專利名稱：用于增強大型風力發(fā)電機葉片穩(wěn)定性的拉索裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模塊化的可充抽氣的大型風力發(fā)電機葉片結(jié)構(gòu)，屬于風力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當今的大部分能源來源是化石燃料煤、石油以及天然氣，以現(xiàn)在的使用速度，已知的剩余煤礦礦藏將在約200年后被用完，而石油和天然氣將在不到100年內(nèi)使用殆盡?；剂显谑褂脮r會造成大量的環(huán)境污染，其中包括導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體。風能是最具商業(yè)潛力、最具活力的可再生能源之一，使用清潔，成本較低，而且取用不盡。風力發(fā)電具有裝機容量增長空間大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等優(yōu)勢。風力發(fā)電在為經(jīng)濟增長提供穩(wěn)定電力供應(yīng)的同時，可以有效緩解空氣污染、水污染和全球變暖問題。在各類新能源開發(fā)中，風力發(fā)電是技術(shù)相對成熟、并具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)開發(fā)條件的發(fā)電方式，風力發(fā)電可以減少化石燃料發(fā)電產(chǎn)生的大量的污染物和碳排放，大規(guī)模推廣風電可以為節(jié)能減排做出積極貢獻。在全球能源危機和環(huán)境危機日益嚴重的背景下，風能資源開始受到普遍關(guān)注。 風力發(fā)電規(guī)?；l(fā)展給風力發(fā)電裝備制造業(yè)提供了廣闊的市場空間和前景。據(jù)估計，全球潛在風力發(fā)電能力超過70萬億千瓦，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。隨著未來常規(guī)能源成本持續(xù)上升，風電優(yōu)勢更為明顯，發(fā)展會更快，估計未來多年內(nèi)風電裝機容量年均增速將高達20%。根據(jù)全球風能委員會的報告，目前德國、西班牙、美國、印度、丹麥、 意大利、英國、荷蘭、中國、日本和葡萄牙等國的風電裝機容量相對較多。國際綠色和平組織和世界風能協(xié)會發(fā)布的全球產(chǎn)業(yè)藍皮書認為，到2020年全世界風能裝機容量將達到12. 6 億千瓦，屆時風電電量達3. 1萬億千瓦時，風電將占世界電力供應(yīng)的12% (同時，這種清潔能源將減少約110億噸的二氧化碳排放)。可以看出，包括太陽能、風能、生物質(zhì)能等在內(nèi)的可再生能源的利用進入了一個嶄新的發(fā)展時期，風能被認為是最有希望與傳統(tǒng)能源在發(fā)電成本上相抗衡的清潔能源。英國、 丹麥等歐洲國家風電機組的平均單機功率已經(jīng)達到2. 5兆瓦，中國平均為1.6兆瓦。海上風機的安裝成本較高，因此大型機組更有成本優(yōu)勢，丹麥Vestas的6MW風機即將投入使用， 美國Clipper公司開發(fā)了 10麗樣機，下一代海上風電兆瓦級機組將達到6麗至10麗。近年來中國風電行業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，從2005年的年裝機容量不到1000MW，到 2009年年裝機容量超過14000MW，五年時間增長了 14倍，“十二五”期間Q011-2015年)中國的新增風電裝機容量將達到40000MW，中國已成為全球矚目的風電大國。從19世紀末到20世紀初的風力發(fā)電，都是小規(guī)模的直流發(fā)電，直到20世紀前半期，才開始實現(xiàn)風力發(fā)電機組的大型化，并通過提高空氣動力性能來增大輸出功率。到了 20 世紀90年代末期，已經(jīng)大規(guī)模采用1MW-1.5麗的風力發(fā)電機組。進入21世紀，風力發(fā)電機組的功率及風輪直徑更加趨于大型化，風輪直徑達到60-80m、輸出功率達2MW的風力發(fā)電機組成為主導(dǎo)機組，同時，海上風力發(fā)電機組也更加大型化。當今，風力發(fā)電的最新技術(shù)及發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出大型化、變速運行、變槳距及無齒輪箱等發(fā)展趨勢，即—、在大型化方面，現(xiàn)在兆瓦級的風電機組已具備了商業(yè)化價值，其單機容量可達 2 3麗，目前最大的風電機組的海上單機容量可達5麗，風輪葉片長度也大于30m，發(fā)電機組的重量也較重，必然在運輸及安裝上帶來較大的困難，風電機組在大風時的結(jié)構(gòu)安全性也面臨較大的風險。二、在變速運行方面，即與恒速運行的風力發(fā)電機組相比，變速運行的風機具有發(fā)電量大、對風速變化的適應(yīng)性好、生產(chǎn)成本低、效率高等優(yōu)點，但對于大型風機，由于葉片較長及較重，針對其慣性的控制將是一個難點。