專利名稱：能被動調(diào)速的風(fēng)力發(fā)電機葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)カ發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)境危機的加劇，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芘c海洋海流等緑色無污染的“新能源”越來越受到重視。我國風(fēng)電資源儲備豐富，風(fēng)カ機制造技術(shù)也越來越成熟，為了提高機組的可靠性，多種先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到現(xiàn)代風(fēng)力機中。風(fēng)カ發(fā)電機的葉片是風(fēng)カ發(fā)電
機獲取空氣動能的主要部件，葉片迎風(fēng)面和背風(fēng)面的空氣壓差產(chǎn)生的升カ是推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生功率的動力。通過改變?nèi)~片的氣動力學(xué)特征實現(xiàn)被動調(diào)速曾是過去普遍采用的功率控制方式，主要的代表是失速型風(fēng)カ發(fā)電機葉片。失速型風(fēng)カ發(fā)電機葉片的工作過程如下在風(fēng)速超過額定風(fēng)速吋，葉片會發(fā)生失速效應(yīng)，升力系數(shù)會減小，阻力系數(shù)會増加，從而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的增大而增加。其缺陷是，失速型風(fēng)カ機在到達(dá)失速狀態(tài)后，葉片的氣動特性具有不確定性，這種不確定性會導(dǎo)致在額定風(fēng)速或更高風(fēng)速時對功率等級和葉片載荷的錯誤估計，造成輸出功率的不穩(wěn)定和機組的疲勞損傷，所以近年來失速型葉片逐漸被主動變距式葉片所代替。主動式的變槳調(diào)節(jié)是通過動カ機構(gòu)驅(qū)動變槳距機構(gòu)改變?nèi)~片迎風(fēng)的角度，從而改變?nèi)~片的升力阻力比，使葉輪在額定風(fēng)速以上時仍能保持額定轉(zhuǎn)速不變?，F(xiàn)在普遍采用變槳距方式有液壓缸驅(qū)動方式和電機驅(qū)動方式，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，實現(xiàn)以上方式的變槳距控制相對容易，但主動變距式葉片需要動カ源、相應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運行中容易出現(xiàn)故障，制造和維護(hù)成本較高。國外也有對被動式的變槳調(diào)速的相應(yīng)研究，這種方式減少了動カ源，但仍然需要額外的機械結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的主動變距式葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行可靠性差和制造維護(hù)成本高等問題；提供ー種能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片；具有結(jié)構(gòu)簡単、成本低廉、可靠性高等優(yōu)點，在風(fēng)カ機的整個運行過程中，葉片能夠根據(jù)風(fēng)速的大小自動調(diào)節(jié)風(fēng)カ發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速，井能消除風(fēng)カ發(fā)電機風(fēng)輪上的不平衡負(fù)載。該葉片克服傳統(tǒng)變槳式葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜和失速型葉片失速后難以控制的缺點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案ー種能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，葉片包括迎風(fēng)面和背風(fēng)面，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上分別設(shè)有空氣腔，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上的空氣腔通過氣流通道連接，氣流通道中設(shè)有氣動溢流閥。在空氣腔的外部設(shè)有蒙皮，蒙皮上加工有通孔。蒙皮采用金屬薄板或復(fù)合材料。通孔的孔徑< 蒙皮的厚度。氣動溢流閥的溢流壓カ預(yù)設(shè)為額定風(fēng)速時迎風(fēng)面的空氣壓カ與背風(fēng)面空氣壓カ的壓差。工作原理本發(fā)明包括迎風(fēng)面和背風(fēng)面，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上分別設(shè)有空氣腔，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上的空氣腔通過氣流通道連接，氣流通道中設(shè)有氣動溢流閥，氣動溢流閥的溢流壓カ預(yù)設(shè)為額定風(fēng)速時迎風(fēng)面的空氣壓カ與背風(fēng)面空氣壓カ的壓差。在空氣腔的外部設(shè)有蒙皮，蒙皮上加工通孔，蒙皮采用金屬薄板材料，通孔的孔徑<蒙皮的厚度。氣動溢流閥的進(jìn)ロ壓カ為迎風(fēng)面壓力，出口壓カ為背風(fēng)面壓力，溢流壓カ為額定風(fēng)速時兩面的空氣壓差。在風(fēng)速較小時，兩面的壓差未達(dá)到溢流閥的溢流壓力，閥保持阻止?fàn)顟B(tài)，葉片的升カ跟隨風(fēng)速變化。風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，兩面的壓差達(dá)到溢流閥的溢流壓力，溢流閥開啟，兩個面之間的空氣開始流通，兩面的壓差相應(yīng)的減小，直到兩面的壓カ差減小直到溢流閥的預(yù)設(shè)壓力，溢流閥關(guān)閉。通過溢流閥的通斷，可以使兩個面之間的壓力差維持在恒定值，也即使葉片的升力維持在恒定值。采用這種葉片可以使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速在額定風(fēng)速以上時維持在額定轉(zhuǎn)速，同時也能實現(xiàn)對風(fēng)カ機不平衡負(fù)載的消除。本發(fā)明的有益效果
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I.結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可靠性高，在風(fēng)カ機的整個運行過程中，葉片能夠根據(jù)風(fēng)速的大小自動調(diào)節(jié)風(fēng)カ發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速；2.能消除風(fēng)カ發(fā)電機風(fēng)輪上的不平衡負(fù)載，克服傳統(tǒng)變槳式葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜和失速型葉片失速后難以控制的缺點。


