CN204553103U - 风力发电用后支撑智能可变量式叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电用后支撑智能可变量式叶片，包括薄壁壳体结构的叶片本体，叶片本体的壳体内腔由叶面及后支撑柱封闭形成，叶片本体的重心位于后支撑柱上，叶面与重心轴线之间带有向前倾斜的α倾角；位于后支撑柱两侧的叶面上对称设置有卸荷区，卸荷区中分别安装有卸荷板，卸荷板的内侧边借助铰链与叶面转动连接，于铰链的连接处设置有阻力器及扭簧套，扭簧套内安装有扭簧；卸荷板的上下两侧边及外侧边分别与叶面借助电磁开关连接，卸荷板上安装有风压传感器的多个感应端，电磁开关、风压传感器及阻力器分别与安装于叶面上的集成控制器电连接。本实用新型具有结构合理、重量轻、能实时调节所受风压大小、使用寿命长的特点。

Description

风力发电用后支撑智能可变量式叶片

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，特别涉及风力发电系统用的叶片。

背景技术

聚风风力发电系统，由于其具有聚集能量、低风速起动、能提压增速、有效风利用率高、建站占用面积小、低噪音、免维护、寿命长等优点，作为第三种风力发电系统，具有广泛的应用前景，具有巨大的开发价值和经济价值。现有技术中，已有专利如专利号为ZL201420079675.5、专利名称为狭管聚风型风力发电装置用叶片，上述专利中的叶片改善了发电机的启动性能，提高了风能转换率，但其叶片不具有卸荷功能和后支撑结构；北极星风力发电网介绍的“智能叶片”、“基于柔性尾缘襟翼的智能叶片”等文献，上述叶片可较有效地在多种湍流风况下实现降载的效果，通俗的说就是把飞机可动翼技术原理运用到风力发电机叶片上，该叶片存在的缺点明显：叶片的制造难度、维护难度增加；整体重量增大；静动平衡无法保证在一定范围内；惯性力矩较难把握。

申请人已于同日申请了专利“狭管聚风风力发电用叶轮组件”，此专利中涉及的后支撑式叶片属于高强度重量级，而本实用新型设计的叶片属于轻量智能级，两者都是现代大风电发展道路上不可或缺的核心部件，也是本申请人同时注力于研发探索的课题，两者叶片同时研发，有利于申请人抢占技术制高点，提高在市场竞争中的优势。

实用新型内容

本申请人针对上述现有技术存在的上述缺点，提供一种结构合理、重量轻、能实时调节所受风压大小、使用寿命长的风力发电用后支撑智能可变量式叶片。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种风力发电用后支撑智能可变量式叶片，包括叶片本体，所述叶片本体为薄壁壳体结构，其壳体内腔由前侧的叶面及后侧的后支撑柱封闭形成，所述叶片本体的重心位于后支撑柱上，叶面与重心轴线之间带有向前倾斜的α倾角；所述叶片本体的叶根端为后支撑柱端部的柱形支撑部及叶面端部的窄条部，柱形支撑部的端部带有法兰连接部，柱形支撑部向所述叶片本体的叶尖端平滑延伸形成后支撑柱的扁平支撑部，扁平支撑部的宽度大于柱形支撑部的外径，窄条部向所述叶片本体的叶尖端扭转平滑延伸形成叶面的扁平部，扁平部的宽度大于窄条部的宽度；

位于叶片的上部两侧设置有箱式卸荷区，所述箱式卸荷区包括安装于叶面上的卸荷板，卸荷板上靠近后支撑柱的内侧边借助铰链与叶面转动连接，于铰链的连接处设置有阻力器及扭簧套，扭簧套内安装有扭簧；卸荷板的上下两侧边及外侧边分别与叶面借助电磁开关连接，卸荷板上安装有风压传感器的多个感应端，所述电磁开关、风压传感器及阻力器分别与安装于叶面上的集成控制器电连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述α倾角的范围为1°-3°。

所述风压传感器、电磁开关及阻力器分别与后支撑柱根部的电源引线桩连接，电源引线桩与导电环连接，导电环连接独立电源。

所述壳体内腔中沿着所述叶片本体的跨度方向设置有多个加强筋。

所述叶面的迎风面带有弧形凹面。

所述卸荷板上靠近后支撑柱的内侧边通过上、中、下三个铰链与叶面转动连接，上、下位的铰链的连接处设置有阻力器及扭簧套，中位的铰链的连接处设置有扭簧套。

位于铰链与阻力器之间还设置有过渡轴套。

所述的卸荷板为空腔式箱体结构，其空腔内设置有支撑件。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型为薄壁壳体结构，采用前侧的凹面型前倾带扭转角的叶面与后侧的下端柱形上端扁平型结构的后支撑相复合，壳体内腔中设置加强筋固连，本实用新型大大提高了吸风能力，叶片的强度高、变形量小。叶片在静态时略前倾，而动态时受风压载荷，其重心正好落在叶根中央，极大的提高了风能到机械能的转换能力；叶面带有上宽下窄的结构，应用在聚风类风力发电时，可充分利用杠杆力，提升扭力；本实用新型特别适合在高强度，高风速工况下工作。

