T型副翼聯合自由環加固的風電風輪的製作方法
2023-04-25 02:06:46 1
[技術領域]
本發明屬於機械領域,確切的講是一種為了增加風輪強度及集風效率的輔助機械裝置。
[
背景技術：
]
風力發電風輪是由：輪轂、葉片組成；對於大型風力發電機，在輪轂內還有變槳距裝置(改變葉片攻角的裝置)。
改變葉片的攻角的裝置：是使葉片能在輪轂的軸線上轉動的設備，調整葉片與來流風之間的角度，以獲取更好地升力，提高風能利用率。通常包含：變槳電機，變槳控制櫃，備用電池(或液壓設備，使用液壓可以不用電機)，變槳軸承以及其他的附屬設備。
變槳距風力發電機組是指整個葉片繞葉片中心軸旋轉,使葉片攻角在一定範圍(一般0°～90°)內變化，以便調節輸出功率不超過設計容許值。在機組出現故障時，需要緊急停機，一般應先使葉片順槳，這樣機組結構中受力小，可以保證機組運行的安全可靠性。變槳距葉片一般葉寬小，葉片輕，機頭質量比失速機組小，不需很大的剎車，啟動性能好。在低空氣密度地區仍可達到額定功率，在額定風速之後，輸出功率可保持相對穩定，保證較高的發電量。但由於增加了一套變槳距機構，增加了故障發生的機率，而且處理變距機構葉片軸承故障難度大。變距機組比較適於高原空氣密度低的地區運行，避免了當失速機安裝角確定後，有可能夏季發電低，而冬季又超發的問題。變槳距機組適合於額定風速以上風速較多的地區，這樣發電量的提高比較明顯。
有關風力發電機葉片數目的概念(風輪實度)。風力機葉片(在風向投影)的總面積與風通過風輪的面積(風輪掃掠面積)之比稱為實度(或稱實度比、容積比)。
從理論上及實際上來講：單葉片、雙葉片、三葉片---12葉片都是可行的，風輪實度的計算方法如下：s為每個葉片對風向的投影面積，r為風輪半徑，b為葉片個數，σ為實度σ＝bs/πr2；單葉片到三葉片的風輪實度比小，是最低實度風輪，12葉片的風輪實度比較高，屬於高實度風輪。
風輪葉片的數目與效率的關係不大，理論上將講：隨著葉片數量的增加，效率的潛力略有增加，相差不多；低實度少葉片風輪是不是讓絕大部分氣流漏掉了呢？也不是，因為低實度風力機(較少葉片數量)運轉速度較高，葉片線速度較風速高許多倍，可掃過大部分通過的氣流，沒經過葉片的僅是少部分，大部分通過的氣流都推動葉片運轉，大部分風能得到利用。選取多少葉片合適，國內外做了大量實驗，二、三、四葉片是風力發電機常用的選擇，用得最多的是三葉片。當然選擇三個葉片還有風力機結構強度、製造成本、噪音、外觀等原因
多葉片風輪的實度大，風能利用率相對低一些。但多葉片風輪也有優點，同樣直徑的風輪比少葉片風輪輸出力矩大得多，而且低風速起動能力很強，所以在農村抽水、碾磨中用得較多。在風速穩定的地區特別是低風速地區，根據不同用途，採用4至8個葉片的風力機有可能獲得較好的風能利用效果。
大型水平軸風力發電機(兆瓦級)多選擇2-3葉片數量的風輪配置；如目前最大的葉片長度為70米(5-6兆瓦風力發電機)，風輪的轉速較慢，約為數分鐘轉一圈。
目前的風輪直徑的極限為140-150米，葉片材料甚至使用了碳纖維，大型葉片根部的直徑甚至達到2米多，為了增加抗風強度，葉片根部的1/3段的翼型較為圓滾，犧牲了效率。
如果能再增加20％風輪的直徑，功率可達10兆瓦以上；發電成本能一步提高，現有的結構及材料強度已經不能支持，需要尋找新的結構才可以。
[
技術實現要素：
]
結構特點的簡要表述及優點：
由固定在輪轂上的t型副翼及安裝在葉片上的能自由轉動的自由環提供繩索接線柱作為繩索緊固點；繩索由自由環上的接線柱引向2側鄰近的t型副翼接線柱並被鎖緊，共計12條繩索組成加固繩索網絡；t型副翼的垂柱部可以具有翼型構造，t型副翼橫梁部位也可以具有翼型構造或其走向可以與風輪的法線夾有一定的非零角度，組成異面直線；這樣t型副翼能產生一定的迎風扭矩與葉片的迎風扭矩共同驅動風輪運轉。
