CN207673483U - 一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，分有叶根段和叶尖段，叶根段和叶尖段通过旋转轴连接，叶尖段能绕旋转轴相对叶根段转动向叶根段折叠靠拢；旋转轴靠近叶尖段的分段位置，叶尖段的分段位置处安装有平行于旋转轴的连接轴，叶根段上在靠近其分段位置处安装有提供推力和拉力的液压缸，液压缸的活塞杆朝向叶尖段并垂直于旋转轴，活塞杆和连接轴之间通过传动杆相连，传动杆的一端通过铰支与活塞杆相连，另一端通过铰支与连接轴相连；当液压缸输出推力时，叶尖段实现折叠，当液压缸输出拉力时，叶尖段实现展开。本实用新型实现叶片在台风来袭时叶尖段折叠，有效降低风力发电机组整体风载荷，避免整机发生颠覆性破坏。

Description

一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片

技术领域

本实用新型涉及可再生新能源风力发电风机叶片的技术领域，尤其是指一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片。

背景技术

随着陆上风资源已进入饱和状态，而海上风资源风速更大，湍流强度低，风向稳定，从而使海上风机具有更好的输出功率和疲劳性能。此外海上风电场靠近沿海发达城市，可减缓沿海城市能源需求，大海面积宽广，不存在占用土地等优势，因此海上风电的开发越来越受重视。

与陆地风机相比，海上风机一般采用更大型的风电机组，风电机组大型化有利于提高风能利用系数，减少塔架等基础设施成本，降低风电总成本。机组输出功率与叶片长度近似二次方关系，叶片重量与叶片长度近似成三次方。大型化风电机组致使叶片长度、重量和整机所承受载荷将不断增加。而且我国东南沿海受台风影响广泛，台风经过区域风速变化率大、风切变化大、持续时间长，并伴随强流巨浪等特点，对风电设备的破坏力极强：叶片折断，机舱罩损坏、塔筒折断、基础倾覆等。海上风电机组设备中叶片刚度远小于塔架和基础，是相对柔性最大的构件。为了捕捉更多风能，叶片结构较为复杂，台风经过区域叶片根部弯矩、剪力、扭矩最大，在三者相互作用下，靠叶根区域容易被强台风折断。由于叶片是风电机组的核心部件之一，研究大型风电机组叶片设计对我国海上风电发展具有重要意义。

为避免风电机组在台风来袭时叶片折断和机组倒塌，目前除了通过顺桨和偏航来躲避台风外，就是对叶片或机组设计更高的安全余量来满足，把机组设计得很结实来抵抗强台风，这样会大大增加风电机组的制造成本，而且依旧会有机组被台风吹塌。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，能减少风力发电机组被台风摧残的机率，台风来袭时叶尖段可以逐渐自动折叠，不断降低叶片和机组承受载荷，避免风力发电机组倒塌或叶片折断；台风过后，叶尖段自动展开，风力发电机组就能实现正常运行发电。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，分有叶根段和叶尖段，所述叶根段和叶尖段通过旋转轴连接，所述叶尖段能绕旋转轴相对叶根段转动向叶根段折叠靠拢；其中，所述旋转轴靠近叶尖段的分段位置，所述叶尖段的分段位置处安装有平行于旋转轴的连接轴，所述叶根段上在靠近其分段位置处安装有提供推力和拉力的液压缸，所述液压缸的活塞杆朝向叶尖段并垂直于旋转轴，且该活塞杆和连接轴之间通过传动杆相连，所述传动杆的一端通过铰支与活塞杆相连，其另一端通过铰支与连接轴相连；当液压缸输出推力时，叶尖段实现折叠，当液压缸输出拉力时，叶尖段实现展开。

