一种可变桨距角的叶片组件及转子及风力设备和发电设备制造技术

本实用新型专利技术提供一种可变桨距角的叶片组件及转子及风力设备和发电设备，具体涉及可变桨距角的叶片组件，包括：具有多个叶片段的叶片，至少两个相邻叶片段可相对彼此转动以改变其桨距角；和变桨距引导机构，包括固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段之一的周向延伸导轨和固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段中另一个的一个或多个引导件，其中所述一个或多个引导件被构造成在所述导轨上被引导运动。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于风力设备、特别是风力发电设备领域，涉及一种特别是水平轴风力发电机的多段式转子叶片以及叶片的制造方法。本技术还涉及具有该叶片的转子和具有该转子的风力、海洋流和潮流发电设备。
技术介绍
风能是清洁的可再生能源，近年来快速发展。清洁的可再生能源要与常规能源(煤、石油、天然气以及大中型水电)展开竞争，降低成本，提高其运行效率非常重要。风力发电单位成本随风力发电的单机功率的增大而降低。大型水平轴风力发电机在制造、安装和运行时更具有成本优势。目前世界风力发电机进一步向大功率、长叶片方向发展。对于大型叶片，叶片的重量和刚度也成为主要问题。提高大型叶片的强度和刚度，同时减轻叶片的重量，降低叶片的成本，是当前风电发展需要迫切解决的问题。大型叶片按全尺寸生产，难以运输，也越来越成为制约风电发展的一个瓶颈。对于未来可能的更大尺寸的风机叶片，全尺寸叶片的长距离运输将更加困难。水平轴风力发电机的叶片是绕水平轴旋转运动的，沿叶片长度方向不同截面的线速度是不同的，叶尖处最快、靠叶根处最慢。对于同样的风速，在叶尖处相对风速与风轮平面夹角最小、在叶根处相对风速与风轮平面夹角最大，为了使叶片各段都能工作在最佳的攻角，叶片一般都做成扭转的。通常，从根部到尖部，扭角为10-20°。如图1a和1b所示，显示了一种示例性叶片翼型弦长变化和扭转示意图。其中图1a大体示出了叶片的侧面视图，而图1b分别示出了沿大体垂直于叶片纵轴线截取的多个横截面视图，这些横截面是在叶片的不同的纵向位置、如叶尖、叶中部或叶根部处截取的。S1-S6显示了叶尖部分的翼型、S7显示了叶尖和叶中部之间的过渡部分的翼型、S8-S12显示了叶中部的翼型、S13显示了叶中部和叶根部之间的过渡部分的翼型、S14-S21显示了叶中部至叶根部的翼型，从而在叶片的不同纵向位置处的不同叶片扭角被示出。目前，大型水平轴风力发电机普遍采用变桨距控制技术。通常，桨距角指的是叶片尖端翼型弦线与风轮转子旋转平面的夹角。在遇到极端风速时，可转动整个叶片以试图将其调为顺风状态。叶片的主要段弦线与风向平行，称为全顺桨状态，此时叶片迎风面积最小，叶片和风力机受风力作用大大减小。但是，现有技术叶片制造时一般都做成有安装扭角，使得在靠叶片根处的安装扭角最大。在这种情况下，目前对大型叶片变桨距控制，不可能使全部叶片截面弦线都处于与风向平行(正桨距角为90°度)的全顺桨状态，叶片的局部和风力机可能仍受到较大荷载。此外，现有技术叶片各个截面位置的叶片安装扭角，通常是按额定风速下叶片有最佳的攻角计算得出的。对于不处于额定风速的风速下，对整个叶片调节叶片桨距角，就是对叶片的各个叶片纵向截面位置增减一个统一的叶片桨距角度，很难获得各截面位置叶片的最佳的攻角。有现有技术提出对风力发电机叶片进行分段的变桨距控制方法。中国专利公告号CN102628423B涉及一种叶片部分变桨距风力涡轮机，以及在极端风况下控制部分变桨距风力涡轮机叶片的方法。风力涡轮机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，第二叶片段可相对于第一叶片段俯仰。优选地，第一叶片段为失速控制的叶片段、即被固定，第二叶片段为俯仰控制。在极端风况下，先将第二叶片段旋转在顺桨位置，然后使第二叶片段相对于第一叶片段以大体正交的桨距角定位并锁定，以减少极端荷载的大小。所述第一叶片段的表面积大体上等于所述第二叶片段的表面积，使得由迎面而来的风在所述第二叶片段上产生的力与其在所述第一叶片段上产生的力相比，大小大体相等，但方向上正交，以使作用于风力涡轮机结构上的合成的力矢量最小化。在上述CN102628423B的风力涡轮机中，在正常运行时，只能对第二叶片段变桨距角，这样不能有效地最优化风能的运行效率。另外，即使第一和第二叶片段的表面积相同，并不能确保在这两个叶片段上产生的力大体相等，而第一叶片段和第二叶片段大体正交，也不能确保在这两个叶片段上产生的力方向上大体正交，从而不一定能使作用于风力涡轮机结构上的合成的力矢量最小化。此外，在上述CN102628423B的风力涡轮机的叶片中，第一叶片段和第二叶片段之间的界面因变桨距系统的安装而成为整个叶片的薄弱断面，没有连接加强装置，难以满足抵抗极端载荷的强度和刚度要求。美国专利申请公开号No.2009/0148285和2009/0148291涉及一种多段式叶片部分变桨距风力涡轮机，其叶片上有毂延伸件和整流装置。在极端风况下，叶片的外侧叶片段变桨距至顺桨位置，有整流装置的内侧叶片部分保持固定。依照上述美国专利申请公开号No.2009/0148285和2009/0148291的专利技术的风力涡轮机，由于内侧叶片部分保持固定，此段叶片不能变桨距至顺桨位置，这样不能使在极端风况下整个叶片上的载荷最小化。另外，叶片仅靠变桨距系统连接，没有连接加强装置，难以满足抵抗极端载荷的强度和刚度要求。因此，希望提供一种能具有高强度和刚度的多段式的叶片，且其能够有效且高效地变换桨距。
技术实现思路
本技术的任务是提供一种多段式的可变桨距的叶片。根据本技术的一个方案，提供一种可变桨距角的叶片组件，包括：具有多个叶片段的叶片，至少两个相邻叶片段可相对彼此转动以改变其桨距角；和变桨距引导机构，包括固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段之一的周向延伸导轨和固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段中另一个的一个或多个引导件，其中所述一个或多个引导件被构造成连接至所述导轨且在所述导轨上被引导运动。借助于外部设置的变桨距引导机构，能实现叶片段之间有效且高效的桨距变换。此外，所设置的变桨距引导机构还提供了作为其他功能元件的可能性。在本技术的一个实施例中，至少一个变桨距引导机构还构造成用于可承载地连接相邻两个叶片段的连接机构，而不影响这两个叶片段之间的相对转动。或者说，根据本技术实施例提供至少一个固定至叶片且沿叶片纵向延伸跨过一段跨距的连接支架，其可用作根据本技术实施例的变桨距引导机构。在根据本技术的实施例中，这种引导和承载地双功能机构不仅能够有利地提供有效且高效的桨距变换，而且还减少或消除了设置变桨距功能造成的叶片段接合界面处的承载薄弱的情况。根据一个实施例，叶片组件还包括设置在至少两个相邻叶片段之间的界面处的变桨距致动机构。根据一个实施例，所述变桨距致动机构包括设置在叶片内的驱动器和变桨距轴承。根据一个实施例，所述变桨距引导机构包括多个周向间隔设置的引导件。根据一个实施例，所述引导件包括沿所述导轨滚动的滚动件和/或沿所述导轨滑动的滑动件。根据一个实施例，所述引导件包括一对分别沿所述导轨的顶面和底面滚动的滚动件。借助该对滚动件，不仅提供滚动件沿周向导轨对滚动，还提供滚动件相对于导轨沿叶片纵向运动的约束，以提供两个叶片段之间的承载式连接。根据一个实施例，所述滚动件包括滚动轴承。根据一个实施例，所述变桨距引导机构还包括用于将导轨固定连接至叶片的第一支腿和用于将所述引导件固定至叶片的第二支腿。根据一个实施例，所述变桨距引导机构还包括沿叶片纵向延伸跨过一段跨距的连接元件，所述连接元件的第一端固定至第二支腿，第二端设置所述引导件。根据一个实施例，所述导轨呈周向环绕所述叶片的圆环形。根据另一实施例，可以设置一个或多个沿周向延伸的圆弧段形式的导轨。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变桨距角的叶片组件，其特征是，包括：具有多个叶片段的叶片，至少两个相邻叶片段可相对彼此转动以改变其桨距角；和变桨距引导机构，包括固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段之一的周向延伸导轨和固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段中另一个的一个或多个引导件，其中所述一个或多个引导件被构造成连接至所述导轨且在所述导轨上被引导运动。