優點：提高集風效率，增加了耐風強度，在使用同等強度的材料下，可以較大的增加了葉片長度，提高了裝機功率，降低了單位發電的成本。
t型副翼聯合自由環加固的風電風輪是水平軸風輪，主要是由：輪轂(1)、帶有自由環(4)的葉片(5)、t形副翼組成；在t形副翼橫梁部(2)及自由環上安裝有t形副翼繩索接線柱(9)及自由環繩索接線柱(8)，繩索(3)連接於接線柱之間；自由環(4)能在葉片(5)固定位置處上自由轉動；t形副翼垂柱部(6)與葉片都安裝在輪轂上，且都處於風輪平面內，相互交替成放射狀姿態；t形副翼/葉片結合部(7)是剛性結合的，可以是通過焊接、螺栓連接、緊配連接或粘接方式。
t形副翼，其t形副翼垂柱部(6)和t形副翼橫梁部(2)，是由帶有機翼構造的或圓柱構造的或多邊形柱構造的或不規則截面構造的或桁架構造柱體結構組成；t形副翼橫梁部(2)的安裝方向線mn與風輪的法線oa平行或共面或成異面直線的位置關係；當t形副翼垂柱部(6)和t形副翼橫梁部(2)帶有翼型構造時，相當於具有一定的迎風攻角，與葉片一樣產生升力即：扭矩，該扭矩與葉片的扭矩疊加在一起驅動風輪，產生電力，當不具有翼型及攻角狀態時，將不會對風輪的扭矩產生貢獻，此時僅僅是具有支撐作用。
繩索接線柱指的是能鎖緊繩索端頭的緊固裝置，是指用螺栓壓緊繩索端頭、用掛柱掛套繩索端頭或直接焊接繩索端頭。
其根本的特徵是：在輪轂上的2個葉片之間剛性安裝有t形副翼；在葉片上安裝有能在葉片(5)固定位置處上自由轉動的自由環；在相鄰的t形副翼繩索接線柱(9)及自由環(8)之間連接有繩索；為了使繩索有一定額度的恆定張力，在繩索中可以串聯彈性部件，如彈簧及彈性橡膠等，串聯的位置在繩索的2端或中間部位，或不串聯彈性部件直接利用繩索的自身彈性。
[附圖說明]
圖1伴隨雕削留頂過度物件的fdm-3d印表機工作原理示意圖。
標號說明：
(1)輪轂
(2)t形副翼橫梁部
(3)繩索
(4)自由環
(5)葉片
(6)t形副翼垂柱部
(7)t形副翼/葉片結合部
(8)自由環繩索接線柱
(9)t形副翼繩索接線柱
(10)葉片自由環部位放大圖
(11)自由環局剖斷面
(12)葉片圓軸部
[具體實施方式]
以下結合附圖就較佳實施例對本發明作進一步說明：
如圖1所示：
t型副翼聯合自由環加固的風電風輪主要是由：輪轂(1)、帶有自由環(4)的葉片(5)、t形副翼組成；在t形副翼橫梁部(2)及自由環上安裝有t形副翼繩索接線柱(9)及自由環繩索接線柱(8)，繩索(3)連接於接線柱之間；自由環(4)能在葉片(5)固定位置處上自由轉動；t形副翼垂柱部(6)與葉片都安裝在輪轂上，且都處於風輪平面內，相互交替成放射狀姿態；t形副翼/葉片結合部(7)是剛性結合的。
t形副翼，其t形副翼垂柱部(6)和t形副翼橫梁部(2)，是由帶有機翼構造的或圓柱構造的或多邊形柱構造的或不規則截面構造的或桁架構造柱體結構組成；t形副翼橫梁部(2)的安裝方向線mn與風輪的法線oa平行或共面或成異面直線的位置關係。
繩索接線柱指的是能鎖緊繩索端頭的緊固裝置，是指用螺栓壓緊繩索端頭、用掛柱掛套繩索端頭或直接焊接繩索端頭。
其根本的特徵是：在輪轂上的2個葉片之間剛性安裝有t形副翼；在葉片上安裝有能在葉片(5)固定位置處上自由轉動的自由環；在相鄰的t形副翼繩索接線柱(9)及自由環(8)之間連接有繩索。
葉片自由環部位放大圖(10)表示了自由環與葉片的結合細節，自由環相當於1個滑輪，在葉片圓軸部(12)的支撐下作純轉動；自由環局剖斷面(11)表示了它們之間的配合關係。