一种铰接式桁架定变桨组合叶片装置，属于风力发电设备技术领域。每个叶片含有叶片桁架和变桨叶片，叶片桁架的一端通过桁架铰接接头连接在风机轮毂上，另一端通过连接驱动装置与变桨叶片连接，变桨叶片绕变桨叶片中心轴线旋转；每个叶片桁架在其中间部位通过桁架拉杆相互拉紧，每个叶片桁架在其外端部通过桁架拉索相互拉紧。由于叶片为铰接桁架拉杆结构，叶片根部的受力状况大为改善，而前端的变桨叶片，结构紧凑、重量较轻，使得变桨叶片的连接装置较为简单、传动链变短，所需驱动功率较小。本发明专利技术可对两段叶片分别进行制造及组装，具有结构简单、现场组装及维护方便、控制简便、安全性高的特点，特别适合于大型及超大型叶片机组。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大型风カ发电机叶片结构，属于风カ发电设备
技术介绍
当今的大部分能源来源是化石燃料:煤、石油以及天然气，以现在的使用速度，已知的剩余煤矿矿藏将在约200年后被用完，而石油和天然气将在不到100年内使用殆尽。化石燃料在使用时会造成大量的环境污染，其中包括导致全球变暖的温室气体。风能是最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一，使用清洁，成本较低，而且取用不尽。风カ发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。风カ发电在为经济增长提供稳定电カ供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。在各类新能源开发中，风カ发电是技术相对成熟、并具有大規模开发和商业开发条件的发电方式，风カ发电可以减少化石燃料发电产生的大量的污染物和碳排放，大規模推广风电可以为节能减排做出积极贡献。在全球能源危机和环境危机日益严重的背景下，风能资源开始受到普遍关注。风カ发电规模化发展给风カ发电装备制造业提供了广阔的市场空间和前景。据估计，全球潜在风カ发电能力超过70万亿千瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。随着未来常规能源成本持续上升，风电优势更为明显，发展会更快，估计未来多年内风电装机容量年均增速将高达20%。根据全球风能委员会的报告，目前德国、西班牙、美国、印度、丹麦、意大利、英国、荷兰、中国、日本和葡萄牙等国的风电装机容量相对较多。国际绿色和平组织和世界风能协会发布的全球产业蓝皮书认为，到2020年全世界风能装机容量将达到12.6亿千瓦，届时风电电量达3.1万亿千瓦时，风电将占世界电カ供应的12%(同时，这种清洁能源将减少约110亿吨的ニ氧化碳排放)。可以看出，包括太阳能、风能、生物质能等在内的可再生能源的利用进入了ー个崭新的发展时期，风能被认为是最有希望与传统能源在发电成本上相抗衡的清洁能源。英国、丹麦等欧洲国家风电机组的平均单机功率已经达到2.5兆瓦，中国平均为1.6兆瓦。海上风机的安装成本较高，因此大型机组更有成本优势，丹麦Vestas的6MW风机即将投入使用，美国Clipper公司开发了 10丽样机，下一代海上风电兆瓦级机组将达到6丽至10丽。近年来中国风电行业呈现爆发性增长，从2005年的年装机容量不到1000MW，到2009年年装机容量超过14000MW，五年时间增长了 14倍，“十二五”期间(2011-2015年)中国的新增风电装机容量将达到40000MW，中国已成为全球瞩目的风电大国。从19世纪末到20世纪初的风カ发电，都是小規模的直流发电，直到20世纪前半期，才开始实现风カ发电机组的大型化，并通过提高空气动カ性能来增大输出功率。到了 20世纪90年代末期，已经大规模采用1MW-1.5丽的风カ发电机组。进入21世纪，风カ发电机组的功率及风轮直径更加趋于大型化，风轮直径达到60-80m、输出功率达2MW的风カ发电机组成为主导机组，同时，海上风カ发电机组也更加大型化。当今，风カ发电的最新技术及发展趋势呈现出大型化、变速运行、变桨距及无齿轮箱等发展趋势，即一、在大型化方面，现在兆瓦级的风电机组已具备了商业化价值，其单机容量可达2 3MW，目前最大的风电机组的海上单机容量可达5丽，风轮叶片长度也大于30m，发电机组的重量也较重，必然在运输及安装上带来较大的困难，风电机组在大风时的结构安全性也面临较大的风险。ニ、在变速运行方面，即与恒速运行的风カ发电机组相比，变速运行的风机具有发电量大、对风速变化的适应性好、生产成本低、效率高等优点，但对于大型风机，由于叶片较长及较重，针对其惯性的控制将是ー个难点。三、在变桨距设计及操作方面，目前定桨距在向变桨距方向发展，变桨距调节的优点是机组起动性能好、输出功率稳定、机组结构受カ小、停机方便安全，但变桨距的机构较为复杂，也増加了变桨装置的故障几率，控制程序比较复杂。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展，大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技木，并开发出了变桨变速风电机组，使得在风能转换上有了进一步完菩和提闻四、在无齿轮箱(直驱式)方面，即采用无齿轮箱的直驱方式，可以有效地提高系统的效率以及运行可靠性，但需要发展低转速的发电机技木。