一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置制造方法
【專利摘要】一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，含有兩排葉片組件，每排葉片組件包含兩個兩段式折疊葉片及葉片收折裝置，其主葉片為定漿葉片，其根部通過耳軸連接座與輪轂鉸接，另一位置與葉片收折裝置連接，兩排葉片展開后形成十字正交布置，折疊葉片均采用傾斜折疊葉片，可以進(jìn)行發(fā)電功率的調(diào)節(jié)；兩排葉片分別位于風(fēng)機(jī)塔架的前部及后部，通過風(fēng)機(jī)前輪轂及后輪轂連接在同一個主軸上，進(jìn)行同向和同步的旋轉(zhuǎn)，可以由收折驅(qū)動裝置來控制葉片的收折與展開。本發(fā)明所提供的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、受力均衡、葉片具有完全的收折與展開、控制簡便、發(fā)電效率高等特點(diǎn)，是適合艦船風(fēng)電、海上石油平臺風(fēng)電等的風(fēng)力發(fā)電裝置。
【專利說明】—種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu),屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)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(fēng)能儲量。近年石油危機(jī)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(dāng)中。風(fēng)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(guān)注的同時，也得到了各國政府的大力支持。
[0003]從上世紀(jì)70年代到現(xiàn)代，世界風(fēng)電取得了驚人的發(fā)展。1996年的世界風(fēng)電總發(fā)電量僅為12.2Tffh ;十年后，2008年全世界風(fēng)電發(fā)電量即達(dá)到約219TWh，占當(dāng)年世界總發(fā)電量20261TWh的1.1%，在三年之間，全世界風(fēng)電的發(fā)電量達(dá)到了的460TWh(2011年)，占當(dāng)年世界發(fā)電總量22018TWh的2.1%。
[0004]上世紀(jì)90年代初，德國設(shè)計制造的200kW的風(fēng)機(jī)大規(guī)模投產(chǎn)，這種風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑為25m，塔架高度30m。2011年3月，維斯塔斯(Vestas)發(fā)布了風(fēng)輪直徑達(dá)到164m的7廁海上風(fēng)機(jī)。三菱電力系統(tǒng)歐洲(MPSE)則發(fā)布了風(fēng)輪直徑165m的7MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，西門子、阿爾斯通、Nordex也在2011年推出6麗的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，葉片的大型化能夠顯著提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)裝機(jī)容量，顯著提升風(fēng)場中風(fēng)能的利用效率。
[0005]目風(fēng)機(jī)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(guān)系，目前陸地和海上主流風(fēng)力發(fā)電裝備組分別為I?3MW和3?5麗，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(yùn)輸及安裝等問題，都使輕量化成為人們研究的重點(diǎn)。在過去，風(fēng)機(jī)葉片材料主要采用木材、帆布及金屬?，F(xiàn)在則主要采用質(zhì)量較輕的玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等新型復(fù)合材料。丹麥的LM公司一直是全球最大的風(fēng)力發(fā)電集團(tuán)，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(qiáng)復(fù)合材料，單支葉片重量達(dá)到了17.7噸?？梢钥闯鰡渭円揽坎Ａт摰葟?fù)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(jìn)行全新的研究，
[0006]目前風(fēng)電裝備的發(fā)展趨勢是:大型化、輕量化、海上風(fēng)電、高可靠性、高可控性、以及合理的制造/安裝/維護(hù)成本。特別是對于海上艦船、海上石油平臺，需要更加高效的、具有收折功能、便于功率調(diào)節(jié)的風(fēng)電技術(shù)。