所述叶根段和叶尖段在叶片总长度70％的位置进行分段。

所述叶尖段在其分段位置处预埋有第一金属镶件，且该第一金属镶件的一部分是预埋在叶尖段内，其另一部分外伸出叶尖段，所述叶根段在其分段位置处预埋有第二金属镶件，且该第二金属镶件的一部分是预埋在叶根段内，其另一部分外伸出叶根段；其中，所述旋转轴、连接轴是安装在第一金属镶件的外伸出部分上，且在该第一金属镶件的外伸出部分上形成有能够容纳传动杆的第一空位，同时所述第二金属镶件的外伸出部分上形成有能够容纳第一金属镶件外伸出部分的第二空位以及容纳传动杆的第三空位，该第一金属镶件、第二金属镶件的外伸出部分相互配合，在液压缸的作用下，通过传动杆带动旋转轴转动实现叶尖段的折叠和展开。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型实现叶片在台风来袭时叶尖段折叠，有效降低风力发电机组整体风载荷，避免整机发生颠覆性破坏。

2、叶片净空裕度较大，可选用相对厚度较小、气动性能高的翼型，使用高强度低模量复合材料，降低主梁刚度和重量，设计出一款足够长而轻量的叶片，增加发电效率。

3、本实用新型为更长海上叶片设计提供了一种可行性解决方案。

4、本实用新型为未来智能降载叶片研发提供了一种思路。

附图说明

图1为折叠后叶片相对长度与叶根载荷的曲线图。

图2为采用本叶片结构的风力发电机组正常发电示意图。

图3为采用本叶片结构的风力发电机组启动抗台风模式示意图。

图4为第一金属镶件的结构示意图。

图5为第二金属镶件的结构示意图。

图6a为本叶片折叠过程示意图之一。

图6b为本叶片折叠过程示意图之二。

图7a为本叶片展开过程示意图之一。

图7b为本叶片展开过程示意图之二。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型在于提供一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，在极端风速下保护机组不受颠覆性破坏。通过载荷计算如图1所示，叶片在某相对长度位置折叠与叶根所受载荷的趋势。叶片相对长度越小，叶根载荷降低越明显。叶根载荷降低，很好的保护机组免遭损伤。经实践证明，在叶片总长度70％的位置进行分段，得到的效果为最优。

参见图2至图7b所示，本实施例所提供的可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，在叶片总长度70％的位置进行分段，分有叶根段1和叶尖段2，所述叶尖段2在其分段位置处预埋有第一金属镶件4，且该第一金属镶件4的一部分是预埋在叶尖段2内，其另一部分外伸出叶尖段2，所述叶根段1在其分段位置处预埋有第二金属镶件3，且该第二金属镶件3的一部分是预埋在叶根段1内，其另一部分外伸出叶根段1；所述第一金属镶件4和第二金属镶件3通过旋转轴9连接，该第一金属镶件4能绕旋转轴9相对第二金属镶件3转动向第二金属镶件3折叠靠拢，所述旋转轴9是安装在第一金属镶件4的外伸出部位上，并接近第一金属镶件4外伸出部分的中部，所述第一金属镶件4外伸出部分上还安装有平行于旋转轴9的连接轴8，所述叶根段1上在靠近其分段位置处安装有液压缸5，在风力发电机组的液压系统中，提供一条控制管路沿着叶片腹板布置，给液压缸5提供推力和拉力，所述液压缸5的活塞杆朝向叶尖段2并垂直于旋转轴9，且该活塞杆和连接轴8之间通过传动杆7相连，所述传动杆7的一端通过铰支6与活塞杆相连，其另一端通过铰支(图中未画出)与连接轴8相连；此外，第一金属镶件4的外伸出部分上形成有能够容纳传动杆7的第一空位10，同时所述第二金属镶件3的外伸出部分上形成有能够容纳第一金属镶件4外伸出部分的第二空位11以及容纳传动杆7的第三空位12，该第一金属镶件4、第二金属镶件3的外伸出部分相互配合，在液压缸5的作用下，通过传动杆7带动旋转轴9转动实现叶尖段2的折叠和展开；当液压缸5输出推力时，叶尖段2实现折叠，如图6a、6b所示；当液压缸5输出拉力时，叶尖段2实现展开，如图7a、7b所示。

