CN205714573U - 双掠面多叶片拉索式风力涡轮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种双掠面多叶片拉索式风力涡轮，包括双掠面多叶片拉索式风力涡轮，包括轮毂，设于轮毂上的多支叶片，每支叶片设有多个叶片节，且径向相邻的两个叶片节通过叶片节连接件相互连接，横向相邻的两支叶片节之间设有横向拉索相连；风力涡轮叶片设有前扫掠面和后扫掠面，设于前扫掠面和后扫掠面之间以斜拉索和轴向翼型梁相连，轴向翼型梁对称叶片的斜拉索，通过采用双掠面多叶片拉索结构，有较多的叶片节、叶片节连接件、翼型梁、横向拉索和斜向拉索等构件，虽然对风力涡轮的气动性能有一定影响，但风轮其扫掠面积成数十倍增加，从而大幅度提高风力涡轮的输出功率，能够满足大规模开发风电的绿色能源发展需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力涡轮技术领域，特别是指一种双掠面多叶片拉索式风力涡轮。
背景技术
风力涡轮是以空气为工质的风力机械设备。风力发电机组就是通过风力涡轮，将流动空气的动能转换为机械能，再驱动电机发电。因此，风力涡轮是风力发电设备的最主要部件，直接决定了风电机组的发电功率乃至电能品质。
传统的风力发电机组以水平轴三叶片风轮为其风力涡轮，现代风电技术理论和实践都证明，这是迄今为止最成功的技术方案，特别适用于高度200m左右、单台功率相对较小的风电机组。但是这种风力涡轮受叶片材料、制造工艺、设计理论与技术路线的束缚，无法大幅度增加它的扫掠面积，进而提高单台风电机组的功率。目前世界最大的风力发电机组是丹麦维斯塔斯公司研发的V164-8.0型风电机组，单台功率高达8000kw，这台机组的风力涡轮叶片长度80m，风轮直径164m，扫掠面积21124m2。即便如此，在可预见的将来，大幅度提高风力涡轮扫掠面积的可能性仍然不大。
究其原因，传统风力涡轮的结构存在缺陷。从目前主流的水平轴三叶片风力涡轮分析，悬臂结构的叶片是问题的关键。首先，叶片的悬臂结构决定了叶片尺寸受其强度和刚度制约，而叶片的强度和刚度又受到叶片材料性能的严格限制。这种相互制约的局面，以目前的科技水平看短时间不会有新的突破。其次，传统叶片的翼型设计与选择要求高，研发难度大，叶片制造工艺相对复杂。 再次，叶片的气动外形受其载荷、振动等因素影响，被迫设计成根部厚实、梢部尖薄，这与叶片翼型的气动要求不协调，减损了叶片的有效面积，阻碍了叶片对空气动能的吸收。以上几方面的不利因素，妨碍了风力涡轮扫掠面积的大规模增加，如果不突破传统的设计理念与技术路线，这种局面不会有大的改观。
因此，有必要设计一种新型风力涡轮势在必行，以解决上述技术问题。
实用新型内容
针对背景技术中存在的问题，本实用新型目的是提供一种双掠面多叶片拉索式风力涡轮，大幅度增加风力涡轮的扫掠面积，从而满足大规模开发风电的绿色能源发展需求。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种双掠面多叶片拉索式风力涡轮，包括轮毂，设于所述轮毂上的多支叶片，每支叶片设有多个叶片节，且径向每相邻的两个叶片节通过叶片节连接件相互连接，横向相邻的两支叶片节之间设有横向拉索，风力涡轮叶片设有前扫掠面和后扫掠面，设于前扫掠面和后扫掠面之间以斜拉索和轴向翼型梁相连，轴向翼型梁和斜拉索设于前扫掠面和后扫掠面之间。
在上述技术方案中，所述叶片节由通过翼型压力中心的梁、肋条或高强铝合金蒙皮制成，内部空腔填充硬质泡沫体，每支叶片节可以在0—90度范围内变桨距调节。
在上述技术方案中，所述叶片节连接件的外形为扁椭球体，由高强铝合金制造。
在上述技术方案中，所述轮毂为笼式圆柱体结构，轴向长度15m，直径6m。
在上述技术方案中，所述翼型梁截面为零升力对称翼型，弦长1500mm，轴向长度15m，中心骨架为矩形高强铝合金管。
本实用新型双掠面多叶片拉索式风力涡轮，改变了传统风电机组专用的水平轴三叶片风轮结构，使风力涡轮直径在很大范围内不受叶片材料、制造工艺的影响。通过采用双掠面多叶片拉索结构，有较多的叶片节、叶片节连接件、翼型梁、横向拉索和斜向拉索等构件，虽然对风力涡轮的气动性能有一定影响，但风轮其扫掠面积成数十倍增加，从而大幅度提高风力涡轮的输出功率，能够满足大规模开发风电的绿色能源发展需求。
附图说明
图1为本实用新型双掠面多叶片拉索式风力涡轮正面结构示意图；
图2为图1的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一个部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2所示，本实用新型所述的一种双掠面多叶片拉索式风力涡轮，包括轮毂4，所述轮毂4为笼式圆柱体结构，轴向长度15m，直径6m，柱体由12根截面600mm×300mm壁厚25mm的钢管混凝土纵梁与5道同规格环形箍梁及玻璃钢外壳组成。
