CN204402770U - 风力发电机的翼型叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风力发电机的翼型叶片，该翼型叶片通过桨矩轴连接在风力发电机的轮毂上，桨矩轴的轴线方向与翼型叶片的长度方向平行，在该翼型叶片的尾缘处设置有配重体，配重体沿着叶片的长度方向延伸设置。采用这样的结构，使得本实用新型具有如下优点：设计合理、结构简单、制作方便，能够在保持叶片具有最优的气动外形即不改变剪切中心的位置的前提下有效降低叶片载荷，而且成本较低。

Description

风力发电机的翼型叶片

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，特别涉及一种风力发电机的翼型叶片。

背景技术

叶片是风力发电机的重要部件，叶片载荷的大小直接影响风机和叶片的成本，因此降低叶片载荷对风力发电机是非常必要的。

目前，我国风电比重呈逐年上升趋势，单台风机的功率也越来越大，而叶片所导致的机组载荷成为制约风机发展的首要因素，因此采用新形式叶片，在不降低叶片气动性能的情况下大幅降低载荷，这样可以间接降低风力发电机组其他部件的载荷，从而降低整机成本，降低设计难度，提高风机安全性。

目前市场上对于大功率长叶片的降载设计主要依靠减小叶片弦长，叶片减小弦长后会改变叶片运转的尖速比，从而降低了低空气密度或者大湍流强度等特殊环境风场叶片的发电量，这种做法在一定程度上违反了加长叶片提高发电量的初衷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种设计合理、结构简单，能够大幅度降低载荷的风力发电机的翼型叶片。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种风力发电机的翼型叶片，该翼型叶片通过桨矩轴连接在风力发电机的轮毂上，所述桨矩轴的轴线方向与所述翼型叶片的长度方向平行，在所述叶片的尾缘处设置有配重体，所述配重体沿着所述叶片的长度方向延伸设置。

较优地，所述配重体设置在叶片的最大弦长处到叶尖的范围内。

较优地，所述配重体为固定在所述尾缘上的金属片。

较优地，所述金属片的平面与所述桨矩轴的轴线垂直。

较优地，所述金属片的数量为至少两个，并沿叶片的长度方向间隔排布。

较优地，在所述尾缘外表面设置有蒙皮；

所述配重体为固定于所述尾缘上的第一金属棒；

所述第一金属棒设置在所述蒙皮内或者设置在所述蒙皮表面。

较优地，所述第一金属棒通过的一端或侧壁与所述尾缘表面贴合，所述第一金属棒的轴线与所述桨矩轴的轴线垂直。

较优地，所述尾缘设置容纳空间；

所述配重体设置在所述容纳空间内。

较优地，所述配重体为液体和/或颗粒状和/或粉末状物体。

较优地，所述配重体为第二金属棒；

所述第二金属棒固定在所述容纳空间内，其轴线与所述桨矩轴的轴线垂直。

本实用新型的有益效果是：

采用将配重体设置在尾缘处，增大了尾缘处的重量，使重靠近尾缘处，使得本实用新型具有如下优点：设计合理，结构简单，能够在保持叶片具有最优的气动外形的前提下有效降低叶片载荷。

附图说明

图1为本实用新型的风力发电机的翼型叶片的结构示意图；

图2为本实用新型的风力发电机的翼型叶片实施例一的翼型截面示意图；

图3为翼型攻角示意图；

图4为金属片安装的示意图；

图5为本实用新型的风力发电机的翼型叶片实施例二的结构示意图；

图6为本实用新型的风力发电机的翼型叶片实施例三的结构示意图；

图7为第二金属棒安装示意图；

其中：1-翼型截面；2-尾缘；3-配重体；4-金属片；5-蒙皮；6-第一金属棒；7-容纳空间；8-流体；9-第二金属棒；10-最大弦长处；11-叶尖；O-剪切中心；G-翼型中心；F-风向；a-翼型攻角。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型的翼型叶片进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了便于对本实用新型实施例的了解，首先对翼型叶片的设计原理进行简单说明。

翼型叶片结构设计时主要考虑翼型叶片挥舞和摆振方向的载荷，风机整机的载荷也主要是因这两个方向载荷而承受叶片扭转载荷。翼型叶片在围绕轮毂中心旋转时，由于风剪切的作用，翼型叶片在轮毂上方时受到的风力较大，因此，翼型叶片的极限载荷都是在轮毂上方产生的，翼型叶片在轮毂上方的变形也大，疲劳载荷也是翼型叶片在轮毂上方的较大载荷和轮毂下方较小载荷交替变化而产生的，如果能够有效控制翼型叶片旋转到轮毂上方时的载荷，就能有针对性的降低翼型叶片的极限载荷和疲劳载荷。