[0007]針對風(fēng)電技術(shù)中的高效率、葉片的收折功能、功率的簡捷調(diào)節(jié)這三個問題，本發(fā)明提出一種新型的葉片系統(tǒng)，可以大幅度提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)捕獲風(fēng)能的能力，葉片具有收折功能，利用傾斜葉片實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)的分段定漿葉片技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]海上具有很好的風(fēng)力資源，海上運(yùn)輸在全球的物流中又占有很大的比重，并且消耗很多的能源，如何充分利用海上風(fēng)能資源正是人們所追求的綠色能源目標(biāo)；本發(fā)明針對海上艦船移動平臺及海上石油鉆井平臺，提出用于一種葉片可以收折的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，解決海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置的葉片過長不利于過橋、進(jìn)港，遭遇臺風(fēng)而出現(xiàn)葉片折損等特殊問題，以及進(jìn)一步大幅度提高風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率，提出一種可收折的雙排風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，含有葉片、前后輪轂、主軸及發(fā)電機(jī)，所述的葉片采用兩段式折疊葉片，該兩段式折疊葉片包括主葉片和折疊葉片，本發(fā)明的技術(shù)特征還在于:該風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置還包括前排葉片收折裝置和后排葉片收折裝置；兩個兩段式折疊葉片和前排葉片收折裝置構(gòu)成前排葉片組件；兩個兩段式折疊葉片和后排葉片收折裝置構(gòu)成后排葉片組件；前排葉片組件的兩個折疊葉片展開后位于同一直線上，后排葉片組件的兩個折疊葉片展開后也位于同一直線上，前排葉片組件葉片展開后所在的平面與后排葉片組件葉片展開后所在的平面形成十字正交布置。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述的前排葉片收折裝置包括相對主軸對稱布置的兩組收折連桿組件和前端支架，每組收折連桿組件均包括第一收折連桿、第二收折連桿、收折驅(qū)動裝置以及設(shè)置在前端支架上的支架固定座；前端支架與主軸同軸，其一端固定在前輪轂上，另一端安裝有支架固定座；前排兩個主葉片的根部均通過第一耳軸連接座與前輪轂鉸鏈；前排的第一收折連桿的一端通過第二耳軸連接座與前排的主葉片鉸接，另一端與收折驅(qū)動裝置相連；前排的第二收折連桿的一端與收折驅(qū)動裝置連接，另一端與支架固定座鉸接；后排葉片收折裝置的結(jié)構(gòu)以及該結(jié)構(gòu)與后排兩個主葉片的連接結(jié)構(gòu)與前排結(jié)構(gòu)相同。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)另一技術(shù)特征是:前排葉片收折裝置及后排葉片收折裝置中的收折驅(qū)動裝置均采用蝸輪蝸桿的方式進(jìn)行驅(qū)動，使得前排葉片組件及后排葉片組件的主葉片均在收折的任意位置上自鎖。
[0013]本發(fā)明的又一技術(shù)特征是:前排葉片組件及后排葉片組件的主葉片均為定漿葉片，連接在主葉片上的折疊葉片均采用傾斜的折疊葉片，折疊葉片通過折疊驅(qū)動裝置繞旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行折疊與展開。所述折疊葉片的旋轉(zhuǎn)軸與主葉片的翼展線形成一個非正交的傾斜角。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)特征還在于:所述主葉片的長度與折疊葉片長度的比為1:0.3?1:
0.5。風(fēng)機(jī)前輪轂及后輪轂都連接在同一個風(fēng)機(jī)主軸上，進(jìn)行同向和同步的旋轉(zhuǎn)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)及突出效果:①采用葉片收折裝置來實(shí)現(xiàn)葉片的收折與展開，可以使得葉片完全收攏，減少葉片的高度，以適應(yīng)一些特殊的情況，如艦船、海上石油平臺等，②采用雙排葉片，可以大幅度提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)對風(fēng)能的捕獲能力及發(fā)電效率，③將兩排葉片分別布置在塔架的前端及后端，可以使得葉片的自重對偏航軸承及塔架的受力更為均勻，解決偏航軸承及塔架的偏載問題，④采用定漿主葉片及折疊葉片，使得葉片進(jìn)行了分段，便于制造、運(yùn)輸及安裝，并且沒有變槳系統(tǒng)，而采用葉片的折疊進(jìn)行功率的調(diào)節(jié)，使得功率的控制更為簡單有效，⑤將前排及后排的葉片設(shè)計為十字交叉布置，可以使得前排葉片所產(chǎn)生的尾流對后排葉片影響較小。因此，本發(fā)明所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置具有較高的發(fā)電效率、便捷的收折功能、有利的結(jié)構(gòu)布局、簡捷的功率調(diào)節(jié)、較輕的結(jié)構(gòu)重量和較高的安全性等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置示意圖。
