一种可抗强风的风力发电机桨叶制造技术

本发明专利技术公开了一种可抗强风的风力发电机桨叶，包括第一桨叶外壳、第二桨叶外壳和伸缩杆机构，所述第一桨叶外壳的一端连接轮毂，第一桨叶外壳的另一端设有开口，所述第二桨叶外壳的一端通过开口伸进第一桨叶外壳的内腔；所述伸缩杆机构设置在第一桨叶外壳和第二桨叶外壳之间，通过伸缩杆机构的伸缩运动来调节第二桨叶外壳的伸进距离，进而调节第一桨叶外壳和第二桨叶外壳的整体长度。本发明专利技术可根据实际风环境自动调节自身长度，在风速很小时，通过充分伸展叶桨获得足够启动弯矩，风速过高时，通过收缩叶桨可有效提高叶桨抗扭转颤振性能，降低了叶片受损风险；其具有广泛的工程应用前景，社会经济效益重大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电机设备，尤其是一种可抗强风的风力发电机桨叶，其特别适用于处在强台风、飓风等多发区的风力发电机中，可以有效降低风力发电机在遭遇极端风环境时所发生的破坏。
技术介绍
随着人类社会能源消耗的不断增长，化石资源诸如煤炭、石油、天然气等的日益枯竭，环境污染问题不断突显，这些都对能源持续供给形成了很大的压力，能源安全成为当今世界各国发展中所必须直面的一个难题与挑战。风能作为一种可再生能源，因具有储量大、无污染、使用便捷等特点，其开发和利用已经在全世界范围愈加受到重视。风力发电技术是 涉及空气动力学、自动控制、机械工程、电机学、计算机技术、材料科学等多学科的综合性高技术系统，它是风能利用最主要形式，当前已成为各国竞相研究的热点。特别是海上风力发电具有风能储量大、节约用地、减少噪音污染等优点，如今已在世界各地得到了快速发展。但是，海上风电场的运行条件较陆上时更为严酷，可能遭受的环境作用包括强风、巨浪、地震、偶然撞击等。由于海上丰富的风能资源及风电技术的发展和经验不断积累，人类势必克服重重困难，推动海上风能的规模化及海上风电产业的进步。风力发电机组从能量转换的角度看可分为两大部分其一是风轮，它的功能是将风能转换为机械能；其二是发电机，它的功能是把机械能转换为电能。风轮是获取风中能量的关键部件，由桨叶和轮毂组成。风机桨叶具有尺寸大、外形复杂、精度要求高、对强度和刚度要求高、表面粗糙度要求高、要求质量分布均匀性好等特点，是整个风机的最核心部分，占整个风电机成本的20%。由著名的贝兹(Betz)理论可知，风电机实际得到的有用功率输出为P = ^pS\^(\f式中，P为气流密度，S为风轮扫及面积，Cp (〈O. 593)为风力机的实际风能利用系数，V1为距离风力机一定距离的上游风速。上式说明，风力机从自然风中索取的能量是有限的，这部分能量理论上与风力机的风轮扫及面积成正比，即桨叶的长度平方成正比；同时能量的转换将导致功率的下降，其功率的损失部分可以解释为留在尾流中的旋转功能。在实践应用当中，工程师们倾向于把结构材料利用到极限，使得结构越来越轻巧，以增加有效荷载，最大限度的利用风能，从而获得更大的经济效益。国外风机桨叶的研制正朝着大型化、高性能、轻量化、低成本发展。世界上最大的桨叶制造商丹麦的LM公司现已开发54m的全玻璃纤维桨叶，其单位KW小时成本很低，同时开发横梁和端部使用少量碳纤维的61m大型叶片，以开发5MW风机。随着桨叶长度的增长和近海风电的发展，桨叶将遇到更复杂的气动力，进一步增长了由于气动力而导致破坏的危险。随着科学技术迅速发展，风力发电机组朝着大型化挺近，单机容量不断提升。