CN101571102B - 一种根部可调水平轴风电叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种根部可调水平轴风电叶片，该风电叶片垂直于展向横切面为风力机典型翼型，其中，所述风电叶片将叶片根部局部沿展向分列成固定、可调两个部分，该两个部分沿展向的分裂缝处的接触面为配合的圆弧面，其沿垂直于展向横切面分裂缝处接触面为平面，其中，可调节部分的调节机构设置在外部轮毂中。其主要优点在于：根据风场情况，转动可调部分，达到改变翼型弯度和有效攻角的目的，来流适应性强，气动效率高，且明显增强了根区气动性能；有效进行功率控制调节，大风与极限情况下的刹车更为简便有效；可调部分尺寸和重量较小，调节所需功率少，控制机构简单便捷，叶片内部机构简单，有效减轻重量和提高强度。
Description
技术领域
本发明涉及水平轴风力机叶片的通用设计方法领域，特别涉及一种根部可调水平轴风电叶片。
背景技术
由于化石能源(石油、煤炭等)的日益短缺及其带来的环境污染问题，清洁可再生能源的开发利用已成为人类的共识，引起世界各国的日益关注与重视。风力发电是目前最具商业价值的一种清洁可再生能源，国外发展较早且技术成熟，我国风电产业发展相对迟缓，但2005年后已将其列为可再生能源开发重点给予了极大的支持。目前国内外已研发、产生了各式各样的多种风力发电机。
目前常见的风力发电机，大多数使用的是“水平轴风力机”，其主要的原理是利用空气动力特性，设计给出多个截面翼型，沿展向积迭成三维叶片，当空气流过叶片时，由于叶背、叶盆存在压力差从而对叶片产生力矩，驱使叶片转动，通过发电机将此机械能转化为电能。
由于自然风况变化无常，在转动中风电叶片的姿态很难随风况变化都产生最佳的空气动力效率。人们采取了多种方式来调节叶片的姿态，以适应风况变化情况；而随着叶片半径越来越大，通过叶片整体绕主轴转动来适应来流状况则需要极大的能量消耗。参见中国专利第200710135507.8号。
目前的风力机叶片根部为保证足够的强度，一般采用了圆形或厚翼型截面，这样的形状使得叶片根区的气动性能很差，对于叶片的扭矩几乎没有贡献。
在风速猛烈或风向变化剧烈的情况下，不合适的迎风姿态使风力机叶片容易损坏，同时过大的功率对风力发电机主机也会造成损坏。刹车装置一般采用叶尖部分绕展向轴转动以改变攻角达到，这样会导致叶尖部分机构复杂、增加重量、降低叶片强度。另外，通过叶片主轴整体转动方法则需耗费较大的功率。
已有的调节机构多设置在叶片内部，既增大了叶片的重量，又不利于叶片强度的提高，在生产加工时也造成困难，可以参见中国专利第200620137757.6号。根部可调水平轴风电叶片可以将操纵机构置于轮毂内部，不影响叶片本身的重量、强度和加工等。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术当中叶片重量大，调节功率大，结构复杂，强度低，加工难度大等缺点，从而提供一种根部可调水平轴风电叶片。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案所提供的一种根部可调水平轴风电叶片：
所述风电叶片垂直于展向横切剖面为风力机典型翼型，其中，所述风电叶片将叶片根部局部沿展向局部分列成固定、可调两个部分，该两个部分沿展向的分裂缝处的接触面为配合的圆弧面，其沿垂直于展向横切接触面为平面，两个部分的尺寸比例也可以进行适当的分配，可适用于各种大小和功率范围的水平轴风力发电机的叶片设计。其主要优点在于：便于调节控制，大大降低了调节需用的功率。
所述风电叶片的可调节部分的调节机构设置在外部轮毂中，通过轮毂中的机构对可调节部分进行操作，减轻了叶片的重量，减少了调节叶片所需的功率。
所述风电叶片的固定部分的根部设置一固定法兰盘与外部轮毂固连，相应地，可调部分的根部设置一转动主轴，所述转动主轴与外部轮毂相连，调节机构设置在与转动主轴相连的外部轮毂中。
其中，所述风电叶片分裂缝的设置主要考虑叶片强度及叶片内部机构预留空间，叶片前后两部分尺寸不宜悬殊过大，作为一种优选，沿展向的分裂缝设置沿叶片剖面弦线方向距离前缘约2/3-1/3范围内。
本发明的优点在于：
(1)本发明的根部可调水平轴风电叶片，可以根据来流风速的大小和方向，相应调整转动部分的偏转角，通过增大翼型的弯度和调整翼型前后段相对于来流的攻角，以达到产生最大空气动力的最佳有效攻角，从而达到提高功率系数的目的。
