CN115822864A - 一种尾翼可调式风电叶片及调节方法 - Google Patents

Abstract

一种尾翼可调式风电叶片及调节方法，其中风电叶片包括叶身和尾翼；所述尾翼与叶身之间铰链连接；叶身侧设有用于控制尾翼转动的传动机构，能够带动尾翼调节角度，完成风轮的调速、限速或刹车。本发明还包括一种尾翼可调式风电叶片的调节方法。本发明一方面通过调节尾翼实现变桨，就不会影响叶身上拉紧体的设置，能够避免拉紧体扭转；另一方面，在风轮启动时，可通过增加尾翼的转动角度来调速；当继续增大角度至极限值时，可实现刹车功能，从而便于维修维保；当风轮转速过大，超过其额定转速时，也可通过增大尾翼的转动角度来降低风轮转速，从而将风轮转速稳定在合适的转速范围内。

Description

一种尾翼可调式风电叶片及调节方法

技术领域

本发明涉及一种风电叶片，特别是一种尾翼可调式风电叶片及调节方法。

背景技术

叶片是风力发电机组的关键部件之一，主要通过气体自然风的风速为动能吹动叶片旋转，通过叶片旋转的动能力量转动发电机产生电力。传统的风力发电机叶片通常是设计成曲面结构，并且在叶片与轮毂之间设置变桨结构。现有技术主要存在以下缺陷：（1）如果在叶片和轮毂之间设置变桨结构，就无法在相邻叶片之间以及叶片与轮毂之间设置拉紧体，如拉杆或拉绳，否则叶片一旦变桨，就会带动拉紧体产生扭转；而如果不设置变桨，就无法控制风轮启动时的速度以及发电过程中的旋转速度，尤其是遇到强风时，一旦转速过快，很容易将叶片折损设置毁掉塔架和发电机；（2）在维保过程中，一旦叶片产生转动，就会提高危险性，因此需要使风轮刹车，而过快的刹车会导致叶片折损。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种稳定性强，结构强度大，安全性高的尾翼可调式风电叶片及调节方法。

本发明的技术方案是：

本发明之一种尾翼可调式风电叶片，包括叶身和尾翼；所述尾翼与叶身铰链连接；叶身侧设有用于控制尾翼转动的传动机构，能够带动尾翼调节角度，完成风轮的调速、限速或刹车。

进一步，所述尾翼沿叶身向上或向下转动以增大角度进行限速或刹车。

进一步，所述传动机构为电机传动、涡轮机传动或活塞缸传动；通过传动元件推动连杆或活塞将尾翼推出或收回。

进一步，所述传动机构设于叶身的腔体或开设的凹槽内；风电叶片为流线型叶片，叶身内设有桁架。

进一步，所述尾翼为整体转动或局部转动。即尾翼可以叶片整个长度进行整体转动，叶片为整体结构或者分段结构；又或者叶片设计成分段拼接结构，局部段的尾翼设计成转动结构以实现变桨，而其他段的尾翼则与叶身整体成型，设计成不能转动的定桨结构。

进一步，所述尾翼的叶尖端设有用于测量叶尖速度的速度传感器，速度传感器连接控制器，所述控制器用于判断尾翼的叶尖速度是否超过相应的预设阈值，一旦超过，则控制传动机构调节尾翼的转动角度，完成风轮的调速、限速或刹车。

本发明之一种尾翼可调式风电叶片的调节方法，包括以下步骤：

当风轮正常运行时，尾翼不转动，与叶身之间的角度为0°；

当尾翼的叶尖速度超过第一预设阈值时，调节尾翼的转动角度至第一角度进行限速；

当尾翼的叶尖速度超过第二预设阈值时，调节尾翼的转动角度至第二角度进行限速，且第二预设阈值大于第一预设阈值，第二角度大于第一角度；

当需要风轮停止转动时，逐步调大尾翼的转动角度，使风轮平稳停止。

进一步，具体包括：

当尾翼的叶尖速度≤60m/s时，风轮正常运行；

当尾翼的叶尖速度为60~70m/s时，调节尾翼转动3~20°，使叶尖速度稳定在≤60m/s范围内；

当尾翼的叶尖速度大于70m/s时，逐步调大尾翼的转动角度，达到风轮刹车速度时停止。

进一步，还包括：当尾翼的叶尖速度大于70m/s时，逐步调大尾翼的转动角度，通过偏航控制风轮与风向呈90°夹角。

进一步，当需要风轮停止转动时，逐步调大尾翼转动角度的方法包括：分多次增大尾翼的角度，待尾翼叶尖速度逐步减速至第一减速阈值时，调节尾翼角度增大至第一预定角度；待尾翼叶尖速度减速至第二减速阈值时，调节尾翼角度增大至第二预定角度，直至风轮平稳停止。