得益于新型高性能材料不断问世，风力发电机组的桨叶越做越长，使得结构的柔度和挠性增大，气流所诱发的结构振动问题日趋严重化。桨叶是风力发电机组中受力最复杂的部件。它不停地旋转，各种激振力几乎都是通过叶片传递出去的。无论是地球附面层形成的风的不均匀流，还是重力的影响以及阵风等因素，都是作用在桨叶上。风电机组桨叶展向长、弦向短，柔性较好，是一个容易发生振动的细长弹性体，风机各种机械振动首先发生在桨叶上。同时,桨叶还是一个典型的气动力元件，在旋转过程中不仅承受机械振动还要承受气动力。在空气动力作用下这些薄壁结构桨叶极易变形而发生颤振，空气与气流耦合振动问题的严重程度不断增加，影响了风力发电机组的健康运转。
技术实现思路
专利技术目的为了克服现有技术中存在的风力发电机桨叶抗风性能不足，本专利技术提供了一种可抗强风的风力发电机桨叶，其特别适用于处在强台风、飓风等多发区的风力发电机中，可以有效降低风力发电机在遭遇极端风环境时所发生的破坏。 为了解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术方案一种可抗强风的风力发电机桨叶，包括第一桨叶外壳、第二桨叶外壳，所述第一桨叶外壳的一端连接轮毂，第一桨叶外壳的另一端设有开口，所述第二桨叶外壳的一端通过开口伸进第一桨叶外壳的内腔；在第一桨叶外壳和第二桨叶外壳之间设有可调节第二桨叶外壳的伸进距离的伸缩杆机构。进一步的，所述伸缩杆机构包括在第一桨叶外壳的内腔沿径向设置的支撑导轨，所述支撑导轨的一端连接轮毂，另一端设置驱动齿轮和位移传感器；在第二桨叶外壳的内腔沿径向设置齿条，所述齿条的一端连接第二桨叶外壳的内壁，另一端与驱动齿轮配合，齿条的齿顶平面与支撑导轨的侧面贴合。进一步的，所述伸缩杆机构包括在第一桨叶外壳的内腔沿径向设置的伸缩油缸，所述伸缩油缸的外侧依次套设第一节臂、第二节臂、第三节臂和第四节臂，所述第四节臂的一端与第二桨叶外壳的内壁连接，所述第一节臂的一端分别连接轮毂和伸缩油缸的塞杆；所述第二节臂的一端固定有伸缩油缸以及第一滑轮，在伸缩油缸的端部设置第二滑轮，在第三节臂的两端分别设置第三滑轮和第四滑轮；所述第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮上分别缠绕第一伸缩绳、第二伸缩绳、第三伸缩绳和第四伸缩绳，所述第一伸缩绳的两端和第二伸缩绳的两端分别固定连接在第三节臂和第一节臂上，所述第三伸缩绳的两端均固定第四节臂上，所述第四伸缩绳的两端分别固定连接第四节臂和第二节臂上；在第二桨叶外壳伸进端的内壁上设置位移传感器21。更进一步的，所述第二桨叶外壳为等截面壳体，第二桨叶外壳的截面形状与第一桨叶外壳开口端的内孔相适配。再更进一步的，所述第一桨叶外壳的内腔设置第一加强筋，第二桨叶外壳的内腔设置第二加强筋，在第一桨叶外壳开口端的内壁镶嵌有加强框。有益效果本专利技术的叶桨外壳具备可根据实际风环境自动调节自身长度的功能，在风速很小时，通过充分伸展叶桨获得足够启动弯矩，风速过高时，通过收缩叶桨可有效提高了叶桨抗扭转颤振性能，降低了叶片受损风险；随着世界范围内风能的开发与利用不断发展与进步，该桨叶结构为电力工程师带来了一种全新的选择，为进一步开发海上风力资源提供了一项重要的技术储备，因此具有广泛的工程应用前景，社会经济效益重大。