專利名稱：風(fēng)力葉輪混合槳距技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置，尤其是一種半變槳距葉片。本發(fā)明還涉及一種安裝有半變槳距葉片的混合槳距葉輪。另外，本發(fā)明還涉及一種用于半變槳距葉片的控制方法。
背景技術(shù)：
葉輪是風(fēng)力設(shè)備的能量汲取裝置，無論是風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水或者風(fēng)力制氫，其能量均由葉輪從風(fēng)能中獲得；隨著風(fēng)力設(shè)備容量的不斷加大，葉輪的直徑也在不斷增大，葉片的長度在不斷加長；相應(yīng)的，葉片的體積不斷增大，重量不斷增加；葉片的運輸、安裝變得日趨困難。Vestad的7兆瓦風(fēng)力發(fā)電機組，葉片長度已超過80米，重量超過20噸，葉根處直徑將近3米?，F(xiàn)代風(fēng)力設(shè)備，為了降低載荷、提高風(fēng)能利用率，普遍使用變槳距技術(shù)。但隨著葉片長度和重量的不斷增大，而為驅(qū)動葉片變槳距所需的控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機、變速箱、變槳軸承等功率、體積也不斷增大，成本不斷提高。現(xiàn)有技術(shù)為解決葉片超大超長而引起的生產(chǎn)和運輸問題，已提出多種解決方案。如專利 N0.US-A4474536、CN200480043497.X、CN200980120257.8P 等，此類專利技術(shù)亦稱為分段葉片技術(shù)，是將葉片分段生產(chǎn)運輸，然后在風(fēng)力設(shè)備安裝現(xiàn)場裝配成一個完整的葉片。還有一類專利技術(shù)，如CN200961563專利所公開的大型風(fēng)力發(fā)電機延展式葉片，此類技術(shù)也將葉片分成若干部分，葉片的弦長可變，以增大或減小葉片的實度；同時葉片可伸縮，通過改變?nèi)~片的長度來加大或減小掃風(fēng)面積。此類技術(shù)亦稱為伸縮葉片技術(shù)?，F(xiàn)代技術(shù)通用的 是變槳技術(shù)，無論是現(xiàn)有的整體葉片、還是新提出的分段葉片、伸縮葉片，其葉片各段均不能相互轉(zhuǎn)動，所有變槳都是從葉根開始的全葉片變槳；因為葉片體積重量巨大，變槳實施日趨困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種半變槳距葉片，通過對葉片進(jìn)行部分變槳，有效減小風(fēng)力設(shè)備工作時的載荷、減小變槳驅(qū)動系統(tǒng)的功率和尺寸，降低葉片的設(shè)計、生產(chǎn)和運輸難度，降低生產(chǎn)成本；同時可提高整個葉輪的捕風(fēng)能力，使風(fēng)力設(shè)備在低風(fēng)速和超風(fēng)速段都有更好的風(fēng)能利用率。本發(fā)明還提供了一種安裝有半變槳距葉片的混合槳距葉輪以及用于半變槳距葉片的控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。一種半變槳距葉片，結(jié)構(gòu)中包括葉片上部和葉片下部，所述葉片上部采用變槳距安裝，所述葉片下部采用定槳距安裝；所述葉片上部和葉片下部通過連接裝置連接。作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述葉片上部和葉片下部的長度比例范圍是1: 4 3: 4;在所述半變槳距葉片長度小于30米時，所述葉片上部長度保持不變。作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述連接裝置包括變槳驅(qū)動裝置和螺栓；所述變槳驅(qū)動裝置安裝于葉片下部的頂端，葉片上部通過螺栓連接于所述變槳驅(qū)動裝置上。作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述葉片上部的槳矩角I為0° 100°。作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述葉片上部和所述葉片下部的翼型為平滑過渡，葉片外殼將所述連接裝置密封包覆，形成完整的葉片型面。一種混合槳距葉輪，結(jié)構(gòu)中包括輪轂和導(dǎo)流罩，所述輪轂上安裝有至少兩個權(quán)利要求I至權(quán)利要求5任一項所述的半變槳距葉片。作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述輪轂上安裝有三個權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項所述的半變槳距葉片。作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述輪轂內(nèi)設(shè)置有變槳控制柜；所述變槳控制柜通過信號線和權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項所述的變槳驅(qū)動裝置進(jìn)行通訊。