[0017]圖2為可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置的收折狀態(tài)圖。
[0018]圖中:1_前排葉片組件；2_前輪轂；3_后排葉片組件；4_后輪轂；5_前端支架；6-支架固定座；7a-第一收折連桿；7b-第二收折連桿；8_收折驅(qū)動裝置；9_第一耳軸連接座；10-主葉片；11-折疊葉片；12-折疊驅(qū)動裝置；13-風(fēng)機(jī)主軸；14-發(fā)電機(jī)；15-變速箱；16-偏航系統(tǒng)；17_塔架；18_前排葉片所在平面；19_后排葉片所在平面；20_后端支架；21-前排葉片收折裝置；22_后排葉片收折裝置；23_第二耳軸連接座；24_折疊葉片傾斜角。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0020]圖1為本發(fā)明提供的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置示意圖，所述裝置含有前排葉片組件1、前輪轂2、后排葉片組件3、后輪轂4、風(fēng)機(jī)主軸13、變速箱15及發(fā)電機(jī)14，前排葉片組件I的兩個葉片位于風(fēng)機(jī)塔架17的前部。兩個兩段式折疊葉片和前排葉片收折裝置21構(gòu)成前排葉片組件I ;兩個兩段式折疊葉片和后排葉片收折裝置22構(gòu)成后排葉片組件3。兩段式折疊葉片包括主葉片10和折疊葉片11 ;主葉片的長度與折疊葉片長度的比為優(yōu)選為1:0.3?1:0.5。
[0021]前排葉片收折裝置21和后排葉片收折裝置22均包括相對風(fēng)機(jī)主軸13對稱布置的兩組收折連桿組件以及前端支架5和后端支架20 ;每組收折連桿組件均包括第一收折連桿7a、第二收折連桿7b、收折驅(qū)動裝置8以及支架固定座6 ;收折驅(qū)動裝置8設(shè)置在第一收折連桿7a及第二收折連桿7b中間；前端支架5和后端支架20與風(fēng)機(jī)主軸13同軸,前端支架5的一端固定在前輪轂2上,另一端安裝有支架固定座6 ;后端支架20的一端固定在后輪轂4上，另一端安裝有支架固定座6。前排兩個主葉片10的根部均通過第一耳軸連接座9與前輪轂2鉸鏈；后排兩個主葉片10的根部均通過第一耳軸連接座與后輪轂4鉸鏈，前排的第一收折連桿和后排的第一收折連桿的一端分別通過第二耳軸連接座與前排的主葉片和后排的主葉片鉸接，它們的另一端分別與收折驅(qū)動裝置8相連；前排的第二收折連桿和后排的第二收折連桿的一端分別與收折驅(qū)動裝置8連接，它們的另一端與支架固定座6鉸接。
[0022]收折驅(qū)動裝置可采用蝸輪蝸桿的方式進(jìn)行驅(qū)動，以控制兩個收折連桿的收折與展開，并可以在收折的任意位置上自鎖。
[0023]風(fēng)機(jī)的前輪轂2及后輪轂4可以連接在同一個風(fēng)機(jī)主軸13上，進(jìn)行同向和同步的旋轉(zhuǎn)，也可以采用分別安裝在不同的風(fēng)機(jī)主軸上。
[0024]本發(fā)明所提供的前排葉片組件I的兩個葉片與后排葉片組件3的兩個葉片在展開后為十字交叉布置，即前排葉片所在平面18與后排葉片所在平面19為正交垂直，這樣可以使得前排葉片所產(chǎn)生的尾流對后排葉片影響較??；每個葉片都通過風(fēng)機(jī)輪轂連接在風(fēng)機(jī)主軸13上，為同軸同步旋轉(zhuǎn)。
[0025]前排葉片組件I及后排葉片組件3的主葉片10均為定漿葉片，連接在主葉片上的折疊葉片均采用傾斜的折疊葉片11，折疊葉片通過折疊驅(qū)動裝置12繞旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行折疊與展開；述折疊葉片11的旋轉(zhuǎn)軸與主葉片10的翼展線形成一個非正交的傾斜角24。風(fēng)機(jī)的發(fā)電功率通過連接在主葉片上的傾斜的折疊葉片11來調(diào)節(jié)；當(dāng)風(fēng)機(jī)開始工作時，首先通過偏航系統(tǒng)16使風(fēng)機(jī)的葉片裝置對準(zhǔn)風(fēng)向，風(fēng)力使得葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，通過輪轂帶動風(fēng)機(jī)主軸13旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)主軸13通過變速箱15對主軸的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行變速后驅(qū)動發(fā)電機(jī)14進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)風(fēng)力變化時，啟動傾斜折疊葉片11上的折疊驅(qū)動裝置12來調(diào)節(jié)葉片的折疊狀態(tài)，可以改變?nèi)~片的迎風(fēng)氣流，進(jìn)而改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)力矩。