实施例一

如图1、2、3所示，一种风力发电机的翼型叶片，该翼型叶片通过桨矩轴(未示出)连接在风力发电机的轮毂(未示出)上，桨矩轴的轴线方向与翼型叶片的长度方向平行，即桨矩轴的轴线与该翼型叶片的翼型截面1垂直，在该翼型叶片的尾缘2处设置有配重体3，配重体3沿着该翼型叶片的长度方向延伸设置，用于增大尾缘2处的重量，进而使翼型叶片的翼型重心G靠近尾缘2处。其中尾缘2为垂直于翼型截面1的一条边，在图2中可以将其视为翼型截面1一端的端点。

翼型叶片在旋转过程中，随着翼型叶片旋转到轮毂(未示出)上方和下方的交替变化，翼型叶片在挥舞方向的变形的大小也在不断变化，这里所说的翼型叶片在挥舞方向的变形是指：翼型叶片在挥舞时，承受风力的作用会发生自身的弯曲变形，这种变形能够带动叶片做自身的扭转，并且变形越大，扭转程度越大，其中扭转是指翼型叶片的尾缘2以图2中的剪切中心O向风力作用方向扭转，从叶片的截面上看，翼型叶片以图2中的剪切中心O为转动中心出现的自身扭转变形；从整个叶片来看，所有叶片截面上的剪切中心O点沿着叶片的长度方向构成了一条线，这条线与桨矩轴的方向大致相同，这个叶片将以这条线为转轴发生自身扭转变形。翼型叶片在挥舞过程中的扭转变形，使风向F与翼型叶片之间形成旳翼型攻角a也在发上变化。如果翼型叶片的翼型中心G在剪切中心O的后缘方向(即剪切中心O与尾缘2之间)，翼型叶片的扭转就会朝向翼型攻角a变小的方向扭转，这时翼型叶片的载荷也随着翼型攻角a变小而变小，反之翼型攻角a变大，翼型叶片的载荷也变大。这种变化的大小是由翼型重心G与剪切中心O之间的距离决定的，即翼型重心G与剪切中心O之间的距离越大，翼型叶片以剪切中心O为轴出现的自身扭转变形也越大，这时能够使翼型攻角a的值变得更小。

通过在尾缘2处设置配重体3，从而使尾缘2处的重量变得更大，能够在保持剪切中心O位置不变的情况下使翼型重心G更加靠近尾缘2，保证了翼型重心G处于剪切中心O与尾缘2之间，在翼型叶片运转时，翼型叶片运转至轮毂上方，因风速梯度的影响，风速加快，翼型叶片向风向弯曲时会自然增减扭曲(因尾缘2重量增大，扭曲效果更为明显)，所以翼型攻角变a小，载荷降低。并且随着配重体3重量的变大，使翼型重心G和剪切中心O之间的距离变得更大。根据计算得出翼型重心G移动到50％的位置，翼型叶片的载荷能够减小10％至30％。

由于翼型叶片所承受的载荷而产生自身扭转主要是在翼型叶片的最大弦长处10到叶尖11的范围内，因此配重体3可设置在翼型叶片的最大弦长处10到叶尖11的范围内。

具体地，图4所示，配重体3为固定连接在尾缘2上的金属片4。

采用金属片4作为配重体3不仅成本低廉，而且能够根据情况很方便的制作出所需要的形状，操作人员可以采用焊接、粘接、卡接等已知的常规手段将金属片4固定连接在尾缘2上，安装过程十分简单。

较优地，作为一种可实施方式，金属片4的平面与桨矩轴的轴线垂直。

金属片4的平面与桨矩轴的轴线垂直等同于金属片4的平面平行于翼型截面1，翼型叶片在承受最大的风力载荷的位置是在轮毂的正上方，这时风向F与翼型截面1平行，而金属片4的平面与翼型截面1平行，即金属片4的平面与风向F平行，此时，风力只作用在金属片4的边上，金属片4阻挡风的面积处于最小状态(几乎可以忽略不计)，这样能够使金属片4所承受的剪切力变得很小，有利于减小翼型叶片所承受的载荷。并且金属片4在垂直于翼型截面1的方向面积最小，能够最小限度地影响翼型叶片本身的扭转变形，从而使翼型叶片的降载效果变得更好。

较优地，作为一种可实施方式，金属片4的数量为至少两个，并且相互之间间隔设置。

金属片4的数量为多个，能够在不增大金属片4厚度的情况下增大金属片4的配重重量，而多个金属片4相互之间间隔设置能够避免因多个金属片4叠放在一起增大阻挡风的面积产生较大剪切力的现象发生。