设于所述轮毂4上的12多支叶片，每支叶片设有10多个叶片节2，所述叶片节2由通过翼型压力中心的梁、肋条或高强铝合金蒙皮制成，内部空腔填充硬质泡沫体。每个叶片节2长度30m，每支叶片共10节总长300m，为简略起见图中只画4节示意。所述叶片节2的横截面为选定的翼型，大多数叶片节 2的翼型弦长为3—5m，每个叶片节2相对叶片的扫掠面有一扭转角，且可以在0—90度范围内调节。
径向每相邻的两个叶片节2通过叶片节连接件1相互连接，所述叶片节连接件1的外形为扁椭球体，由高强铝合金制造。
横向相邻的两支叶片节2之间设有横向拉索3，在相邻叶片节2之间以拉索横向连接，拉索强度根据叶片节2自重确定，每根至少可承受6个叶片节2的重力。
风力涡轮叶片设有前扫掠面7和后扫掠面8，两个设于前扫掠面7和后扫掠面8之间的并对称叶片节由斜拉索6和轴向翼型梁5相连，其作用是增强平面桁架结构的整支叶片的刚度和强度，它主要承受由风压引起的叶片轴向推力，由于推力作用位置不同，从梢部向根部逐渐增加强度载，故斜拉索6强度亦逐渐增强。
以及设于前扫掠面7和后扫掠面8之间的轴向翼型梁5。所述翼型梁5的截面为零升力对称翼型，弦长1500mm，轴向长度15m，中心骨架为矩形高强铝合金管，结构与叶片类似。
在一实施例中，以适应100MW超大型风力发电机组的双掠面12叶片拉索式风力涡轮为最优，该风轮直径达600m，扫掠面积280000m2，如果以额定风速12m/s计算，叶尖速比为8，风轮转速3r/min，这比目前全球最大的丹麦维斯塔斯公司的V164-8.0型风电机组所用风力涡轮大12.5倍，这对于扩大风电开发规模、降低风电设备制造和运维成本十分重要。
本实用新型双掠面多叶片拉索式风力涡轮，通过采用前扫掠面7和后扫掠面8的设计，增加了风轮叶片有效扫掠面积。理论上来流经前扫掠面做功后，仍有一定尾流速度经后扫掠面8再次做功，因此后扫掠面8进一步增加了风力 涡轮的出力。再次，前扫掠面7和后扫掠面8的之间的轴向翼型梁5作为受力构件，其截面为零升力对称翼型，具有最小的迎风面积，风轮旋转时不会对气流产生过大影响，相反会对前扫掠面的旋转尾流有一定整流作用。由于风轮同时有较多的叶片节2、连接件1、翼型梁5、横向拉索3和斜拉索6等构件，对风力涡轮的气动性能有一定影响，但风轮其扫掠面积成数十倍增加，从而大幅度提高风力涡轮的输出功率，能够满足大规模开发风电的绿色能源发展需求。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双掠面多叶片拉索式风力涡轮，其特征在于：包括轮毂，设于所述轮毂上的多支叶片，每支叶片设有多个叶片节，且径向每相邻的两个叶片节通过叶片节连接件相互连接，横向相邻的两支叶片节之间设有横向拉索，风力涡轮叶片设有前扫掠面和后扫掠面，设于前扫掠面和后扫掠面之间以斜拉索和轴向翼型梁相连，轴向翼型梁和斜拉索设于前扫掠面和后扫掠面之间。
2.根据权利要求1所述的双掠面多叶片拉索式风力涡轮，其特征在于：所述叶片节由通过翼型压力中心的梁、肋条或高强铝合金蒙皮制成，内部空腔填充硬质泡沫体，每支叶片节可以在0—90度范围内变桨距调节。
3.根据权利要求1所述的双掠面多叶片拉索式风力涡轮，其特征在于：所述叶片节连接件的外形为扁椭球体，由高强铝合金制造。
4.根据权利要求1所述的双掠面多叶片拉索式风力涡轮，其特征在于：所述轮毂为笼式圆柱体结构，轴向长度15m，直径6m。
5.根据权利要求1所述的双掠面多叶片拉索式风力涡轮，其特征在于：所述翼型梁截面为零升力对称翼型，弦长1500mm，轴向长度15m，中心骨架为矩形高强铝合金管。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114109715A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-03-01 | 潍坊新力蒙水产技术有限公司 | 一种旋转扇体软拉加强装置 |
| CN116877323A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-10-13 | 清天新能源(北京)有限公司 | 一种钢索网式风力发电机风轮 |
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2016
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