2、本实用新型在叶片上部的适当位置，独立设置多组可感知超量风能的智能化电磁卸荷板，通过风压实时感知，通过电磁断开、风压推动、扭簧储能、电磁抱合、主体复位等一系列智能动作，实现叶片的最佳吸能能力和超载泄压功能，充分利用风能多发点的同时，主体结构运行的安全性得到了极大的保障。本实用新型使传统风力机在遇到大风时采用变桨、刹车的方式可以得到彻底改善，同时可以减少不必要的变桨机构，在聚风类发电机上应用时，更能彰显其不俗的功能特性。

3、本实用新型在叶片的上部设计集成控制器，通过神经网络连通各个卸荷区，准确及时地按照规定动作完成各自的工作。

4、本实用新型中所有的用电器的动力来源运用了“动车原理”，在叶片的上端设置有电源引线桩来完成电力供应，其结构紧凑。

5、本实用新型所采用的材料易购得，电磁技术也相对成熟，成本也不高，整体易于维护保养。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构图。

图2为本实用新型的另一立体结构图。

图3为本实用新型的主视图。

图4为图3的左视图。

图5为图3的后视图。

图6为图3的俯视图。

图7为图4中A-A处剖视图。

图8为图4中B-B处剖视图。

图9为图4中C-C处剖视图。

图10为本实用新型中卸荷板的打开状态图。

图11为本实用新型中电气原理图。

其中：1、叶面；101、窄条部；102、扁平部；103、弧形凹面；2、后支撑柱；201、柱形支撑部；202、扁平支撑部；3、法兰连接部；4、卸荷板；5、集成控制器；6、电磁开关；7、铰链；8、阻力器；9、扭簧套；10、过渡轴套；11、感应端；12、壳体内腔；13、加强筋；14、α倾角；15、导电环；16、独立电源；17、电源引线桩；18、变压器；19、风压传感器；20、高风速风压开关；21、低风速风压开关。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至图5所示，本实施例的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，包括叶片本体，叶片本体为薄壁壳体结构，其壳体内腔12(见图7)由前侧的叶面1及后侧的后支撑柱2封闭形成，叶片本体的重心位于后支撑柱2上，叶面1与重心轴线之间带有向前倾斜的α倾角14(见图4)，α倾角的范围为1°-3°；叶面1的迎风面带有弧形凹面103，以抵抗强风时保证叶面1不变形。

如图2所示，叶片本体的叶根端为后支撑柱2端部的柱形支撑部201及叶面1端部的窄条部101，柱形支撑部201的端部带有法兰连接部3，柱形支撑部201向叶片本体的叶尖端平滑延伸形成后支撑柱2的扁平支撑部202，扁平支撑部202的宽度大于柱形支撑部201的外径，窄条部101向叶片本体的叶尖端扭转平滑延伸形成叶面1的扁平部102，扁平部102的宽度大于窄条部101的宽度。

如图3、图5所示，位于后支撑柱2两侧的叶面1上对称设置有卸荷区，卸荷区中分别安装有卸荷板4，卸荷板4上靠近后支撑柱2的内侧边借助铰链7与叶面1转动连接，于铰链7的连接处设置有阻力器8及扭簧套9，扭簧套9内安装有扭簧；卸荷板4的上下两侧边及外侧边分别与叶面1借助电磁开关6连接，卸荷板4上安装有风压传感器19的多个感应端11，电磁开关6、风压传感器19及阻力器8分别与安装于叶面1上的集成控制器5电连接，集成控制器5通过神经网络与各个卸荷区的卸荷板连接，实现集中控制，其结构紧凑。如图3所示，集成控制器5、电磁开关6、风压传感器19及阻力器8的电力来源运用了“动车原理”，于后支撑住2的根部设置与导电环15连接的电源引线桩17，导电环15设置于狭管(未画出)内，导电环15与独立电源16连接。叶片随着叶轮转动时，电源引线桩17始终与导电环15接触。

如图7、图8及图9所示，壳体内腔12中沿着叶片本体的跨度方向设置有多个加强筋13。

进一步地，如图3所示，为加强卸荷板3与叶面1的连接强度，卸荷板4上靠近后支撑柱2的内侧边通过上、中、下三个铰链7与叶面1转动连接，上、下位的铰链7的连接处设置有阻力器8及扭簧套9，中位的铰链7的连接处设置有扭簧套9。由于铰链7的铰轴较长，铰链7与阻力器8之间还设置有过渡轴套10，过渡轴套10与铰轴转动连接。

