低风速风力发电机叶片、其弦长控制方法及风力发电机组技术

本发明专利技术公开了一种低风速风力发电机叶片及含有其的风力发电机组，所述叶片沿弦长方向可折叠和展开，所述折叠和展开位置位于叶片梁帽位置处；所述叶片上半部分的梁帽位置处，沿叶片弦长方向依次设置三段可相对移动式叶片段；对应地，在叶片下半部分的梁帽位置处，沿叶片弦长方向也依次设置三段可相对移动式叶片段。本发明专利技术还公开了上述叶片弦长的控制方法，当风速在切入风速和平均风速之间，叶片为全展开状态；当风速在平均风速和额定风速之间，所述叶片为部分展开状态；当风速在额定风速和切出风速期间，所述叶片为全折叠状态。本发明专利技术的叶片及风力发电机组可适应不同风况，具有风机载荷小、整机成本低且发电量高的优点。

【技术实现步骤摘要】
低风速风力发电机叶片、其弦长控制方法及风力发电机组
本专利技术涉及低风速风力发电
，特别是涉及一种低风速风力发电机叶片、其弦长控制方法及风力发电机组。
技术介绍
针对我国5～7.5m/s低风速区域市场需求，国内外风电设备厂商投入大量研发资源研究“低风速风电机组技术”，市场上主流机型以1.5MW和2MW为主，开发超长轻量化叶片，增加机组单位千瓦扫风面积，提高叶轮风能捕获，攻关并应用多种降载新技术，优化机组各部件极限和疲劳设计载荷，降低整机成本是目前需要攻克的难题。低风速风力发电机设计其中重要策略之一是增加风轮直径，也就是增加叶片长度，上述设计虽然可以一定程度上增加扫风面积，提高叶轮风能捕获，进而提高发电效率和年发电量，但容易出现如下问题：(1)在不同风况条件下，同一个叶片，其风轮扫风面积不变，当风速较大时，增加叶片载荷的同时也增加了叶片以外的其它载荷，比如叶片变桨轴承、轮毂处载荷、塔筒载荷等，整个机组重量大，成本高。(2)叶片长度较长，会导致叶片挥舞方向的弯曲刚度降低，进而降低叶片抵御变形的能力，容易出现长叶片静空设计瓶颈。由此可见，上述现有的低风速风力发电机叶片在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可适应不同风况的低风速风力发电机叶片及风力发电机组，使其风机载荷小、整机成本低且发电量高，成为当前业界急需改进的目标。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可适应不同风况的低风速风力发电机叶片及风力发电机组，使其风机载荷小、整机成本低且发电量高。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种低风速风力发电机叶片，所述叶片沿弦长方向可折叠和展开，所述折叠和展开部位位于叶片梁帽位置处。作为本专利技术进一步地改进，所述叶片上半部分的梁帽位置处，沿叶片弦长方向依次设置三段可相对移动式叶片段；对应地，在叶片下半部分的梁帽位置处，沿叶片弦长方向也依次设置三段可相对移动式叶片段。进一步地，所述叶片上半部分的各段可相对移动式叶片段可依次折叠，折叠后，越靠近叶片后缘的叶片段，折叠后越靠近叶片内侧；对应地，所述叶片下半部分的各段可相对移动式叶片段可依次折叠，折叠后，越靠近叶片后缘的叶片段，折叠后越靠近叶片内侧。进一步地，所述相邻的可相对移动式叶片段之间均通过多组连杆滑道机构连接实现两叶片段之间的相对平行移动。进一步地，每组所述连杆滑道机构包括第一连杆、第二连杆及辅助连杆，所述相对靠近叶片前缘的叶片段的内表面后端设置有第一滑道，所述相对靠近叶片后缘的叶片段的前段设置有由外表面经对接面延伸至内表面的平行双滑道；所述第一连杆的底端固定连接在第一滑道外侧，所述第二连杆的底端可滑动安装在第一滑道内，所述第一连杆及第二连杆的顶端分别可滑动安装在平行双滑道内；所述辅助连杆的底端与第二连杆底端铰接，所述辅助连杆的上端与第一连杆的中间段铰接；当处于展开状态时，所述第一连杆、第二连杆及辅助连杆均滑动至叶片内表面处。进一步地，与所述滑道配合的第一连杆、第二连杆端部设置有滑轮；在所述对接面处的平行双滑道外侧分别设置有密封条。进一步地，沿叶片长度方向，所述可折叠和展开部分的长度占叶片长度的50-90％，在所述叶片根部及叶片尖部不折叠。进一步地，所述三段均替换为两段。本专利技术还提供了一种风力发电机组，包括上述的低风速风力发电机叶片。本专利技术还提供了上述低风速风力发电机叶片的叶片弦长控制方法，当风速在切入风速和平均风速之间，叶片为全展开状态；当风速在平均风速和额定风速之间，所述叶片为部分展开状态；当风速在额定风速和切出风速期间，所述叶片为全折叠状态。通过采用上述技术方案，本专利技术至少具有以下优点：(1)年发电量高：当风速处于切入风速和平均风速之间时，叶片可采用展开模式，增加扫风面积，进而提高发电效率和年发电量；(2)载荷低、重量轻、经济性显著：当风速在平均风速和额定风速之间，采用减小扫风面积以降低整机各部件载荷，减小各部件的重量，进而实现降低风机制造成本；(3)当风速处于在额定风速和切出风速期间时，增加主梁厚度，增加叶片挥舞方向的弯曲刚度，进而提高叶片抵御变形的能力，解决长叶片静空设计瓶颈。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术实施例中的叶片全展开状态的弦向截面结构示意图；图2是本专利技术实施例中的叶片部分展开状态的弦向截面结构示意图；图3是本专利技术实施例中的叶片全折叠状态的弦向截面结构示意图；图4随风速变化的载荷和功率曲线图；图5是本专利技术实施例中叶片展开过程图；图6是本专利技术实施例中叶片完全打开状态示意图；图7是本专利技术实施例中含有平行双滑道的对接面的结构示意图；图8是本专利技术实施例中叶片整体结构示意图。具体实施方式本专利技术设计了一种可变弦长的低风速风力发电机叶片，具体是使叶片沿弦长方向可折叠和展开，所述折叠和展开部位位于叶片梁帽位置处。其中，弦长方向是指如图1所示的叶片前缘100至叶片后缘200方向。本专利技术改变传统仅通过增加叶片长度来增加风轮的捕风面积的做法，提供了一种低风速风力发电机叶片的新的设计思路，采用可变叶片弦长的方法，针对不同风况，变化不同的叶片弦长，在保证提高风机发电量的同时，还可同时实现风机降载，大大减少了整机成本。而改变叶片弦长将降低叶片的整体刚度，而针对上述问题，本专利技术对应地，通过将折叠和展开部位选择在梁帽位置处，增加了叶片挥舞方向的弯曲刚度，进而增加了叶片抵御变形的能力，也避免出现长叶片静空设计瓶颈，因此，上述弦长改变与可折叠区域的位置选取相辅相成。另外，在叶片截面看叶片梁帽处曲线曲率较小，也为实现上述可折叠提供了很好的条件。如图1-3所示，本实施例提供了一种优选的低风速风力发电机叶片，叶片上半部分500的梁帽位置300处，沿叶片弦长方向依次设置三段可相对移动式叶片段，分别对应叶片段1、叶片段2、叶片段3；对应地，在叶片下半部分600的梁帽位置400处，沿叶片弦长方向也依次设置三段可相对移动式叶片段，分别为叶片段4、叶片段5、叶片段6。图4为随风速变化的载荷和功率曲线图；当风速在切入风速和平均风速之间，由于风速较低，载荷小，通常发电量低，本实施例是当风速处于该风速段时，叶片智能采用全展开模式叶片，叶片上半部分500的梁帽位置300处的三段可相对移动式叶片段1、叶片段2、叶片段3均处于展开模式，叶片下半部分600的梁帽位置400的三段可相对移动式叶片段4、叶片段5、叶片段6也均处于展开模式，即为“一档模式”，如图1所示。采用“一档模式”实现在低于极限载荷情况下，增加叶片弦长，增加风机的扫风面积，提高发电量。当风速在平均风速和额定风速之间，风速较“一档模式”变大，为了降低叶片承受载荷，将叶片梁帽位置处的三段，只展开两段，如图2所示，相对靠近叶片后缘200处的叶片段2移动与叶片段1重合，重合后叶片段2位于叶片段1内侧，靠近叶片内部。对应地，相对靠近叶片后缘200处的叶片段5移动与叶片段4重合，重合后叶片段5位于叶片段4内侧，靠近叶片内部，即为“二档模式”。这样可以避免出现过大载荷，同时减少发电量的损失。当风速在额定风速和切出风速期间，由于风速大，故载荷大，常规风机为了降低载荷，通常采用变桨策略降低载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低风速风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片沿弦长方向可折叠和展开，所述折叠和展开部位位于叶片梁帽位置处。

