CN206299513U - 一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片 - Google Patents

一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片 Download PDF

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李�杰
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Abstract

一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片,包括叶片本体和气流推力系统,气流推力系统主要由空气压缩机、空气主管道和至少一组喷气风轮组组成,空气主管道布置在叶片本体内并连接空气压缩机,每组喷气风轮组具有开桨状态喷气单元和顺桨状态喷气单元,开桨状态喷气单元具有至少一台布置于叶片第一半体前缘处的喷气风轮和至少一台布置于叶片第二半体后缘处的喷气风轮,顺桨状态喷气单元具有至少一台布置于叶片第一半体后缘处的喷气风轮和至少一台布置于叶片第二半体前缘处的喷气风轮,每台喷气风轮通过各自的空气支管道与空气主管道连接,每组喷气风轮组的开桨状态喷气单元和顺桨状态喷气单元根据开桨或顺桨的信号进行对应的喷气动作。

Description

一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片
技术领域
本实用新型涉及风力发电机的叶片,具体是一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片。
背景技术
风力发电机是以轮毂上的叶片进行风能接受的发电设备,其为了实现稳定、安全、可靠、经济地运行,轮毂上的叶片必须具备变桨功能,该变桨功能包括停机的顺桨状态至工作的开桨状态的变桨、以及工作的开桨状态至停机的顺桨状态的变桨。目前,风力发电机的叶片变桨是通过布置于轮毂或叶根处的变桨电机的驱动实现的。
然而,近年来随着风力发电技术的快速发展,风力发电机组日趋大型化,各种兆瓦级的大功率风力发电机组相继推出,这些大功率的风力发电机组的叶片长度和重量也在快速的增加,包含这些叶片的大功率风力发电机组在运行过程中,需要越来越大的变桨力矩来控制叶片安全、顺利、稳定的实现变桨。但是,现有的大功率风力发电机组所采用的变桨电机很难满足大型叶片的变桨技术要求,从而使得应用于这些大功率上的变桨电机在变桨时,通常会容易出现变桨困难、响应不及时等技术问题,而且,还有可能会导致变桨电机或变桨轴承的齿面磨损、以及因机组载荷不能得到有效控制而引发超速等技术问题,无法有效地确保风力发电机组安全、稳定、可靠地运行。
发明内容
本实用新型的技术目的在于:针对上述现有技术的不足,提供一种以气流推力有效辅助变桨电机实现及时、稳定、可靠地变桨,进而使变桨能力得到显著增强的风机叶片。
本实用新型实现其技术目的所采用的技术方案是:一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片,包括叶片本体,所述叶片本体主要由周向合拢的叶片第一半体和叶片第二半体组成;所述风机叶片还包括有气流推力系统,所述气流推力系统主要由空气压缩机、空气主管道和至少一组喷气风轮组组成,所述空气主管道沿叶片本体的长度方向布置在叶片本体内部、并连接在空气压缩机上,每组喷气风轮组具有一副开桨状态的喷气单元和一副顺桨状态的喷气单元,开桨状态的喷气单元具有至少一台布置于叶片第一半体前缘处的喷气风轮和至少一台布置于叶片第二半体后缘处的喷气风轮,顺桨状态的喷气单元具有至少一台布置于叶片第一半体后缘处的喷气风轮和至少一台布置于叶片第二半体前缘处的喷气风轮,每台喷气风轮通过各自的空气支管道与空气主管道连接,每组喷气风轮组的开桨状态喷气单元根据开桨的变桨信号进行对应的喷气动作,每组喷气风轮组的顺桨状态喷气单元根据顺桨的变桨信号进行对应的喷气动作。
作为优选方案,所述空气主管道为两根,一根空气主管道用于连接喷气风轮组的开桨状态喷气单元的喷气风轮,另一根空气主管道用于连接喷气风轮组的顺桨状态喷气单元的喷气风轮,这两根空气主管道分别通过各自的调节阀连接在空气压缩机上。
作为优选方案,所述喷气风轮组为多组,它们沿着叶片本体的长度方向间隔布置。
作为优选方案,所述空气压缩机布置在叶片本体内部、风力发电机轮毂内部或者风力发电机机舱内部。
作为优选方案,所述空气压缩机的进气口对着风力发电机的轮毂处和/或风力发电机的机舱处。
本实用新型的有益技术效果是:
1. 本实用新型根据叶片在变桨时的周向旋转轨迹,在叶片本体的两个半体(即两个相背面上)的对角位置形成匹配的开桨状态喷气单元和顺桨状态喷气单元,这些喷气单元在空气压缩机和空气输送管道的配合下分别以电动风机的方式进行做功,产生叶片变桨时的反向气流推力,从而以对应的气流推力有效地辅助变桨电机对叶片实现及时、稳定、可靠地变桨,进而使机组的叶片变桨能力(包括响应及时性和变桨力矩)得到显著地增强,有效降低了对变桨电机高变桨力矩的技术要求,有利于降低变桨电机的设计、制造难度,可靠性和经济性好;
2. 本实用新型在增强叶片变桨能力的同时,还能有利于实现风力发电机组轮毂内部及机舱内部的空气流动,进而使布置于轮毂内部和机舱内部的各相关零部件实现良好的散热效果,一举两得,实用性强。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图。
图2是图1的A-A视图放大图。
图中代号含义:1—叶片第一半体;2—叶片第二半体;3—空气压缩机;4—空气第一主管道;5—空气第二主管道;6—第一调节阀;7—第二调节阀;8—第一喷气风轮;9—第二喷气风轮;10—第三喷气风轮;11—第四喷气风轮;12—进气口;13—控制系统。
具体实施方式
本实用新型是风力发电机组、尤其是兆瓦级风力发电机组用的叶片,该叶片具有以气流推力增强变桨能力的功能。下面结合多个实施例对本实用新型的技术内容进行详细说明。其中,实施例1对照附图进行详细说明,其它实施例未单独绘制附图、但可以基本参照实施例1的附图进行说明。
实施例1
参见图1和图2所示(图中处在叶片本体前缘处的并排箭头为自然风力示意),本实用新型包括叶片本体和气流推力系统。
叶片本体与常规风力发电机组的叶片结构基本无异,当然,布置气流推力系统的必要结构改变除外,例如布置喷气风轮的孔位、布置空气输送管道的卡位等。也就是说,叶片本体主要由周向合拢的叶片第一半体1和叶片第二半体2组成。
气流推力系统主要由空气压缩机3、空气第一主管道4、空气第二主管道5、三组喷气风轮组和控制系统13组成。
其中,空气压缩机3布置在风力发电机组风轮的轮毂内部。空气压缩机3的进气口12分成两路,一路直接对着风力发电机组的轮毂处、另一路直接对着风力发电机组的机舱处。
空气第一主管道4通过第一调节阀6连接在空气压缩机3的出风口上。空气第一主管道4沿着叶片本体的长度方向布置在叶片本体的内部(即铺设在叶片本体的空腔内),空气第一主管道4的铺设长度通常应当满足三组喷气风轮组在叶片本体上的布置位置的要求。
空气第二主管道5通过第二调节阀7连接在空气压缩机3的出风口上。空气第二主管道5沿着叶片本体的长度方向布置在叶片本体的内部(即铺设在叶片本体的空腔内),空气第二主管道5的铺设长度通常应当满足三组喷气风轮组在叶片本体上的布置位置的要求。
三组喷气风轮组沿着叶片本体的长度方向间隔布置在叶片本体上,通常是以叶片本体的中部为起点向叶顶方向布置。具体布置结构是,每组喷气风轮组具有一副开桨状态的喷气单元和一副顺桨状态的喷气单元;开桨状态的喷气单元具有两台喷气风轮,即第一喷气风轮8和第四喷气风轮11,第一喷气风轮8以开孔嵌装的方式(当然嵌装结构应当附以常规的固定方式加固,下同)布置于叶片第一半体1的前缘处,第四喷气风轮11以开孔嵌装的方式布置于叶片第二半体2的后缘处,第一喷气风轮8通过空气支管道密封连接在空气第一主管道4上,第四喷气风轮11亦通过空气支管道密封连接在空气第一主管道4上,在空气压缩机3和空气第一主管道4的配合下,第一喷气风轮8和第四喷气风轮11分别在叶片本体的两个相背面上进行喷气做功,进而产生叶片变桨时的反向气流推力(见图中的示力方向F1和F4),由此可见,组成开桨状态喷气单元的第一喷气风轮8和第四喷气风轮11处在叶片本体两个相背面上的对角位置,与叶片在变桨时的周向旋转轨迹相对应,第一喷气风轮8和第四喷气风轮11所产生的气流推理类似于传统石磨的人力推力;顺桨状态的喷气单元具有两台喷气风轮,即第二喷气风轮9和第三喷气风轮10,第二喷气风轮9以开孔嵌装的方式布置于叶片第一半体1的后缘处,第三喷气风轮10以开孔嵌装的方式布置于叶片第二半体2的前缘处,第二喷气风轮9通过空气支管道密封连接在空气第二主管道5上,第三喷气风轮10亦通过空气支管道密封连接在空气第二主管道5上,在空气压缩机3和空气第二主管道5的配合下,第二喷气风轮9和第三喷气风轮10分别在叶片本体的两个相背面上进行喷气做功,进而产生叶片变桨时的反向气流推力(见图中的示力方向F2和F3),同理的,组成顺桨状态喷气单元的第二喷气风轮9和第三喷气风轮10处在叶片本体两个相背面上的对角位置,与叶片在变桨时的周向旋转轨迹相对应,第二喷气风轮9和第三喷气风轮10所产生的气流推理类似于传统石磨的人力推力。每组喷气风轮组的各喷气风轮基本处在叶片本体的同一截面位置。