一種用于權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項所述的半變槳距葉片的控制方法，包括以下步驟:(I)根據(jù)葉素理論計算出不同風(fēng)速、不同轉(zhuǎn)速下葉片下部的出力；(2)計算出不同風(fēng)速、不同轉(zhuǎn)速、不同槳距角I下葉片上部的出力；(3)根據(jù)不同的 控制要求，計算出葉片上部和葉片下部的輸出力矩需求；(4)根據(jù)計算出的輸出力矩需求和葉片上部、葉片下部的出力，調(diào)整槳距角I。采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于:采用半變槳距葉片，半變槳距葉片在一定直徑范圍內(nèi)是定槳距，在遠(yuǎn)離葉輪中心處則是變槳距。變槳實施不再從葉根開始，而是部分葉片的變槳。減小了變槳負(fù)荷，使得變槳系統(tǒng)成本降低；在半變槳距葉片長度小于30米時，葉片上部的長度不變，這樣就使得變槳部分實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；針對葉片不同長度要求，僅對葉片下部進(jìn)行調(diào)整。由此，葉片的設(shè)計生產(chǎn)而變得簡單易行，成本由此而降低；通過半變槳距葉片控制方法的應(yīng)用，準(zhǔn)確控制槳距角I，使葉片的整體出力達(dá)到控制要求，從而完成葉輪的風(fēng)能汲取、功率控制、氣動剎車等功能。


圖1是本發(fā)明一個具體實施方式
的整體安裝的正視圖。圖2是本發(fā)明一個具體實施方式
的整體安裝的側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明一個具體實施方式
的半變槳距葉片和混合槳距葉輪的安裝示意圖。圖4是本發(fā)明一個具體實施方式
的半變槳距葉片結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明一個具體實施方式
的變槳部位結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明一個具體實施方式
的變槳部位結(jié)構(gòu)的局部放大圖。圖7是本發(fā)明一個具體實施方式
在低于額定風(fēng)速運行時的葉片槳矩示意圖。圖8是本發(fā)明一個具體實施方式
在高于額定風(fēng)速但小于切出風(fēng)速運行時的葉片槳矩示意圖。圖9是本發(fā)明一個具體實施方式
在氣動剎車及非工作狀態(tài)時的葉片槳矩示意圖。圖中:1、葉片上部；2、主梁I ;3、變槳軸承；4、螺栓；5、變槳驅(qū)動裝置；6、主梁II ；
7、葉片下部；8、變槳電機；9、變槳減速器；10、驅(qū)動齒輪；11、半變槳距葉片；12、輪轂；13、機艙；14、塔架；15、變槳控制柜；16、導(dǎo)流罩；17、槳距角I ;18、槳距角II ;19、槳距角III。
具體實施例方式現(xiàn)代葉片變槳驅(qū)動的方式很多，最常用的包括齒輪傳動、皮帶傳動、液壓傳動等，本具體實施方式
采用齒輪傳動為例。參看附圖1和附圖2，三片半變槳距葉片11安裝于輪轂12上，輪轂12通過低速軸連接到機艙13上，機艙13安裝于塔架14的頂端。參看附圖3、附圖4、附圖5和附圖6，葉片下部7固定安裝于輪轂12上，即采用定槳距安裝，導(dǎo)流罩16與半變槳距葉片11外殼固定連接并光滑過渡且密封，葉片上部I通過包括螺栓4和變槳驅(qū)動裝置5的連接裝置安裝于葉片下部7的頂端，即采用變槳距安裝。葉片上部I和葉片下部7的翼型為平滑過渡，半變槳距葉片11外殼將螺栓4和變槳驅(qū)動裝置5密封包覆，形成完整的葉片型面。變槳控制柜15安裝于輪轂12內(nèi)。變槳驅(qū)動裝置5安裝在葉片下部7的頂端。變槳控制柜15通過信號線和變槳驅(qū)動裝置5進(jìn)行通訊。葉片上部I的主梁12端部設(shè)計有與變槳軸承3內(nèi)圈對應(yīng)的圓柱狀結(jié)構(gòu)，上面帶有螺栓4，通過螺栓4連接于變槳軸承3的內(nèi)圈上，內(nèi)圈設(shè)有齒輪；葉片下部7的主梁116設(shè)計為與變槳軸承3的外圈對應(yīng)的箱形結(jié)構(gòu)，箱形結(jié)構(gòu)的頂端安裝變槳軸承3 ;變槳電機8安裝在變槳減速器9上，變槳減速器9安裝在葉片下部7的主梁116前端箱形結(jié)構(gòu)的箱板上，變槳減速器9前端安裝驅(qū)動齒輪10，驅(qū)動齒輪10與變槳軸承3內(nèi)圈的齒相嚙合。半變槳距葉片11總長30米，葉片上部1長6米，葉片下部7長24米。參看附圖7、附圖8和附圖9，根據(jù)葉素理論計算出不同風(fēng)速、不同轉(zhuǎn)速下葉片下部的出力；計算出不同風(fēng)速、不同轉(zhuǎn)速、不同槳距角117下葉片上部I的出力；根據(jù)不同的控制要求，計算出葉片上部I和葉片下部7的輸出力矩需求。根據(jù)計算出的輸出力矩需求和葉片上部1、葉片下部7的出力，在低于額定風(fēng)速時，槳距角117為0°，槳距角1118為15°，槳距角III19為45° ;在高于額定風(fēng)速但小于切出風(fēng)速時，槳距角117的范圍是0° 90°，槳距角1118為15°，槳距角III19為45° ;在氣動剎車及非工作狀態(tài)時，槳距角117的范圍是75° 100°，槳距角1118為15°，槳距角III19為45°。