进一步，所述尾翼的转动角度为0~90°。

本发明的有益效果：本发明通过将尾翼设计成转动式结构，且能够根据叶尖风速大小自动调节角度，一方面通过调节尾翼实现变桨，就不会影响叶身上拉绳和/或前撑杆的设置，能够避免拉绳和/或前撑杆扭转；另一方面，在风轮启动时，可通过增加尾翼的转动角度来调速；当继续增大角度至极限值时，可实现刹车功能，从而便于维修维保；当风轮转速过大，超过其额定转速时，也可通过增大尾翼的转动角度来降低风轮转速，从而将风轮转速稳定在合适的转速范围内，因此，本发明在启动、转动过程中以及维保时均可通过调节尾翼来提高风轮的稳定性，保证风轮的强度，提高安全性，降低故障率。通过对刹车的细分控制，能够避免叶片折坏，并使风轮平稳停止，提高寿命。通过根据所设置的各阶段的预设阈值与叶尖速度的关系，能够使风轮在不同风压下进行自动调节，降低转速，使其维稳在合适的转速内，以防止风轮转速过快而断裂。通过设置拉绳和/或前撑杆，能够保证风轮的整体强度，不会使塔架、叶片等受损。

附图说明

图1是本发明实施例1尾翼未转动的结构示意图；

图2是本发明实施例1尾翼转动的动作示意图；

图3是本发明实施例1传动机构的结构示意图；

图4是本发明实施例2的结构示意图；

图5是本发明实施例3的结构示意图。

附图标识说明：

1.叶身；2.尾翼；3.铰链；4.传动机构；5.风轮；6.叶茎；7.封板；8.环形拉绳；9.前撑杆；10.前向拉绳；41.蜗杆；42.连杆。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2所示：一种尾翼可调式风电叶片，包括叶身1和尾翼2；尾翼2与叶身1通过铰链3连接；叶身侧设有用于控制尾翼转动的传动机构4，能够带动尾翼2调节角度，完成风轮5的调速、限速或刹车。

上述方案具有以下优点：本发明通过将尾翼设计成转动结构，从而通过尾翼实现变桨，这样，在风力发电系统的风轮（即多个风电叶片组合成风轮）启动时，可通过增加尾翼的转动角度来调速；当继续增大角度至极限值时，可实现刹车功能，从而便于维修维保；当风轮转速过大，超过其额定转速时，也可通过增大尾翼的转动角度来降低风轮转速，从而将风轮转速稳定在合适的转速范围内。另外，风轮的各个叶片之间需要通过拉绳进行拉紧，提高风轮正反向受力的疲劳影响，而现有都是在叶片与轮毂的连接处设置变桨，如果拉绳连接在叶身上，一旦变桨会导致拉绳产生扭力，而本发明通过调节尾翼实现变桨，叶身其他位置设计成定桨结构，这样就不会影响拉绳，从而可在叶身上设置拉绳，设计更加灵活。

本实施例中，叶身1与尾翼2形成流线型叶片，如截面形状为水滴状。叶身1内设有叶茎6，如桁架结构的叶茎。尾翼2沿叶身1的长度方向与叶身1进行铰接，可在0~90°范围内进行转动。本实施例优选将铰链3设于尾翼与叶身的配合面上部，当需要增大角度时，尾翼2是沿叶身1向上部转动打开，即通过沿叶身顺时针转动，以增大角度进行限速，通过逆时针转动，与叶身形成叶片整体结构。本实施例的尾翼2和叶身1均设有腔体，且尾翼与叶身相对的那一侧均设有封板7，将腔体密封，起到防水、放灰尘的作用。腔体由叶片的壳体围合形成，叶片的壳体包括蒙皮和与蒙皮内壁连接的龙骨。

