铰链上铰32固定在上叶部11下端，铰链下铰31和铰链上铰32通过铰链转轴34铰接配合。
电机传动系统6包括电机61以及电机传动齿轮62，电机61的电机轴与电机传动齿轮62传动连接，电机传动齿轮62与铰链转轴34咬合配合，电机61运作时，电机61的电机轴带动电机传动齿轮62转动，电机传动齿轮62带动铰链转轴34旋转。
电机61为具有抱闸自锁功能且能正反双向转动的伺服电机。
风力机叶片1的数量为三个，风力机叶片1的铰链转轴34距离风力机转轴中心距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，其中，L为风力机叶片1长度，上叶部11旋转角度为120°。
上叶部11的下端截面与下叶部12上端截面均为封闭面，该封闭面以钢板制作。
下叶部12内设置有通电线管5，通电线管5连通风力机叶片轮毂和电机传动系统6，电线从通电线管5中走线与电机61连接，并为电机61供电，电线在风力机叶片轮毂处隔断，这两段电线通过电刷7相互接触导通。
第二实施例；
风力机叶片1的数量为四个，风力机叶片1的铰链转轴34距离风力机转轴中心距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
，其中，L为风力机叶片1长度，上叶部11旋转角度为90°。
未述部分同第一实施例。
第一、第二实施例分别为三个叶片和四个叶片的风力机结构，本发明也可以为更多叶片的的风力机结构，其他多叶片风力机按照几何运算确定铰链转轴34的位置，其他多叶片风力机按照几何运算确定旋转角度。
本发明的电机61附加抱闸自锁装置，且可以正反双向转动，伺服电机选型根据叶片质量和安装空间而定。
本发明的叶片安装角是依据风机发电功率以及发电量的变化情况及荷载安全评估确定的。
本发明的叶片在折叠处的截面用钢板做成封闭的，可避免雨水进入叶片，增强耐久性。
本发明的两段电线通过电刷7相互接触导通，可避免叶片旋转时轮毂处电线打结。
本发明的铰链上下底座钢板与叶片钢梁焊接。
叶片组折叠过程在强台风来临之前完成，相关技术人员要密切关注天气预报及风速实时信息。
本发明在上叶部11下端和下叶部12上端分别安装电磁铁，两个电磁铁与电线连接取电，电线上安装有控制电力通断的远程遥控开关，正常工况下，电磁铁通电，电磁铁提供的强大磁吸力牢牢吸住上下两段叶片，使风力机叶片平稳运行。需要进行折叠时，电磁铁断电，以便上下两段叶片折叠。
本发明的主动折叠式风力机折叠风力机叶片1的方式如下：正常状态下如图1所示，叶片的折叠方向为顺时针方向，按顺时针方向，三个叶片分别即为叶片一、叶片二和叶片三，当强台风即将来临，相关技术人员控制主动折叠式风力机进行折叠，电磁铁断电，电机61带动电机传动齿轮62转动，电机传动齿轮62带动铰链转轴34转动，铰链转轴34带着铰链上铰32转动，从而使上叶部11顺时针方向转动，叶片一的上叶部11上端转动到叶片二下叶部12上端，叶片二上叶部11上端转动到叶片三下叶部12上端，叶片三的上叶部11上端转动到叶片一下叶部12上端，同时，卷扬机2也运作，收紧拉索4，辅助上叶部11与相邻的下叶部12抵靠在一起。此时折叠风力机叶片的状态如图2所示，相邻两个下叶部12和弯折在这两个下叶部12之间的上叶部11组成了一个稳固的三角形结构，同时降低叶片的长细比，提高了水平轴风力机在强台风条件下的安全性能。台风经过后，卷扬机2反运作，放松拉索4，同时电机61翻转，使上叶部11回归至图1所示的位置，此时，电机61抱闸自锁，电磁铁通电吸紧，卷扬机2再次正运作，收紧拉索4，增加拉索4与风力机叶片的束缚加固作用，可减少叶片的叶尖挥舞方向位移，增强叶片的屈曲稳定性。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可抗强台风的主动折叠式风力机，上端设置有风力机叶片轮毂，风力机叶片轮毂内安装有风力机转轴，所述的风力机转轴伸出风力机叶片轮毂的一端等弧度安装若干个相同的风力机叶片(1)，其特征是：每个风力机叶片(1)均包括上叶部(11)和下叶部(12)，所述的上叶部(11)和下叶部(12)之间通过铰链装置(3)铰接，下叶部(12)下部与风力机转轴固定连接，所述的下叶部(12)内安装有电机传动系统(6)，所述的电机传动系统(6)与铰链装置(3)传动连接，电机传动系统(6)能通过铰链装置(3)带动上叶部(11)相对于下叶部(12)旋转，使风力机叶片(1)弯折，当上叶部(11)旋转至其行程终端时，上叶部(11)的叶尖正好抵在相邻一个风力机叶片(1)的下叶部(12)上端，所述的风力机叶片(1)在下叶部(12)的上部内置有卷扬机(2)，所述的卷扬机(2)上设有拉索(4)，所述的拉索(4)一端绕在卷扬机(2)上，另一端与能靠在该下叶部(12)上的、相邻风力机叶片(1)的上叶部(11)固定连接，所述的卷扬机(2)收紧拉索(4)时，能加固卷扬机(2)所在的下叶部(12)与相邻上叶部(11)之间的抵靠稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：所述的铰链装置(3)包括铰链下铰(31)、铰链上铰(32)、铰链底座(33)以及铰链转轴(34)，所述的铰链底座(33)与下叶部(12)上端固定连接，所述的铰链下铰(31)固定在铰链底座(33)上，所述的铰链上铰(32)固定在上叶部(11)下端，所述的铰链下铰(31)和铰链上铰(32)通过铰链转轴(34)铰接配合。
3.根据权利要求2所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：电机传动系统(6)包括电机(61)以及电机传动齿轮(62)，所述的电机(61)的电机轴与电机传动齿轮(62)传动连接，所述的电机传动齿轮(62)与铰链转轴(34)咬合配合，所述的电机(61)运作时，电机(61)的电机轴带动电机传动齿轮(62)转动，电机传动齿轮(62)带动铰链转轴(34)旋转。
4.根据权利要求3所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：所述的电机(61)为具有抱闸自锁功能且能正反双向转动的伺服电机。
5.根据权利要求4所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：所述的风力机叶片(1)的数量为三个，所述的风力机叶片(1)的铰链转轴(34)距离风力机转轴中心距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中，L为风力机叶片(1)长度，上叶部(11)旋转角度为120°。
6.根据权利要求4所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：所述的风力机叶片(1)的数量为四个，所述的风力机叶片(1)的铰链转轴(34)距离风力机转轴中心距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中，L为风力机叶片(1)长度，上叶部(11)旋转角度为90°。
7.根据权利要求5或6所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：所述的上叶部(11)的下端截面与下叶部(12)上端截面均为封闭面，该封闭面以钢板制作。
8.根据权利要求7所述的一种可抗强台风的主动折叠式风力机，其特征是：所述的下叶部(12)内设置有通电线管(5)，通电线管(5)连通风力机叶片轮毂和电机传动系统(6)，电线从通电线管(5)中走线与电机(61)连接，并为电机(61)供电，所述的电线在风力机叶片轮毂处隔断，这两段电线通过电刷(7)相互接触导通。
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