[實用新型]一種轉動慣量可調的風力機葉片

有效

• 申請號: 201520382373.X
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN204691998U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 廖猜猜;張磊;楊科
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種轉動慣量可調的風力機葉片，屬于風電裝備的零部件設計與制造領域。

背景技術

目前為止，變速變槳控制策略在風力機中得到了廣泛應用。該策略要求風力機在來流風速小于時，風輪轉速跟隨風速變化，以保證風電機組運行在最佳Cp狀態；當來流風速大于或等于額定風速時，要求風機轉速盡可能保持在額定轉速附近，以避免風機超速及帶來更大的極限載荷。實際上，風力機運行的大氣環境，風速變化大且快，由于傳統風力機的轉動慣量是固定的，如果轉動慣量過小，則會使得高風速時轉速波動大且快，風力機易發生超速和產生破壞性載荷，如果轉動慣量過大，則會使得低風速時轉速變換緩慢，不能快速跟蹤風速變化，從而產生功率損失。雖然通過變速變槳控制策略能較好的實現低風速下的轉速變化和高風速下的恒定轉速，但為了更好的實現低風速的最佳功率輸出和高風速時的恒定轉速控制，有必要設計一種轉動慣量可調的風力機葉片。

實用新型內容

針對以上目的，本實用新型采取的技術方案是：一種轉動慣量可調的風力機葉片，該風力機葉片包含一沿著葉片展向布置的圓柱形空腔，空腔內嵌一可自由滑動的圓柱形質量塊，在空腔的兩端分別開有氣孔，以減小質量塊滑動的空氣阻力。當風力機轉速變化時，質量塊將在離心力，重力以及摩擦力的作用沿著展向滑動，從而改變葉片的轉動慣量。而且轉速越高，轉動慣量越大。這樣可以減小高風速下轉速的快速波動，有利于轉速恒定，減少風輪超速的發生以及減小葉片的極限載荷。同時，在低風速時，葉片轉動慣量減小，轉速能快速跟隨風速變化，有利于保持風輪運行在最佳Cp狀態。

優選地，所述圓柱形空腔由金屬制成。優選地，所述圓柱形空腔由合金鋼制成。

優選地，所述圓柱形質量塊由金屬制成。優選地，所述圓柱形質量塊由銅制成，其中可填充高密度材料。

優選地，所述圓柱形空腔的長度和位置需要根據葉片的長度來確定，以達到最好的轉動慣量變化范圍。

優選地，對于無剪切腹板葉片，所述圓柱形空腔采用周向擋板和展向擋板固定；對于有剪切腹板葉片，所述圓柱形空腔采用剪切腹板和展向擋板固定。

優選地，所述圓柱形質量塊其質量需要根據風輪的特定轉速來確定，以使質量塊在初始位置時達到力的平衡。

同現有技術相比，該實用新型具有以下優點：

1、在高風速時，葉片轉動慣量增大，減小高風速下轉速的快速波動，有利于轉速恒定，減少風輪超速的發生以及減小葉片的極限載荷。

2、在低風速時，葉片轉動慣量減小，轉速能快速跟隨風速變化，有利于保持風輪運行在最佳Cp狀態。

附圖說明

圖1轉動慣量可調葉片原理圖；

圖2適用于小葉片的轉動慣量可調裝置示意圖；

圖3適用于大葉片的轉動慣量可調裝置示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施案例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。

如圖1-3所示，一種轉動慣量可調的風力機葉片，該風力機葉片1的中間包含有一個沿著葉片展向布置的圓柱形空腔2，空腔內嵌入一個可以在空腔內自由滑動的圓柱形質量塊3。在空腔的兩端分別開有氣孔4，以減小質量塊3滑動的空氣阻力。當風力機轉速變化時，質量塊3將在離心力，重力以及摩擦力的作用沿著展向滑動，從而改變葉片的轉動慣量。而且轉速越高，轉動慣量越大。這樣可以減小高風速下轉速的快速波動，有利于轉速恒定，減少風輪超速的發生以及減小葉片的極限載荷。同時，在低風速時，葉片轉動慣量減小，轉速能快速跟隨風速變化，有利于保持風輪運行在最佳Cp狀態。

優選地，所述圓柱形空腔2由金屬制成，尤其是合金鋼。主要是具有較好的耐磨性和免維護性。

優選地，所述圓柱形質量塊3由金屬制成，尤其是銅，里面可以填充鉛或其它高密度材料。以更大范圍的改變質心位置。

優選地，所述圓柱形空腔2的長度和位置需要根據葉片的長度來確定，以達到最好的轉動慣量變化范圍。

優選地，所述圓柱形空腔2由以下方式固定：對于無剪切腹板葉片，可以采用圖2中的周向擋板6和展向擋板5固定；對于有剪切腹板葉片，可以采用圖3中的剪切腹板7和展向擋板8固定。用以限制圓柱形空腔2的移動，保證固定的轉動慣量變化范圍。

優選地，所述圓柱形質量塊3其質量需要根據風輪的特定轉速來確定，以使質量塊在初始位置時達到力的平衡。

以上所述僅為本實用新型較佳的實施案例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的范圍之內。