【技术特征摘要】
1.一种可变桨距角的叶片组件，其特征是，包括：具有多个叶片段的叶片，至少两个相邻叶片段可相对彼此转动以改变其桨距角；和变桨距引导机构，包括固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段之一的周向延伸导轨和固定至可相对彼此转动的两个相邻叶片段中另一个的一个或多个引导件，其中所述一个或多个引导件被构造成连接至所述导轨且在所述导轨上被引导运动。2.根据权利要求1所述的叶片组件，还包括设置在至少两个相邻叶片段之间的界面处的变桨距致动机构。3.根据权利要求2所述的叶片组件，其特征是，所述变桨距致动机构包括设置在叶片内的驱动器和变桨距轴承。4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片组件，其特征是，所述变桨距引导机构包括多个周向间隔设置的引导件。5.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片组件，其特征是，所述引导件包括沿所述导轨滚动的滚动件和/或沿所述导轨滑动的滑动件。6.根据权利要求5所述的叶片组件，其特征是，所述引导件包括一对分别沿所述导轨的顶面和底面滚动的滚动件。7.根据权利要求5所述的叶片组件，其特征是，所述滚动件包括滚动轴承。8.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片组件，其特征是，所述变桨距引导机构还包括用于将导轨固定连接至叶片的第一支腿和用于将所述引导件固定至叶片的第二支腿。9.根据权利要求8所述的叶片组件，其特征是，所述变桨距引导机构还包括沿叶片纵向延伸跨过一段跨距的连接元件，所述连接元件的第一端固定至第二支腿，第二端设置所述引导件。10.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片组件，其特征是，所述导轨呈周向环绕所述叶片的圆环形。11.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片组件，其特征是，还包括至少一个细长的叶片加强...

【专利技术属性】
技术研发人员：周方，
申请(专利权)人：周方，
类型：新型
国别省市：北京;11