參看附圖，本實用新型的工作原理在于:機艙13經(jīng)過偏航裝置使輪轂12對風(fēng)，半變槳距葉片11吸收風(fēng)能驅(qū)動混合槳距葉輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能，混合槳距葉輪驅(qū)動機艙13中的裝置將機械能轉(zhuǎn)換成電能、動能、勢能、化學(xué)能等。對于不同的風(fēng)速，在主控程序控制下，變槳電機8通過變槳減速器9驅(qū)動齒輪10轉(zhuǎn)動，帶動變槳軸承3內(nèi)圈轉(zhuǎn)動；從而驅(qū)動葉片上部I旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)變槳。上述描述僅作為本實用新型可實施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一限制條件。
權(quán)利要求
1.一種半變槳距葉片(11)，結(jié)構(gòu)中包括葉片上部⑴和葉片下部(7)，其特征在于:所述葉片上部(I)采用變槳距安裝，所述葉片下部(7)采用定槳距安裝；所述葉片上部(I)和葉片下部(7)通過連接裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半變槳距葉片(11)，其特征在于:所述葉片上部(I)和葉片下部(7)的長度比例范圍是1: 4 3: 4;在所述半變槳距葉片(11)長度小于30米時，所述葉片上部(I)長度保持不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半變槳距葉片(11)，其特征在于:所述連接裝置包括變槳驅(qū)動裝置(5)和螺栓(4);所述變槳驅(qū)動裝置(5)安裝于葉片下部(7)的頂端，葉片上部(I)通過螺栓(4)連接于所述變槳驅(qū)動裝置(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半變槳距葉片(11)，其特征在于:所述葉片上部(I)的槳矩角 1(17)為 O。 100。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半變槳距葉片(11)，其特征在于:所述葉片上部(I)和所述葉片下部(7)的翼型為平滑過渡，葉片外殼將所述連接裝置密封包覆，形成完整的葉片型面。
6.一種混合槳距葉輪，結(jié)構(gòu)中包括輪轂(12)和導(dǎo)流罩(16)，其特征在于:所述輪轂(12)上安裝有至少兩個權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項所述的半變槳距葉片(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合槳距葉輪，其特征在于:所述輪轂(12)上安裝有三個權(quán)利要求I至權(quán)利要求5任一項所述的半變槳距葉片(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合槳距葉輪，其特征在于:所述輪轂(12)內(nèi)設(shè)置有變槳控制柜(15);所述變槳控制柜(15)通過信號線和權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項所述的變槳驅(qū)動裝置(5)進(jìn)行通訊。
9.一種用于權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項所述的半變槳距葉片(11)的控制方法，其特征在于包括以下步驟: (1)根據(jù)葉素理論計算出不同風(fēng)速、不同轉(zhuǎn)速下葉片下部(7)的出力； (2)計算出不同風(fēng)速、不同轉(zhuǎn)速、不同槳距角1(17)下葉片上部(I)的出力； (3)根據(jù)不同的控制要求，計算出葉片上部⑴和葉片下部(7)的輸出力矩需求； (4)根據(jù)計算出的輸出力矩需求和葉片上部(I)、葉片下部(7)的出力，調(diào)整槳距角1(17)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半變槳距葉片，結(jié)構(gòu)中包括葉片上部和葉片下部，所述葉片上部采用變槳距安裝，所述葉片下部采用定槳距安裝；所述葉片上部和葉片下部通過連接裝置連接。本發(fā)明還公開了一種安裝有半變槳距葉片的混合槳距葉輪以及一種用于半變槳距葉片的控制方法。通過采用半變槳距葉片，減小了變槳負(fù)荷，葉片的設(shè)計生產(chǎn)變得簡單易行，成本由此而降低。通過半變槳距葉片控制方法的應(yīng)用，準(zhǔn)確控制槳距角I，從而完成葉輪的風(fēng)能汲取、功率控制、氣動剎車等功能。
文檔編號F03D1/06GK103233855SQ20131005946
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者歐振玉 申請人:歐振玉