附图说明图I是本专利技术实施例一的桨叶伸展状态示意图；图2是本专利技术实施例一的桨叶收缩状态示意图；图3是本专利技术实施例一的伸缩杆机构控制原理图； 图4是本专利技术实施例二的桨叶伸展状态示意图；图5是本专利技术实施例二的桨叶收缩状态示意图；图6是本专利技术实施例二的伸缩杆机构的内部构造图；图7是本专利技术实施例二的伸缩杆机构控制原理图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。实施例一如图I至7所示，本专利技术的一种可抗强风的风力发电机桨叶包括第一桨叶外壳I、第二桨叶外壳2和伸缩杆机构。所述第一桨叶外壳I的一端连接轮毂，另一端设有开口 3，第一桨叶外壳I的内壁上装配第一加强筋22，在开口端的内壁镶嵌有加强框24 ;第二桨叶外壳2为等截面壳体，截面形状与第一桨叶外壳I开口端的内孔相适配，在第二桨叶外壳2的内腔设置第二加强筋23 ;第二桨叶外壳2的一端通过开口 3伸进第一桨叶外壳I的内腔，与第一桨叶外壳I连接为一整体。第一桨叶外壳I、第二桨叶外壳2采用玻璃钢材料，第一加强筋22、第二加强筋23和加强框24均采用金属钢材质。第一加强筋22和第二加强筋23分别承担第一桨叶外壳I和第二桨叶外壳2大部分的弯曲荷载；第一桨叶外壳I和第二桨叶外壳2除了需满足气动性能外，也要承担部分荷载；加强框24增加了第一桨叶外壳I开口端的强度，防止其开裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可抗强风的风力发电机桨叶，其特征在于：包括第一桨叶外壳（1）、第二桨叶外壳（2），所述第一桨叶外壳（1）的一端连接轮毂，第一桨叶外壳（1）的另一端设有开口（3），所述第二桨叶外壳（2）的一端通过开口（3）伸进第一桨叶外壳（1）的内腔；在第一桨叶外壳（1）和第二桨叶外壳（2）之间设有可调节第二桨叶外壳（2）的伸进距离的伸缩杆机构。

【技术特征摘要】
1.一种可抗强风的风力发电机桨叶，其特征在于包括第一桨叶外壳(I)、第二桨叶外壳(2)，所述第一桨叶外壳(I)的一端连接轮毂，第一桨叶外壳(I)的另一端设有开口(3)，所述第二桨叶外壳(2)的一端通过开口(3)伸进第一桨叶外壳(I)的内腔；在第一桨叶外壳(I)和第二桨叶外壳(2)之间设有可调节第二桨叶外壳(2)的伸进距离的伸缩杆机构。2.根据权利要求I所述的一种可抗强风的风力发电机桨叶，其特征在于所述伸缩杆机构包括在第一桨叶外壳(I)的内腔沿径向设置的支撑导轨(4)，所述支撑导轨(4)的一端连接轮毂，另一端设置驱动齿轮(5)和位移传感器(21);在第二桨叶外壳(2)的内腔沿径向设置齿条(6)，所述齿条(6)的一端连接第二桨叶外壳(2)的内壁，另一端与驱动齿轮(5)配合，齿条(6)的齿顶平面与支撑导轨(4)的侧面贴合。3.根据权利要求I所述的一种可抗强风的风力发电机桨叶，其特征在于所述伸缩杆机构包括在第一桨叶外壳(I)的内腔沿径向设置的伸缩油缸(7)，所述伸缩油缸(7)的外侧依次套设第一节臂(11)、第二节臂(10)、第三节臂(9)和第四节臂(8);所述第四节臂(8) 的一端与第二桨叶外壳(2)的内壁连接，所述第一节臂(11)的一端分别连接轮毂和伸缩油 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，祝谭雍，舒赣平，王龙花，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：