实施例二

如图5所示，在尾缘2外表面设置有蒙皮5；配重体3为固定于尾缘2上的第一金属棒6；第一金属棒6设置在蒙皮5内或者设置在蒙皮5表面。

其中蒙皮5以及其设置在尾缘2外表面为一种现有技术，本实用新型只是利用了这一现有技术，并不意图对其进行改进，因此此处不再对其一一详述。

采用第一金属棒6作为配重体，能够便于将其固定连接在蒙皮5上，操作人员可以将第一金属棒通过已知的常规手段固定连接在蒙皮5的内表面上，或者将第一金属棒6通过已知手段固定安装在蒙皮5内部，第一金属棒6的截面可以是圆形，但并不限于此，也可以是截面为其它形状的金属条状物。

采用这样的结构方式，同样可以达到增大尾缘3处重量的效果，其降低载荷的原理与实施例一相同，此处不再详述。

较优地，作为一种可实施方式，第一金属棒6通过的一端或侧壁与尾缘2表面贴合，第一金属棒6的轴线与桨矩轴的轴线垂直。

第一金属棒6的轴线与桨矩轴的轴线垂直等同于第一金属棒6的轴线与翼型截面1平行。第一金属棒6通过的一端或侧壁与尾缘2表面贴合能够使第一金属棒6最小限度地影响翼型叶片本身的扭转变形，从而使翼型叶片的降载效果变得更好。

实施例三

如图6所示，尾缘2设置容纳空间7；配重体3设置在容纳空间7内。

这种方式是将配重体3设置在尾缘2的内部，使配重体3相对于尾缘2更加稳定，保证了增重效果，其降低载荷的原理与实施例一相同，此处不再详述。

较优地，作为本实用新型的一种可实施方式，配重体3为液体和/或颗粒状和/或粉末状物体。

配重体3砂石或金属粉末等颗粒状物质，也可以是液体以及混合物形成的流体8，由于流体8本身不具被固定的形状，其形状是由容纳空间7的形状所决定的，并且能够随着容纳空间7的形状变化而变化，因此在翼型叶片发生扭转时，能够随着容纳空间7改变其自身的形状，不会产生阻碍容纳空间7形状的改变即阻碍翼型叶片扭转的应力，从而使翼型叶片的降载效果变得更好。

较优地，作为本实用新型的一种可实施方式，配重体3为第二金属棒9；第二金属棒9固定在容纳空间7内，其轴线与桨矩轴的轴线垂直。

同实施例二中所描述的第一金属棒6工作原理相同，第二金属棒9的截面可以是圆形，但并不限于此，也可以是截面为其它形状的金属条状物。第二金属棒9的轴线与翼型截面1平行，能够最小限度地影响翼型叶片本身的扭转变形，从而使翼型叶片的降载效果变得更好。

本实用新型的有益效果是：设计合理、结构简单、制作方便，能够在保持叶片具有最优的气动外形即不改变剪切中心的位置的前提下有效降低叶片载荷，而且成本较低。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种风力发电机的翼型叶片，所述翼型叶片通过桨矩轴连接在风力发电机的轮毂上，所述桨矩轴的轴线方向与所述翼型叶片的长度方向平行，其特征在于：

在所述叶片的尾缘处设置有配重体，所述配重体沿着所述叶片的长度方向延伸设置。

2.根据权利要求1所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述配重体设置在叶片的最大弦长处到叶尖的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述配重体为固定在所述尾缘上的金属片。

4.根据权利要求3所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述金属片的平面与所述桨矩轴的轴线垂直。

5.根据权利要求4所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述金属片的数量为至少两个，并沿叶片的长度方向间隔排布。

6.根据权利要求1或2所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

在所述尾缘外表面设置有蒙皮；

所述配重体为固定于所述尾缘上的第一金属棒；

所述第一金属棒设置在所述蒙皮内或者设置在所述蒙皮表面。

7.根据权利要求6所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述第一金属棒通过的一端或侧壁与所述尾缘表面贴合，所述第一金属棒的轴线与所述桨矩轴的轴线垂直。

8.根据权利要求1或2所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述尾缘设置容纳空间；

所述配重体设置在所述容纳空间内。

9.根据权利要求8所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述配重体为液体和/或颗粒状和/或粉末状物体。

10.根据权利要求8所述的风力发电机的翼型叶片，其特征在于：

所述配重体为第二金属棒；

所述第二金属棒固定在所述容纳空间内，其轴线与所述桨矩轴的轴线垂直。