一种转动惯量可调的风力机叶片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种转动惯量可调的风力机叶片，该风力机叶片的中间包含有一个沿着叶片展向布置的圆柱形空腔，空腔内嵌入一个可以在空腔内自由滑动的圆柱形质量块。在空腔的两端分别开有气孔，以减小质量块滑动的空气阻力。当风力机转速变化时，质量块将在离心力，重力以及摩擦力的作用沿着展向滑动，从而改变叶片的转动惯量。而且转速越高，转动惯量越大。这样可以减小高风速下转速的快速波动，有利于转速恒定，减少风轮超速的发生以及减小叶片的极限载荷。同时，在低风速时，叶片转动惯量减小，转速能快速跟随风速变化，有利于保持风轮运行在最佳Cp状态。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种转动惯量可调的风力机叶片，属于风电装备的零部件设计与制造领域。
技术介绍
目前为止，变速变桨控制策略在风力机中得到了广泛应用。该策略要求风力机在来流风速小于时，风轮转速跟随风速变化，以保证风电机组运行在最佳Cp状态；当来流风速大于或等于额定风速时，要求风机转速尽可能保持在额定转速附近，以避免风机超速及带来更大的极限载荷。实际上，风力机运行的大气环境，风速变化大且快，由于传统风力机的转动惯量是固定的，如果转动惯量过小，则会使得高风速时转速波动大且快，风力机易发生超速和产生破坏性载荷，如果转动惯量过大，则会使得低风速时转速变换缓慢，不能快速跟踪风速变化，从而产生功率损失。虽然通过变速变桨控制策略能较好的实现低风速下的转速变化和高风速下的恒定转速，但为了更好的实现低风速的最佳功率输出和高风速时的恒定转速控制，有必要设计一种转动惯量可调的风力机叶片。
技术实现思路
针对以上目的，本技术采取的技术方案是:一种转动惯量可调的风力机叶片，该风力机叶片包含一沿着叶片展向布置的圆柱形空腔，空腔内嵌一可自由滑动的圆柱形质量块，在空腔的两端分别开有气孔，以减小质量块滑动的空气阻力。当风力机转速变化时，质量块将在离心力，重力以及摩擦力的作用沿着展向滑动，从而改变叶片的转动惯量。而且转速越高，转动惯量越大。这样可以减小高风速下转速的快速波动，有利于转速恒定，减少风轮超速的发生以及减小叶片的极限载荷。同时，在低风速时，叶片转动惯量减小，转速能快速跟随风速变化，有利于保持风轮运行在最佳Cp状态。优选地，所述圆柱形空腔由金属制成。优选地，所述圆柱形空腔由合金钢制成。优选地，所述圆柱形质量块由金属制成。优选地，所述圆柱形质量块由铜制成，其中可填充高密度材料。优选地，所述圆柱形空腔的长度和位置需要根据叶片的长度来确定，以达到最好的转动惯量变化范围。优选地，对于无剪切腹板叶片，所述圆柱形空腔采用周向挡板和展向挡板固定；对于有剪切腹板叶片，所述圆柱形空腔采用剪切腹板和展向挡板固定。优选地，所述圆柱形质量块其质量需要根据风轮的特定转速来确定，以使质量块在初始位置时达到力的平衡。同现有技术相比，该技术具有以下优点:1、在高风速时，叶片转动惯量增大，减小高风速下转速的快速波动，有利于转速恒定，减少风轮超速的发生以及减小叶片的极限载荷。2、在低风速时，叶片转动惯量减小，转速能快速跟随风速变化，有利于保持风轮运行在最佳Cp状态。【附图说明】图1转动惯量可调叶片原理图；图2适用于小叶片的转动惯量可调装置示意图；图3适用于大叶片的转动惯量可调装置示意图。【具体实施方式】为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施案例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。如图1-3所示，一种转动惯量可调的风力机叶片，该风力机叶片I的中间包含有一个沿着叶片展向布置的圆柱形空腔2，空腔内嵌入一个可以在空腔内自由滑动的圆柱形质量块3。在空腔的两端分别开有气孔4，以减小质量块3滑动的空气阻力。当风力机转速变化时，质量块3将在离心力，重力以及摩擦力的作用沿着展向滑动，从而改变叶片的转动惯量。而且转速越高，转动惯量越大。这样可以减小高风速下转速的快速波动，有利于转速恒定，减少风轮超速的发生以及减小叶片的极限载荷。同时，在低风速时，叶片转动惯量减小，转速能快速跟随风速变化，有利于保持风轮运行在最佳Cp状态。优选地，所述圆柱形空腔2由金属制成，尤其是合金钢。主要是具有较好的耐磨性和免维护性。优选地，所述圆柱形质量块3由金属制成，尤其是铜，里面可以填充铅或其它高密度材料。以更大范围的改变质心位置。优选地，所述圆柱形空腔2的长度和位置需要根据叶片的长度来确定，以达到最好的转动惯量变化范围。优选地，所述圆柱形空腔2由以下方式固定:对于无剪切腹板叶片，可以采用图2中的周向挡板6和展向挡板5固定；对于有剪切腹板叶片，可以采用图3中的剪切腹板7和展向挡板8固定。用以限制圆柱形空腔2的移动，保证固定的转动惯量变化范围。优选地，所述圆柱形质量块3其质量需要根据风轮的特定转速来确定，以使质量块在初始位置时达到力的平衡。以上所述仅为本技术较佳的实施案例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。【主权项】1.一种转动惯量可调的风力机叶片，其特征在于:该风力机叶片包含一沿着叶片展向布置的圆柱形空腔，所述空腔内嵌一个可自由滑动的圆柱形质量块，在所述空腔的两端分别开有气孔，以减小所述质量块滑动的空气阻力。2.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述圆柱形空腔由金属制成。3.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述圆柱形质量块由金属制成。4.根据权利要求2所述的风力机叶片，其特征在于，所述圆柱形空腔由合金钢制成。5.根据权利要求2所述的风力机叶片，其特征在于，对于无剪切腹板叶片，所述圆柱形空腔采用布置在叶片中的周向挡板和展向挡板固定；对于有剪切腹板叶片，所述圆柱形空腔采用剪切腹板和展向挡板固定。6.根据权利要求3所述的风力机叶片，其特征在于，所述圆柱形质量块由铜制成，其中可填充高密度材料。【专利摘要】本技术公开了一种转动惯量可调的风力机叶片，该风力机叶片的中间包含有一个沿着叶片展向布置的圆柱形空腔，空腔内嵌入一个可以在空腔内自由滑动的圆柱形质量块。在空腔的两端分别开有气孔，以减小质量块滑动的空气阻力。当风力机转速变化时，质量块将在离心力，重力以及摩擦力的作用沿着展向滑动，从而改变叶片的转动惯量。而且转速越高，转动惯量越大。这样可以减小高风速下转速的快速波动，有利于转速恒定，减少风轮超速的发生以及减小叶片的极限载荷。同时，在低风速时，叶片转动惯量减小，转速能快速跟随风速变化，有利于保持风轮运行在最佳Cp状态。【IPC分类】F03D11/00【公开号】CN204691998【申请号】CN201520382373【专利技术人】廖猜猜, 张磊, 杨科 【申请人】中国科学院工程热物理研究所【公开日】2015年10月7日【申请日】2015年6月5日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转动惯量可调的风力机叶片，其特征在于：该风力机叶片包含一沿着叶片展向布置的圆柱形空腔，所述空腔内嵌一个可自由滑动的圆柱形质量块，在所述空腔的两端分别开有气孔，以减小所述质量块滑动的空气阻力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖猜猜，张磊，杨科，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11