控制系统13集成在风力发电机组的变桨系统上,主要根据变桨系统输出的变桨信号而控制空气压缩机3、空气第一主管道4上的第一调节阀6和空气第二主管道5上的第二调节阀7的启动(开启)/停止(闭合)动作,从而使叶片本体上的每组喷气风轮组的开桨状态喷气单元根据开桨的变桨信号(与变桨电机输出的变桨信号一致)进行对应的喷气动作,实现开桨;或者,使叶片本体上的每组喷气风轮组的顺桨状态喷气单元根据顺桨的变桨信号(与变桨电机输出的变桨信号一致)进行对应的喷气动作,实现顺桨。当然,若为了达到更好的控制效果,可以考虑在控制系统13上设置测风仪,根据测风仪所采集的风力大小及变桨电机输出的变桨力矩而判断气流推力系统所应输出的气流推力大小,进而控制各空气主管道上的调节阀的开度大小、控制气流推力的输出。
实施例2
本实用新型包括叶片本体和气流推力系统。
叶片本体与常规风力发电机组的叶片结构基本无异,当然,布置气流推力系统的必要结构改变除外,例如布置喷气风轮的孔位、布置空气输送管道的卡位等。也就是说,叶片本体主要由周向合拢的叶片第一半体和叶片第二半体组成。
气流推力系统主要由空气压缩机、空气主管道、三组喷气风轮组和控制系统组成。
其中,空气压缩机布置在风力发电机组风轮的轮毂内部。空气压缩机的进气口直接对着风力发电机组的机舱处。
空气主管道连接在空气压缩机的出风口上。空气主管道沿着叶片本体的长度方向布置在叶片本体的内部(即铺设在叶片本体的空腔内),空气主管道的铺设长度通常应当满足三组喷气风轮组在叶片本体上的布置位置的要求。
三组喷气风轮组沿着叶片本体的长度方向间隔布置在叶片本体上,通常是以叶片本体的中部为起点向叶顶方向布置。具体布置结构是,每组喷气风轮组具有一副开桨状态的喷气单元和一副顺桨状态的喷气单元;开桨状态的喷气单元具有两台喷气风轮,即第一喷气风轮和第四喷气风轮,第一喷气风轮以开孔嵌装的方式(当然嵌装结构应当附以常规的固定方式加固,下同)布置于叶片第一半体的前缘处,第四喷气风轮以开孔嵌装的方式布置于叶片第二半体的后缘处,第一喷气风轮通过空气支管道密封连接在空气第一主管道上,第一喷气风轮的空气支管道上设有调节阀,第四喷气风轮亦通过空气支管道密封连接在空气第一主管道上,第四喷气风轮的空气支管道上亦设有调节阀,在空气压缩机和空气主管道的配合下,第一喷气风轮和第四喷气风轮分别在叶片本体的两个相背面上进行喷气做功,进而产生叶片变桨时的反向气流推力,由此可见,组成开桨状态喷气单元的第一喷气风轮和第四喷气风轮处在叶片本体两个相背面上的对角位置,与叶片在变桨时的周向旋转轨迹相对应,第一喷气风轮和第四喷气风轮所产生的气流推理类似于传统石磨的人力推力;顺桨状态的喷气单元具有两台喷气风轮,即第二喷气风轮和第三喷气风轮,第二喷气风轮以开孔嵌装的方式布置于叶片第一半体的后缘处,第三喷气风轮以开孔嵌装的方式布置于叶片第二半体的前缘处,第二喷气风轮通过空气支管道密封连接在空气主管道上,第二喷气风轮的空气支管道上设有调节阀,第三喷气风轮亦通过空气支管道密封连接在空气主管道上,第三喷气风轮的空气支管道上设有调节阀,在空气压缩机和空气主管道的配合下,第二喷气风轮和第三喷气风轮分别在叶片本体的两个相背面上进行喷气做功,进而产生叶片变桨时的反向气流推力,同理的,组成顺桨状态喷气单元的第二喷气风轮和第三喷气风轮处在叶片本体两个相背面上的对角位置,与叶片在变桨时的周向旋转轨迹相对应,第二喷气风轮和第三喷气风轮所产生的气流推理类似于传统石磨的人力推力。每组喷气风轮组的各喷气风轮基本处在叶片本体的同一截面位置。
控制系统集成在风力发电机组的变桨系统上,主要根据变桨系统输出的变桨信号而控制空气压缩机和对应空气支管道上的调节阀的启动(开启)/停止(闭合)动作,从而使叶片本体上的每组喷气风轮组的开桨状态喷气单元根据开桨的变桨信号(与变桨电机输出的变桨信号一致)进行对应的喷气动作,实现开桨;或者,使叶片本体上的每组喷气风轮组的顺桨状态喷气单元根据顺桨的变桨信号(与变桨电机输出的变桨信号一致)进行对应的喷气动作,实现顺桨。
实施例3
本实施例的其它内容与实施例1或2相同,不同之处在于:每组喷气风轮组的开桨状态喷气单元的喷气风轮为四台,两两分开布置;每组喷气风轮组的顺桨状态喷气单元的喷气风轮亦为四台,两两分开布置。
实施例4
本实施例的其它内容与实施例1或2相同,不同之处在于:叶片本体上的喷气风轮组为间隔布置的两组。
实施例5
本实施例的其它内容与实施例1或2相同,不同之处在于:空气压缩机的进气口直接对着风力发电机组的轮毂处。
实施例6
本实施例的其它内容与实施例1或2相同,不同之处在于:空气压缩机布置在风力发电机组的机舱内部。
实施例7
本实施例的其它内容与实施例1或2相同,不同之处在于:空气压缩机布置在叶片的叶根内部。
以上各实施例仅用以说明本实用新型,而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (5)