【技术特征摘要】
1.一种低风速风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片沿弦长方向可折叠和展开，所述折叠和展开部位位于叶片梁帽位置处。2.根据权利要求1所述的低风速风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片上半部分的梁帽位置处，沿叶片弦长方向依次设置三段可相对移动式叶片段；对应地，在叶片下半部分的梁帽位置处，沿叶片弦长方向也依次设置三段可相对移动式叶片段。3.根据权利要求2所述的低风速风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片上半部分的各段可相对移动式叶片段可依次折叠，折叠后，越靠近叶片后缘的叶片段，折叠后越靠近叶片内侧；对应地，所述叶片下半部分的各段可相对移动式叶片段可依次折叠，折叠后，越靠近叶片后缘的叶片段，折叠后越靠近叶片内侧。4.根据权利要求3所述的低风速风力发电机叶片，其特征在于，所述相邻的可相对移动式叶片段之间均通过多组连杆滑道机构连接实现两叶片段之间的相对平行移动。5.根据权利要求4所述的低风速风力发电机叶片，其特征在于，每组所述连杆滑道机构包括第一连杆、第二连杆及辅助连杆，所述相对靠近叶片前缘的叶片段的内表面后端设置有第一滑道，所述相对靠近叶片后缘的叶片段的前段设置有由外表面经对接面延伸至内表面的平行双滑道；所述第一连杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚景春，袁凌，韩新月，王小虎，潘磊，郭靖，常慧英，张林中，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11