由于采用雙排葉片，可以大幅度提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)對風(fēng)能的捕獲能力，將兩排葉片分別布置在塔架17的前端及后端，可以使得因葉片的自重對偏航軸承及塔架的載荷更為均勻，解決偏載問題。在艦船、或海上石油鉆井平臺上，需要對風(fēng)機(jī)的葉片進(jìn)行收折時，可以啟動前排葉片收折裝置21及后排葉片收折裝置22中的收折驅(qū)動裝置8，使得第一收折連桿7a及第二收折連桿7b發(fā)生相對折角轉(zhuǎn)動，可以將前排葉片組件I的葉片收折到前方，將后排葉片組件3的葉片收折到后方，并且，各個連接在各個主葉片10上的折疊葉片11也可以進(jìn)行完全折疊，使得收折后的葉片處于一種緊湊狀態(tài)；圖2為可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置的收折狀態(tài)圖，這時的葉片高度大大降低，適用于艦船過橋、進(jìn)港，或遭遇臺風(fēng)等惡劣氣象條件，以保障風(fēng)機(jī)及運(yùn)載平臺的安全。
【權(quán)利要求】
1.一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，含有葉片、前后輪轂、風(fēng)機(jī)主軸及發(fā)電機(jī)，所述的葉片采用兩段式折疊葉片，該兩段式折疊葉片包括主葉片(10)和折疊葉片(11)，其特征在于:該風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置還包括前排葉片收折裝置(21)和后排葉片收折裝置(22);兩個兩段式折疊葉片和前排葉片收折裝置構(gòu)成前排葉片組件(I);兩個兩段式折疊葉片和后排葉片收折裝置(22)構(gòu)成后排葉片組件(3);前排葉片組件(I)的兩個折疊葉片展開后位于同一直線上，后排葉片組件(3)的兩個折疊葉片展開后也位于同一直線上，前排葉片組件(I)葉片展開后所在的平面(18)與后排葉片組件(3)葉片展開后所在的平面(19)形成十字正交布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于:所述的前排葉片收折裝置(21)包括相對主軸對稱布置的兩組收折連桿組件和前端支架(5)，每組收折連桿組件均包括第一收折連桿(7a)、第二收折連桿(7b)、收折驅(qū)動裝置(8)以及設(shè)置在前端支架(5)上的支架固定座￠);前端支架(5)與風(fēng)機(jī)主軸同軸，其一端固定在前輪轂(2)上，另一端安裝有支架固定座￠);前排兩個主葉片(10)的根部均通過第一耳軸連接座(9)與前輪轂(2)鉸鏈；前排的第一收折連桿(7a)的一端通過第二耳軸連接座(23)與前排的主葉片(10)鉸接，另一端與收折驅(qū)動裝置(8)相連；前排的第二收折連桿(7b)的一端與收折驅(qū)動裝置(8)連接，另一端與支架固定座(6)鉸接；后排葉片收折裝置(22)的結(jié)構(gòu)以及該結(jié)構(gòu)與后排兩個主葉片的連接結(jié)構(gòu)與前排結(jié)構(gòu)相同。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于:前排葉片收折裝置(21)及后排葉片收折裝置(22)中的收折驅(qū)動裝置(8)均采用蝸輪蝸桿的方式進(jìn)行驅(qū)動，使得前排葉片組件(I)及后排葉片組件(3)的主葉片均在收折的任意位置上自鎖。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于:前排葉片組件(I)及后排葉片組件(3)的主葉片(10)均為定漿葉片，連接在主葉片(10)上的折疊葉片均采用傾斜的折疊葉片(11)，折疊葉片通過折疊驅(qū)動裝置(12)繞旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行折疊與展開。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于:所述折疊葉片(11)的旋轉(zhuǎn)軸與主葉片(10)的翼展線形成一個非正交的傾斜角(24)。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于:所述主葉片(10)的長度與折疊葉片(11)長度的比為1:0.3?1:0.5。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種可收折的雙排同軸葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，其特征在于:風(fēng)機(jī)前輪轂⑵及后輪轂⑷都連接在同一個風(fēng)機(jī)主軸(13)上，進(jìn)行同向和同步的旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】F03D1/02GK104234925SQ201410412531
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】曾攀, 楊沾沛, 雷麗萍, 謝煒, 陸紅亞, 莫戈, 楊陽 申請人:清華大學(xué)