传动机构的一个优选实施例为：传动机构4设于叶身1的腔体内，包括安装于叶茎桁架上的电动蜗轮和蜗杆41，电动蜗轮与蜗杆41啮合，从而将电动蜗轮的旋转转换为蜗杆41的直线运动，蜗杆41的一端连接有连杆42，且连杆42与蜗杆41活动连接（如转轴连接），连杆的另一端与尾翼2活动连接，当需要调节尾翼2的角度时，通过电动蜗轮旋转使蜗杆41做直线运动，从而带动连杆做直线运动，连杆将尾翼2顶开，当需要收回尾翼时，则蜗杆向后运动，带动尾翼收回。

所述尾翼2的叶尖端设有用于测量叶尖转动速度的速度传感器。速度传感器连接控制器，将检测到的叶尖速度信息发送给控制器，由控制器进行分析处理，判断叶尖速度是否超过所设定的预设阈值，一旦超过，则控制传动机构的电机动作，调节尾翼的角度，若未超过，则保持尾翼不动作。

本实施例的调节方法包括以下步骤：

S101：当风轮正常运行时，尾翼不转动，与叶身之间的角度为0°。

具体地，本实施例风轮正常运行时尾翼的叶尖速度优选≤60m/s,也即≤216km/h；使风轮转速达到额定发电量。

S102：当尾翼的叶尖速度超过第一预设阈值且小于第二预设阈值时，调节尾翼的转动角度至第一角度进行限速。

具体地，第一预设阈值优选为60m/s,此时相当于遇到大风时，即叶尖速度在60~70m/s范围内时，调节尾翼的角度，尾翼向下转动的第一角度为3~20°，即叶尖速度越大，尾翼转动角度也越大，从而使叶尖速度稳定在60m/s左右。

S103：当尾翼的叶尖速度超过第二预设阈值时，调节尾翼的转动角度至第二角度进行限速。

具体地，第二预设阈值优选为70m/s，此时相当于遇到强风时，当叶尖速度大于70m/s，继续逐步调大尾翼的转动角度，使尾翼继续向下转动，使尾翼与叶身之间的夹角增大，直至达到刹车速度时刹车。如果遇到强风，如台风，塔架上还设有偏航系统，通过偏航使风轮与风向呈90°夹角，以防止吹坏风轮和塔架。

S104：当需要风轮停止转动时，逐步调大尾翼的转动角度，使风轮平稳停止。

具体地，当进行维保刹车时，需要逐步调大角度，而不能突然调大角度，否则会折坏叶片。需要分多次转动角度，如每次所调节的相邻角度之间间隔3~8°，之后待叶尖速度减速至第一低速时，增大10~15°进行调节，当进一步减速至第二低速时，增大15~20°进行调节，直至风轮平稳停止。例如，分多次将尾翼的转动角度调节为5°、10°、15°和20°，当叶尖速度逐步减速至＜27m/s时，将尾翼的转动角度调节到30°，当叶尖速度减速至＜16m/s时，将尾翼的转动角度调节到50°，直至风轮平稳停止，从而提高风叶的寿命。

实施例2

如图4所示：与实施例1的区别在于，叶片为分段结构，通过多段拼接形成整体的叶片，其中局部段的尾翼设计成转动结构以实现变桨，而其他段的尾翼则与叶身整体成型，设计成不能转动的定桨结构。通过调节局部尾翼进行变桨，也能实现调速、限速或刹车。

实施例3

如图5所示：一种风轮，包括多个尾翼可调式风电叶片，在相邻叶片的叶茎上设置环形拉绳8，环形拉绳处于拉紧状态，由于叶茎6设于叶身内，因此，环形拉绳8需要穿过叶身的蒙皮与另一个叶片内的叶茎连接。由于叶身不变桨，因此不会带动环形拉绳扭转，另外，因为尾翼2时沿着叶身向上顺时针转动，因此环形拉绳连接于叶身背风侧，从而不会阻碍尾翼旋转。通过环形拉绳的拉紧，能够消除叶茎正反向受力的疲劳影响，由于叶茎为桁架结构，会存在多个焊接点，如果不设置拉绳，很容易受力疲劳，而设置拉绳可以解决这一问题，大大提高叶茎寿命。

由于叶身不变桨，本实施例在叶身与设于风轮轮毂前端的主支架之间还连接有前撑杆9，能够防止叶片在强风作用下发生摆动，且能够将叶片和轮毂的受力转移至前撑上，降低叶片与轮毂的受力疲劳，大大提高叶片在强风下的抗弯扭强度。可以理解的是，叶身与风轮的轮毂之间除了设置前撑杆9外，还可加入前向拉绳10，进一步提高风轮旋转的稳定性。