五、在叶片技术方面，风カ发电机组叶片的翼型从当初采用飞机机翼的翼型，发展为最近使用的专门针对风カ发电机的翼型，并且在低雷诺兹数范围内得到更高的升阻比，与飞机使用的翼型相比，翼型变厚，叶片的强度及刚度也大大地提高。仅就叶片而言，当今的大型风カ发电装备存在以下的不足:大型叶片的尺寸越来越长，这对叶片材料重量、強度及刚度提出越来越高的要求，同时，也给运输、安装、维护带来非常大的困难；因此，针对大型叶片的制造与安装、针对现有变桨机构的复杂性、针对机组运行过程中输出功率的稳定性、针对机组的起动性及停机方便安全性等方面，研究新型的叶片技术是当今发展大型及超大型叶片结构的技术关键和难点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的g在提出用于大型风カ发电机的铰接式桁架定变桨叶片，主要采用两段式组合叶片，解决大型叶片的制造及组装问题；采用铰接式桁架结构，并通过桁架拉杆以及拉索依次将叶片桁架拉紧，改善叶片的受カ状态；通过对前端变桨叶片的转动与控制，非常方便地针对不同风况进行旋转カ矩的调节。本专利技术的技术方案如下:一种铰接式桁架定变桨组合叶片装置，含有风机轮毂和至少三个叶片，其特征在干:每个叶片含有叶片桁架和变桨叶片，所述叶片桁架的一端通过桁架铰接接头连接在风机轮毂上，另一端通过连接驱动装置与变桨叶片连接，所述变桨叶片为旋转叶片，绕叶片中心轴线旋转；每个叶片桁架在其中间部位通过桁架拉杆相互拉紧，每个叶片桁架在其外端部通过桁架拉索相互拉紧，在每根桁架拉索上装有拉カ弹簧。本专利技术的技术特征还在于:所述叶片桁架包括多根桁架杆件、桁架角连接片、桁架杆件连接螺栓和桁架端板；每根桁架杆件的两端都通过桁架杆件连接螺栓与桁架角连接片连接，桁架角连接片将多根桁架杆件连接并组成桁架。本专利技术的技术特征还在于:所述连接驱动装置包括变桨驱动电机、变桨驱动齿轮、蜗杆连接齿轮、蜗杆、蜗轮、蜗轮连接架、变桨轴承、承力框架和变桨连接法兰；变桨驱动电机通过驱动电机固定装置安装在承力框架的内部，变桨驱动电机的输出轴与变桨驱动齿轮连接，变桨驱动齿轮与蜗杆连接齿轮咬合，蜗杆连接齿轮固定在蜗杆上，蜗杆的两端分别与蜗杆端头轴承内环固接，蜗杆端头轴承的外环通过蜗杆连接螺栓连接在承カ框架上；蜗轮通过蜗轮连接架与变桨轴承内环连接；变桨轴承的外环与承カ框架相连接；变桨连接法兰与变桨轴承的内环相连，变桨叶片与变桨连接法兰固定连接；所述的承力框架与叶片桁架的桁架端板固定相连。本专利技术的技术特征还在于:所述叶片桁架长度与变桨叶片长度的比为1:0.3 1:0.5。本专利技术的技术特征还在于:所述的连接驱动装置的外部由连接装置整流罩包覆，连接装置整流罩的断面形状与变桨叶片的断面形状相一致。本专利技术与现有的技术相比，具有以下特点及突出效果:①采用两段式，便于大型叶片的制造及组装采用铰接式桁架结构，并通过桁架拉杆以及拉索依次将叶片桁架拉紧，改善了叶片的受力状态；③变桨叶片较轻，控制简单及精度高，对叶片的启动及停机控制简便，所需要的驱动电机的功率较小可以采用驱动电机及转动齿轮驱动变桨叶片，而不需要复本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铰接式桁架定变桨组合叶片装置，含有风机轮毂(1)和至少三个叶片，其特征在于：每个叶片含有叶片桁架(2)和变桨叶片(3)，所述叶片桁架(2)的一端通过桁架铰接接头(7)连接在风机轮毂(1)上，另一端通过连接驱动装置(4)与变桨叶片(3)连接，所述变桨叶片(3)为旋转叶片，绕变桨叶片中心轴线(32)旋转；每个叶片桁架(2)在其中间部位通过桁架拉杆(5)相互拉紧，每个叶片桁架(2)在其外端部通过桁架拉索(6)相互拉紧，在每根桁架拉索(6)上装有拉力弹簧(27)。
【技术特征摘要】
1.一种铰接式桁架定变桨组合叶片装置，含有风机轮毂(I)和至少三个叶片，其特征在于:每个叶片含有叶片桁架(2)和变桨叶片(3)，所述叶片桁架(2)的一端通过桁架铰接接头(7)连接在风机轮毂(I)上，另一端通过连接驱动装置(4)与变桨叶片(3)连接，所述变桨叶片(3)为旋转叶片，绕变桨叶片中心轴线(32)旋转；每个叶片桁架(2)在其中间部位通过桁架拉杆(5)相互拉紧，每个叶片桁架(2)在其外端部通过桁架拉索(6)相互拉紧，在每根桁架拉索(6)上装有拉カ弹簧(27)。2.按照权利要求1所述的ー种铰接式桁架定变桨组合叶片装置，其特征在于:叶片桁架(2)包括多根桁架杆件(10)、桁架角连接片(11)、桁架杆件连接螺栓(30)和桁架端板(13);每根桁架杆件(10)的两端都通过桁架杆件连接螺栓(30)与桁架角连接片(11)连接，桁架角连接片(11)将多根桁架杆件(10)连接并组成桁架。3.按照权利要求1所述的ー种铰接式桁架定变桨组合叶片装置，其特征在于:所述连接驱动装置(4)包括变桨驱动电机(15)、变桨驱动齿轮(17)、蜗杆连接齿轮(18)、蜗杆(19)、蜗轮(33)、蜗轮连接架(25)、变桨轴承(...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾攀，陆红亚，马源，雷丽萍，谢炜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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