1.一种以气流推力增强变桨能力的风机叶片,包括叶片本体,所述叶片本体主要由周向合拢的叶片第一半体(1)和叶片第二半体(2)组成;其特征在于:所述风机叶片还包括有气流推力系统,所述气流推力系统主要由空气压缩机(3)、空气主管道和至少一组喷气风轮组组成,所述空气主管道沿叶片本体的长度方向布置在叶片本体内部、并连接在空气压缩机(3)上,每组喷气风轮组具有一副开桨状态的喷气单元和一副顺桨状态的喷气单元,开桨状态的喷气单元具有至少一台布置于叶片第一半体(1)前缘处的喷气风轮和至少一台布置于叶片第二半体(2)后缘处的喷气风轮,顺桨状态的喷气单元具有至少一台布置于叶片第一半体(1)后缘处的喷气风轮和至少一台布置于叶片第二半体(2)前缘处的喷气风轮,每台喷气风轮通过各自的空气支管道与空气主管道连接,每组喷气风轮组的开桨状态喷气单元根据开桨的变桨信号进行对应的喷气动作,每组喷气风轮组的顺桨状态喷气单元根据顺桨的变桨信号进行对应的喷气动作。
2.根据权利要求1所述以气流推力增强变桨能力的风机叶片,其特征在于:所述空气主管道为两根,一根空气主管道用于连接喷气风轮组的开桨状态喷气单元的喷气风轮,另一根空气主管道用于连接喷气风轮组的顺桨状态喷气单元的喷气风轮,这两根空气主管道分别通过各自的调节阀连接在空气压缩机(3)上。
3.根据权利要求1或2所述以气流推力增强变桨能力的风机叶片,其特征在于:所述喷气风轮组为多组,它们沿着叶片本体的长度方向间隔布置。
4.根据权利要求1或2所述以气流推力增强变桨能力的风机叶片,其特征在于:所述空气压缩机(3)布置在叶片本体内部、风力发电机轮毂内部或者风力发电机机舱内部。
5.根据权利要求4所述以气流推力增强变桨能力的风机叶片,其特征在于:所述空气压缩机(3)的进气口(12)对着风力发电机的轮毂处和/或风力发电机的机舱处。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109653944A (zh) * 2018-12-18 2019-04-19 上海理工大学 一种叶尾喷气式垂直轴风力机
CN117231422A (zh) * 2023-10-20 2023-12-15 马可超 一种喷气式风力发电机发电过程的控制方法

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