三、在變槳距設(shè)計及操作方面，目前定槳距在向變槳距方向發(fā)展，變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點是機組起動性能好、輸出功率穩(wěn)定、機組結(jié)構(gòu)受力小、停機方便安全，但變槳距的機構(gòu)較為復(fù)雜，也增加了變槳裝置的故障幾率，控制程序比較復(fù)雜。結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，大多風電機組開發(fā)制造廠商開始使用變速恒頻技術(shù)，并開發(fā)出了變槳變速風電機組，使得在風能轉(zhuǎn)換上有了進一步完善和提高四、在無齒輪箱(直驅(qū)式)方面，即采用無齒輪箱的直驅(qū)方式，可以有效地提高系統(tǒng)的效率以及運行可靠性，但需要發(fā)展低轉(zhuǎn)速的發(fā)電機技術(shù)。五、在葉片技術(shù)方面，風力發(fā)電機組葉片的翼型從當初采用飛機機翼的翼型，發(fā)展為最近使用的專門針對風力發(fā)電機的翼型，并且在低雷諾茲數(shù)范圍內(nèi)得到更高的升阻比， 與飛機使用的翼型相比，翼型變厚，葉片的強度及剛度也大大地提高。僅就葉片而言，當今的大型風力發(fā)電裝備存在以下的不足大型葉片的尺寸越來越長，這對葉片材料重量、強度及剛度提出越來越高的要求；大型葉片雖然可以提高風能的利用率，由于僅有葉片的一端固接在風機的輪轂上，為典型的懸臂結(jié)構(gòu)，在葉片的旋轉(zhuǎn)方向，其剛度比較弱，必然帶來因風載引起的劇烈振動，同樣，葉片還承受沿著風向的較大載荷，在遇到特大風力作用下，將帶來安全上的隱患，總之，較大型的葉片，其整體結(jié)構(gòu)的在周向及沿風向上的穩(wěn)定性都較差，如何大幅度提高葉片結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性是當今發(fā)展大型及超大型葉片結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提出用于增強大型風力發(fā)電機葉片穩(wěn)定性的拉索裝置，主要采用前置縱向拉索系統(tǒng)及緯向拉索系統(tǒng)來提高葉片的沿旋轉(zhuǎn)周向及風向的剛度，可以大幅度提高葉片的抗振動及抗風載能力，特別適合于具有3片以上的大型葉片系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于增強大型風力發(fā)電機葉片穩(wěn)定性的拉索裝置，所述大型風力發(fā)電機含有三個以上的葉片、風機輪轂和風機主軸，葉片與風機輪轂連接，風機輪轂安裝在風機主軸上，其特征在于所述拉索裝置包含前置縱向拉索系統(tǒng)、緯向拉索系統(tǒng)、拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及設(shè)置在每個葉片上的第一連接裝置；所述前置縱向拉索系統(tǒng)含有前置縱向第一層拉索及縱向拉索連接盤；所述的緯向拉索系統(tǒng)包括緯向第一層拉索及經(jīng)向拉索連接盤；所述的拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)含有縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器、緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器、自動控制器以及固定在風機主軸上的前置張拉承力軸，自動控制器通過控制線與縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器連接；前置縱向第一層拉索的一端連接在第一連接裝置的前端，另一端連接
4在縱向拉索連接盤上；縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器的內(nèi)部通過螺紋與前置張拉承力軸連接，外部采用軸承與縱向拉索連接盤連接；緯向第一層拉索將每個葉片上的第一連接裝置的后端依次連接；經(jīng)向傳力拉索將每兩個葉片之間第一層的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤相連，緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器的內(nèi)部通過螺紋與前置張拉承力軸連接，外部采用軸承與經(jīng)向拉索連接盤(1 連接。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述拉索裝置還包括第二連接裝置、前置縱向第二層拉索和緯向第二層拉索，緯向第二層拉索將每個葉片上的第二連接裝置的后端依次連接； 經(jīng)向傳力拉索將每兩個葉片之間第一層及第二層緯向拉索的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤相連；前置縱向第二層拉索的一端連接在第二連接裝置的前端，另一端連接在縱向拉索連接盤上。