台风来袭时，叶尖段2通过液压机械连接折叠合拢，降低风机载荷，保护整机与叶片；台风过后，叶尖段2伸展打开至最大长度，风力发电机组正常运行发电，提高海上风力发电机组发电经济效率。

此外，为使叶片能通过液压机械连接折叠合拢，须减小折叠段叶片重量。由于极端风速下，叶片段叶片折叠，叶根载荷较小，因此在正常风况载荷下设计一款足够长而轻量化的叶片，采用高强度低模量复合材料设计叶片，采用相对厚度较小、气动性能高的翼型，由于叶尖段可以折叠合拢，叶片净空裕度较大，可以降低叶片主梁刚度和重量，使得叶片柔性较大，同时减小折叠段叶片重量。在正常风况下，叶片伸展到最大长度，尽可能捕捉风能发电；在极端风速下，叶片折叠合拢，保护整机和叶片。而传统的海上风电机组采用超长叶片设计则无法承受极端风速载荷，叶片折断或者风电机组倒塌。

本实用新型提供的可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，将全尺寸叶片分两段制作后运输到风场，再采用机械连接方式连接起来。基于这种设计的风力发电机组可用于大型海上风力发电机组，当强大台风来袭时，通过智能监控系统，在智能控制系统中设置叶片抗台风模式，当强台风到来前，启动运行程序，叶片在分段位置自动折叠起来，叶片输出弯矩载荷最大的区域暂时切出，降低机组载荷，这样风力发电机组不需要偏航和顺桨，也能避免风力发电机组倒塌或叶片折断，当风速减小时，叶片自动伸展延伸开，正常运行发电。采用这种抗台风型设计叶片，可以有效地降低机组的设计载荷，可以极大地降低风力发电机组的制造成本，更好地保护风电设备、提高发电工作效率，具有实际推广价值，值得推广。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，其特征在于：分有叶根段和叶尖段，所述叶根段和叶尖段通过旋转轴连接，所述叶尖段能绕旋转轴相对叶根段转动向叶根段折叠靠拢；其中，所述旋转轴靠近叶尖段的分段位置，所述叶尖段的分段位置处安装有平行于旋转轴的连接轴，所述叶根段上在靠近其分段位置处安装有提供推力和拉力的液压缸，所述液压缸的活塞杆朝向叶尖段并垂直于旋转轴，且该活塞杆和连接轴之间通过传动杆相连，所述传动杆的一端通过铰支与活塞杆相连，其另一端通过铰支与连接轴相连；当液压缸输出推力时，叶尖段实现折叠，当液压缸输出拉力时，叶尖段实现展开。

2.根据权利要求1所述的一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，其特征在于：所述叶根段和叶尖段在叶片总长度70％的位置进行分段。

3.根据权利要求1或2所述的一种可折叠式抗台风型海上风力发电机组叶片，其特征在于：所述叶尖段在其分段位置处预埋有第一金属镶件，且该第一金属镶件的一部分是预埋在叶尖段内，其另一部分外伸出叶尖段，所述叶根段在其分段位置处预埋有第二金属镶件，且该第二金属镶件的一部分是预埋在叶根段内，其另一部分外伸出叶根段；其中，所述旋转轴、连接轴是安装在第一金属镶件的外伸出部分上，且在该第一金属镶件的外伸出部分上形成有能够容纳传动杆的第一空位，同时所述第二金属镶件的外伸出部分上形成有能够容纳第一金属镶件外伸出部分的第二空位以及容纳传动杆的第三空位，该第一金属镶件、第二金属镶件的外伸出部分相互配合，在液压缸的作用下，通过传动杆带动旋转轴转动实现叶尖段的折叠和展开。