进一步地，为保证卸荷板4的抗风强度，减小变形，卸荷板4带有空腔式箱体结构，其空腔内设置有支撑件(未画出)。

本实用新型的工作过程如下：

初始状态时，叶面1上的卸荷板4关闭状态，即电磁开关6为工作状态；风压传感器的感应端11实时感应叶面1上的风压大小，当风压值大于设置的阀值时，风压传感器19将信号输送至集成控制器5，集成控制器5断开电磁开关6，释放卸荷板4，卸荷板4在风压作用下绕着铰链7向后转动(见图10)，当转动至一定角度时，阻力器8启动将其固定，扭簧套9中的扭簧储存扭转能量；当风压传感器19检测到的风压值小于设定的阀值时，其将信号输送至集成控制器5，集成控制器5断开阻力器8，扭簧套9中的扭簧驱动卸荷板4复位，电磁开关6工作，卸荷板4的上下侧边及外侧边与叶面1相吸。

如图11所示，为本实用新型的电气原理图。风电场电压为380V压，通过变压器18转换成220V电压；叶片上以两块卸荷板4一组，每组卸荷板4由一组高低风速风压开关控制。以平均风速为15.8m/s为例，当风压传感器19收到高风速信号后(两种情况:一则为高于16.8m/s风速时，只需要一组卸荷板4打开；二则为高于18.8m/s则需要两组卸荷板4均打开)，高风速风压开关20启动，电磁开关6(常规闭合，通电断开)通电断开，卸荷板4打开，阻力器8启动闭合；当风压传感器19收到低风速信号后(两种情况:一则为低于14.8m/s风速时，只需要一组卸荷板4关闭；二则为低于12.8m/s则需要两组卸荷板4均关闭)，低风速风压开关21启动，阻力器8断开，电磁开关6闭合，卸荷板4关闭。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种风力发电用后支撑智能可变量式叶片，包括叶片本体，其特征在于：所述叶片本体为薄壁壳体结构，其壳体内腔(12)由前侧的叶面(1)及后侧的后支撑柱(2)封闭形成，所述叶片本体的重心位于后支撑柱(2)上，叶面(1)与重心轴线之间带有向前倾斜的α倾角(14)；所述叶片本体的叶根端为后支撑柱(2)端部的柱形支撑部(201)及叶面(1)端部的窄条部(101)，柱形支撑部(201)的端部带有法兰连接部(3)，柱形支撑部(201)向所述叶片本体的叶尖端平滑延伸形成后支撑柱(2)的扁平支撑部(202)，扁平支撑部(202)的宽度大于柱形支撑部(201)的外径，窄条部(101)向所述叶片本体的叶尖端扭转平滑延伸形成叶面(1)的扁平部(102)，扁平部(102)的宽度大于窄条部(101)的宽度；

位于后支撑柱(2)两侧的叶面(1)上对称设置有卸荷区，所述卸荷区包括安装于叶面(1)上的卸荷板(4)，卸荷板(4)上靠近后支撑柱(2)的内侧边借助铰链(7)与叶面(1)转动连接，于铰链(7)的连接处设置有阻力器(8)及扭簧套(9)，扭簧套(9)内安装有扭簧；卸荷板(4)的上下两侧边及外侧边分别与叶面(1)借助电磁开关(6)连接，卸荷板(4)上安装有风压传感器的多个感应端(11)，所述电磁开关(6)、风压传感器及阻力器(8)分别与安装于叶面(1)上的集成控制器(5)电连接。

2.按照权利要求1所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，其特征在于：所述α倾角(14)的范围为1°-3°。

3.按照权利要求1所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，其特征在于：所述风压传感器(19)、电磁开关(6)及阻力器(8)分别与后支撑柱(2)根部的电源引线桩(17)连接，电源引线桩(17)与导电环(15)连接，导电环(15)连接独立电源(16)。

4.按照权利要求1所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，其特征在于：所述壳体内腔(12)中沿着所述叶片本体的跨度方向设置有多个加强筋(13)。

5.按照权利要求1所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，其特征在于：所述叶面(1)的迎风面带有弧形凹面(103)。

6.按照权利要求1所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，其特征在于：所述卸荷板(4)上靠近后支撑柱(2)的内侧边通过上、中、下三个铰链(7)与叶面(1)转动连接，上、下位的铰链(7)的连接处设置有阻力器(8)及扭簧套(9)，中位的铰链(7)的连接处设置有扭簧套(9)。

7.按照权利要求1或6所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片，其特征在于：位于铰链(7)与阻力器(8)之间还设置有过渡轴套(10)。

8.按照权利要求1所述的风力发电用后支撑智能可变量式叶片其特征在于：所述的卸荷板(4)为空腔式箱体结构，其空腔内设置有支撑件。