(2)本发明的根部可调水平轴风电叶片，能够通过调节截面形状使之空气动力性能更好，并减小气流能量的损失。
(3)本发明的根部可调水平轴风电叶片，在极限工况下，可以方便地调整叶片的姿态，达到刹车、防止功率超过发电机容限等保护风力机的功能。
(4)本发明的根部可调水平轴风电叶片，机构调节的只是整个叶片的一部分，相比起调节整个叶片，分列调节所需功率大大减少。
(5)本发明的根部可调水平轴风电叶片，调节机构置于轮毂仓内，与叶片可调部分的根部连接，使得控制机构简单便捷，叶片内部机构简单，有效减轻了叶片重量和提高强度。
附图说明
图1为本发明后部可调的根部可调叶片的整体示意图。
图2为本发明后部可调的根部可调叶片的横切面示意图。
图3为本发明后部可调的根部可调叶片的主示意图。
图4为本发明后部可调的根部可调叶片尾缘的角度调节示意图。
图5为本发明前部可调的根部可调叶片的整体示意图。
图6为本发明前部可调的根部可调叶片的横切面示意图。
图7为本发明前部可调的根部可调叶片的主示意图。
图8为本发明前部可调的根部可调叶片尾缘的角度调节示意图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。
如图1、2、3所示，所述风电叶片垂直于展向横切剖面为风力机典型翼型，其中，所述风电叶片将叶片根部局部沿展向分列成固定、可调两个部分，该两个部分沿展向的分裂缝处的接触面为配合的圆弧面，其沿垂直于展向横切面分裂缝处接触面为平面，两个部分的尺寸比例也可以进行适当的分配，例如，可调节部分的面积增大，可使叶片调节效果增大，但会相应增大调节的功率。本发明可适用于各种大小和功率范围的水平轴风力发电机的叶片设计。所述根部可调水平轴风电叶片，便于调节控制，大大降低了调节需用的功率，如图4所示。其中，可调节部分的调节机构设置在外部轮毂中，通过轮毂中的机构对可调节部分进行操作，减轻了叶片的重量，减少了调节叶片所需的功率。
其中，固定部分的根部设置一固定法兰盘与外部轮毂固连，相应地，可调部分的根部设置一转动主轴，所述转动主轴与外部轮毂相连，调节机构设置在与转动主轴相连的外部轮毂中。
其中，所述风电叶片分裂缝的设置主要考虑叶片强度及叶片内部机构预留空间，叶片前后两部分尺寸不宜悬殊过大，分裂缝设置沿叶片剖面弦线方向距离前缘约2/3-1/3范围内。
根部可调水平轴风电叶片，可以根据来流风速的大小和方向，相应调整可动部分的偏转角，通过增大翼型的弯度和调整翼型前后段相对于来流的攻角，以达到产生最大空气动力的最佳有效攻角，从而达到提高功率系数的目的。
根部可调水平轴风电叶片，能够通过调节截面形状使之空气动力性能更好，并减小气流能量的损失。
根部可调水平轴风电叶片，在极限工况下，可以方便地调整叶片的姿态，达到刹车、防止功率超过发电机容限等保护风力机的功能。
根部可调水平轴风电叶片，机构调节的只是整个叶片的一部分，相比起调节整个叶片，根部部分调节所需功率大大减少。
根部可调水平轴风电叶片，调节机构置于轮毂仓内，与叶片可调部分的根部连接，使得控制机构简单便捷，叶片内部机构简单，有效减轻了叶片重量和提高强度。
图5、6、7、8为前部可调的根部可调叶片的示意图，原理与后部可调叶片相同。
从上述对本发明的具体描述可以看出，本发明的技术方案能够充分的解决现有技术当中叶片重量大，结构复杂，强度低，加工难度大等缺点，使风电叶片高效率运行，适应多变的风场情况。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明的保护范围；即依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。
Claims (3)
1.一种根部可调水平轴风电叶片，该风电叶片垂直于展向横切面为风力机典型翼型，其特征在于，所述风电叶片将叶片根部局部沿展向分列成固定、可调两个部分，该两个部分沿展向的分裂缝处的接触面为配合的圆弧面，其沿垂直于展向横切面分裂缝处接触面为平面，其中，可调节部分的调节机构设置在外部轮毂中。
2.根据权利要求1所述的根部可调水平轴风电叶片，其特征在于，所述固定部分的根部设置一固定法兰盘与外部轮毂固连，相应地，可调部分的根部设置一转动主轴，所述转动主轴与外部轮毂相连，调节机构设置在与转动主轴相连的外部轮毂中。
3.根据权利要求1所述的根部可调水平轴风电叶片，其特征在于，所述沿展向的分裂缝设置在沿叶片剖面弦线方向距离前缘2/3-1/3范围内。
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