综上所述，本发明通过将尾翼设计成转动式结构，且能够根据叶尖风速大小自动调节角度，一方面通过调节尾翼实现变桨，就不会影响叶身上拉绳和/或前撑杆的设置，能够避免拉绳和/或前撑杆扭转；另一方面，在风轮启动时，可通过增加尾翼的转动角度来调速；当继续增大角度至极限值时，可实现刹车功能，从而便于维修维保；当风轮转速过大，超过其额定转速时，也可通过增大尾翼的转动角度来降低风轮转速，从而将风轮转速稳定在合适的转速范围内，因此，本发明在启动、转动过程中以及维保时均可通过调节尾翼来提高风轮的稳定性，保证风轮的强度，提高安全性，降低故障率。通过对刹车的细分控制，能够避免叶片折坏，并使风轮平稳停止，提高寿命。通过根据所设置的各阶段的预设阈值与叶尖速度的关系，能够使风轮在不同风压下进行自动调节，降低转速，使其维稳在合适的转速内，以防止风轮转速过快而断裂。通过设置拉绳和/或前撑杆，能够保证风轮的整体强度，不会使塔架、叶片等受损。

Claims (10)

1.一种尾翼可调式风电叶片，包括叶身和尾翼；其特征在于，所述尾翼与叶身之间铰链连接；叶身侧设有用于控制尾翼转动的传动机构，能够带动尾翼调节角度，完成风轮的调速、限速或刹车。

2.根据权利要求1所述的尾翼可调式风电叶片，其特征在于，所述尾翼沿叶身向上转动以增大角度进行限速或刹车。

3.根据权利要求1所述的尾翼可调式风电叶片，其特征在于，所述传动机构为电机传动、涡轮机传动或活塞缸传动；通过传动元件推动连杆或活塞将尾翼推出或收回。

4.根据权利要求1所述的尾翼可调式风电叶片，其特征在于，所述传动机构设于叶身的腔体或开设的凹槽内；风电叶片为流线型叶片，叶身内设有桁架；所述尾翼为整体转动或局部转动。

5.根据权利要求1所述的尾翼可调式风电叶片，其特征在于，所述尾翼的叶尖端设有用于测量叶尖速度的速度传感器，速度传感器连接控制器，所述控制器用于判断尾翼的叶尖速度是否超过相应的预设阈值，一旦超过，则控制传动机构调节尾翼的转动角度，完成风轮的调速、限速或刹车。

6.一种尾翼可调式风电叶片的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

当风轮正常运行时，尾翼不转动，与叶身之间的角度为0°；

当尾翼的叶尖速度超过第一预设阈值时，调节尾翼的转动角度至第一角度进行限速；

当尾翼的叶尖速度超过第二预设阈值时，调节尾翼的转动角度至第二角度进行限速，且第二预设阈值大于第一预设阈值，第二角度大于第一角度；

当需要风轮停止转动时，逐步调大尾翼的转动角度，使风轮平稳停止。

7.根据权利要求6所述尾翼可调式风电叶片的调节方法，其特征在于，具体包括：

当尾翼的叶尖速度≤60m/s时，风轮正常运行；

当尾翼的叶尖速度为60~70m/s时，调节尾翼转动3~20°，使叶尖速度稳定在≤60m/s范围内；

当尾翼的叶尖速度大于70m/s时，逐步调大尾翼的转动角度，达到风轮刹车速度时停止。

8.根据权利要求6所述尾翼可调式风电叶片的调节方法，其特征在于，还包括：当尾翼

的叶尖速度大于70m/s时，逐步调大尾翼的转动角度，通过偏航控制风轮与风向呈90°夹角。

9.根据权利要求6所述尾翼可调式风电叶片的调节方法，其特征在于，当需要风轮停止

转动时，逐步调大尾翼转动角度的方法包括：分多次增大尾翼的角度，待尾翼叶尖速度逐步减速至第一减速阈值时，调节尾翼角度增大至第一预定角度；待尾翼叶尖速度减速至第二减速阈值时，调节尾翼角度增大至第二预定角度，直至风轮平稳停止。

10.根据权利要求6所述尾翼可调式风电叶片的调节方法，其特征在于，所述尾翼的

转动角度为0~90°。

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