[發(fā)明專利]一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610044748.0
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105649868B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 曾攀;楊陽;雷麗萍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，屬于風力發(fā)電設備領域。該裝置設置在葉片的迎風面上，它包括前端拉桿組件、中部增強組件及后端拉桿組件。每個組件都由翼刀組件及拉桿組成；翼刀組件中的翼刀支架上有兩個孔，使得各級拉桿與翼刀支架連接后的位置成交錯串聯(lián)狀態(tài)。本發(fā)明所提供的裝置僅在葉片的面外安裝翼刀組件及拉桿，對葉片的氣動效果影響較小，翼刀支架對葉片表面上的展向流動有抑制作用，可以減少誘導阻力，整個增強裝置可以大幅度提高葉片的面外剛度，起到減振和降低葉片應力的效果；本發(fā)明所提供的裝置具有結構簡單、重量輕巧、氣動影響小、安裝方便等特點，適合大型風機葉片的增強。

技術領域

本發(fā)明涉及大中型風力發(fā)電機葉片結構，屬于風力發(fā)電設備領域。

背景技術

風能資源在世界范圍內(nèi)非常豐富，幾乎所有的地區(qū)和國家都有可觀的風能儲量。近年石油危機頻發(fā)，世界各國的石油儲量、煤儲量都將在數(shù)百年內(nèi)耗竭，因此，中國、美國、英國、西班牙等國家都逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到新能源的開發(fā)與利用當中。風能作為可再生能源的重要組成部分之一，在引起研究者廣泛關注的同時，也得到了各國政府的大力支持。

從上世紀70年代到現(xiàn)代，世界風電取得了驚人的發(fā)展。1996年的世界風電總發(fā)電量僅為12.2TWh；十年后，2008年全世界風電發(fā)電量即達到約219TWh，占當年世界總發(fā)電量20261TWh的1.1％，在三年之間，全世界風電的發(fā)電量達到了的460TWh(2011年)，占當年世界發(fā)電總量22018TWh的2.1％。

上世紀90年代初，德國設計制造的200kW的風機大規(guī)模投產(chǎn)，這種風機的風輪直徑為25m，塔架高度30m。2011年3月，維斯塔斯(Vestas)發(fā)布了風輪直徑達到164m的7MW海上風機。三菱電力系統(tǒng)歐洲(MPSE)則發(fā)布了風輪直徑165m的7MW海上風力發(fā)電機組，西門子、阿爾斯通、Nordex也在2011年推出6MW的大型風力發(fā)電機組，葉片的大型化能夠顯著提升風力發(fā)電機的單機裝機容量，顯著提升風場中風能的利用效率。

目風機葉片正不斷地朝著大型化方向發(fā)展，單個葉片的重量和額定功率分別正比于葉片長度的三次方和二次方關系，目前陸地和海上主流風力發(fā)電裝備組分別為1～3MW和3～5MW，其葉片長度為26～50m和50～65m。隨著葉片長度增加，重量增長過快，隨之而來的運輸及安裝等問題，都使輕量化成為人們研究的重點。在過去，風機葉片材料主要采用木材、帆布及金屬。現(xiàn)在則主要采用質(zhì)量較輕的玻璃鋼、碳纖維增強復合材料等新型復合材料。丹麥的LM公司一直是全球最大的風力發(fā)電集團，其市場份額占世界的45％。LM公司目前生產(chǎn)的最長葉片為61.5m，材質(zhì)為環(huán)氧基玻纖維增強復合材料，單支葉片重量達到了17.7噸。可以看出單純依靠玻璃鋼等復合材料已不能滿足葉片大型化、輕量化的發(fā)展要求。必須從葉片、葉片系統(tǒng)等方面進行全新的研究，對于大型葉片更是如此。“一種水平軸風力發(fā)電機組新型復合材料葉片”(申請公布號CN102434384A)提出氣動功能與承載結構互相分離的設計方案，其承載結構為外置的縱向梁，具體為具有對稱氣動型面結構的、從葉根到葉尖橫截面積逐步減少的薄板。該方案需要進行一種全新的葉片成型，外置的縱向梁的結構比較復雜，對氣動的影響會比較大，還需要與葉片進行一體制造，這在工程上難以實施。

目前的大型葉片其根形狀為圓筒形，其作用有兩個：其一用于與變槳軸承的連接，其二是需要有較大的抗彎剛度，以支撐整個葉片的重量及載荷；葉片從根部的圓筒形逐步過渡到翼型葉片形狀，由于翼型葉片的厚度較薄，其面外剛度較低，加上葉片為懸臂梁，使得葉片在中前部的面外剛度有很大的下降，所帶來的后果就是風機在運行過程中葉片的面外揮舞加劇、葉片的氣動特性改變、葉片的受力變大、使用壽命變短。隨著葉片的不斷大型化，所產(chǎn)生的上述問題更加嚴重。為克服上述問題，需要大幅度提高現(xiàn)有葉片中前部的面外剛度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，旨在對葉片氣動效果影響較小的情況下，大幅度提高大型葉片的中前部的面外剛度，同時起到減振和降低葉片應力的作用。

本發(fā)明的技術方案如下：