圖I是葉片的迎風(fēng)面的主視圖；圖2是葉片的背風(fēng)面的主視圖；圖3是剛性蒙皮的結(jié)構(gòu)圖；圖4是葉片的A-A橫截面；圖5是葉片表面的壓カ分布；圖6是額定風(fēng)速以上時，啟動溢流閥開啟后葉片內(nèi)外的空氣流動圖；圖中，I葉片，2蒙皮，3通孔，4.氣動溢流閥，5空氣腔，6迎風(fēng)面，7背風(fēng)面，8.氣流通道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。ー種能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，如圖I至圖6所示，葉片I包括迎風(fēng)面6和背風(fēng)面7，迎風(fēng)面6和背風(fēng)面7上分別設(shè)有空氣腔5，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上的空氣腔5通過氣流通道8連接，氣流通道8中設(shè)有氣動溢流閥4。在空氣腔5的外部設(shè)有蒙皮2，蒙皮2上加エ有通孔3。蒙皮2采用金屬薄板材料。通孔3的孔徑<蒙皮的厚度。氣動溢流閥4的溢流壓カ預(yù)設(shè)為額定風(fēng)速時迎風(fēng)面6的空氣壓カ與背風(fēng)面7空氣壓カ的壓差。圖5為風(fēng)カ機工作狀態(tài)下葉片兩面的氣壓分布，設(shè)迎風(fēng)面的空氣壓カ為正壓力P+，背風(fēng)面壓力為負(fù)壓P-，一般來說，P-的絕對值大于P+。葉片兩邊的壓差P=|P+| + |P_|產(chǎn)生推動葉片轉(zhuǎn)動的升力，改變P的大小可以改變升力的大小。氣動溢流閥4的工作過程如下閥的進(jìn)ロ壓カ為迎風(fēng)面空氣壓カP+，出口壓カ為背風(fēng)面空氣壓カP-，溢流壓カ預(yù)設(shè)為額定風(fēng)速時兩面的壓差P6，額定風(fēng)速以下時，兩邊的壓差Ρ〈Ρε，溢流閥為阻斷狀態(tài)；額定風(fēng)速以上時，兩邊的壓差Ρ>Ρε，溢流閥開啟。葉片具體的工作過程如下葉片I內(nèi)部的空氣腔5連通葉片的迎風(fēng)面和背風(fēng)面，空氣腔的外表面覆蓋多孔的剛性蒙皮2。空氣腔的內(nèi)部設(shè)置氣動溢流閥4阻斷，氣動溢流閥的溢流壓カP6為額定風(fēng)速時兩面的壓カ差。額定風(fēng)速以下吋，空氣迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓差為P^Pe,氣動溢流閥保持阻斷狀態(tài)，葉片的迎風(fēng)面和背風(fēng)面沒有空氣流通，兩個面上的空氣壓差P1不改變，葉片的自身的空氣力學(xué)特征不發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的增大而增大；在風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，由于迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的空氣壓差變大，此時壓差為Ρ2，ρ2>ρε，壓カ腔內(nèi)的氣動溢流閥4開啟，空氣開始通過空氣腔由高壓區(qū)流向低壓區(qū)，葉片迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的壓力差保持恒定，葉片的升力維持在恒定值，進(jìn)而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速，同時這 種方式的升力調(diào)節(jié)還可以消除作用在風(fēng)輪上的不平衡空氣負(fù)載。該葉片可以被動的根據(jù)風(fēng)速改變自身的空氣力學(xué)特征，保持恒定的升力，使風(fēng)カ發(fā)電機轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速附近，消除風(fēng)カ發(fā)電機的不平衡負(fù)載，實現(xiàn)風(fēng)カ機的被動調(diào)速。上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，葉片包括迎風(fēng)面和背風(fēng)面，其特征是，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上分別設(shè)有空氣腔，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上的空氣腔通過氣流通道連接，氣流通道中設(shè)有氣動溢流閥。
2.如權(quán)利要求I所述的能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，其特征是，所述在空氣腔的外部設(shè)有蒙皮，蒙皮上設(shè)有通孔。
3.如權(quán)利要求2所述的能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，其特征是，所述蒙皮采用金屬薄板或復(fù)合材料。
4.如權(quán)利要求2所述的能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，其特征是，所述通孔的孔徑<蒙皮的厚度。
5.如權(quán)利要求I所述的能被動調(diào)速的風(fēng)カ發(fā)電機葉片，其特征是，所述氣動溢流閥的溢流壓カ預(yù)設(shè)為額定風(fēng)速時迎風(fēng)面的空氣壓カ與背風(fēng)面空氣壓カ的壓差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能被動調(diào)速的風(fēng)力發(fā)電機葉片，葉片包括迎風(fēng)面和背風(fēng)面，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上分別設(shè)有空氣腔，迎風(fēng)面和背風(fēng)面上的空氣腔通過氣流通道連接，氣流通道中設(shè)有氣動溢流閥，在空氣腔的外部設(shè)有蒙皮，蒙皮上加工通孔，蒙皮采用金屬薄板材料，通孔的孔徑≤蒙皮的厚度，氣動溢流閥的溢流壓力預(yù)設(shè)為額定風(fēng)速時迎風(fēng)面的空氣壓力與背風(fēng)面空氣壓力的壓差；具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可靠性高等優(yōu)點，在風(fēng)力機的整個運行過程中，葉片能夠根據(jù)風(fēng)速的大小自動調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速，并能消除風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪上的不平衡負(fù)載。該葉片克服傳統(tǒng)變槳式葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜和失速型葉片失速后難以控制的缺點。
文檔編號F03D11/00GK102748247SQ201210253710
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月21日
發(fā)明者代魯平, 魯效平 申請人:濟南軌道交通裝備有限責(zé)任公司