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，對于具有3片以上的大型葉片發(fā)動機系統(tǒng)，具有以下特點及突出性效果①通過一層或多層緯向拉索系統(tǒng)可以大幅度提高葉片的周向剛度，增加葉片的抗振動的力學性能，②通過前置的一層或多層縱向拉索系統(tǒng)可以增加葉片系統(tǒng)的抗風載能力；③對前置縱向拉力與緯向拉索系統(tǒng)所產(chǎn)生的拉力將形成一個平衡力系，可以根據(jù)葉片的張拉狀態(tài)進行實時的拉力調(diào)整，④可以保持整個葉片系統(tǒng)的整體性及可靠性， 為大型葉片或超大型葉片的安全運行提供一種新的拉索加固方式。


圖1為本發(fā)明提供的具有一層前置拉索及一層緯向拉索裝置的實施例示意圖。圖2為圖1的拉索裝置的后視圖。圖3為本發(fā)明提供的具有雙層前置拉索及雙層緯向拉索裝置的實施例示意圖。圖4為圖3的拉索裝置的后視圖。圖中1-葉片；2-風機輪轂；3-風機主軸；4-前置縱向第一層拉索；5-前置縱向第二層拉索；6-緯向第一層拉索；7-緯向第二層拉索；8-經(jīng)向傳力拉索；9-拉索轉(zhuǎn)向支架； 10-前置張拉承力軸；11-第一連接裝置；12-第二連接裝置；13-縱向拉索連接盤；14-縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器；15-經(jīng)向拉索連接盤；16-緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器；17-縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器運動方向；18-緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器運動方向；19-自動控制器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及具體實施方式
作進一步的說明圖1和圖2為本發(fā)明提供的具有一層前置拉索及一層緯向拉索裝置的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，所述大型風力發(fā)電機含有三個以上的葉片1、風機輪轂2和風機主軸3，葉片1與風機輪轂2連接，風機輪轂2安裝在風機主軸3上；該拉索裝置包含前置縱向拉索系統(tǒng)、緯向拉索系統(tǒng)、拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及設(shè)置在每個葉片上的第一連接裝置11 ；所述前置縱向拉索系統(tǒng)含有前置縱向第一層拉索4及縱向拉索連接盤13，每個葉片的前置縱向第一層拉索4的一端連接在第一連接裝置11的前端，另一端連接在縱向拉索連接盤13上，縱向拉索連接盤13通過軸承以及縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14與固定在風機主軸3上的前置張拉承力軸 10連接；所述的緯向拉索系統(tǒng)包括緯向第一層拉索6及經(jīng)向拉索連接盤15，緯向第一層拉索6將每個葉片上的第一連接裝置11的后端依次連接，經(jīng)向傳力拉索8將每兩個葉片之間各層緯向拉索的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架9上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤15 相連，經(jīng)向拉索連接盤15通過軸承以及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16與固定在風機主軸3上的前置張拉承力軸10連接，自動控制器19通過控制線與縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16連接。圖3和如4為本發(fā)明提供的具有雙層前置拉索及雙層緯向拉索裝置的實施例示意圖，包含前置縱向拉索系統(tǒng)、緯向拉索系統(tǒng)、拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及設(shè)置在每個葉片上的第一連接裝置11和第二連接裝置12 ；所述前置縱向拉索系統(tǒng)含有前置縱向第一層拉索4、前置縱向第二層拉索5及縱向拉索連接盤13，每個葉片的前置縱向第一層拉索4的一端連接在第一連接裝置11的前端，另一端連接在縱向拉索連接盤13上，前置縱向第二層拉索5的一端連接在第二連接裝置12的前端，另一端也連接在縱向拉索連接盤13上，縱向拉索連接盤13通過軸承以及縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14與固定在風機主軸3上的前置張拉承力軸10連接；所述的緯向拉索系統(tǒng)包括緯向第一層拉索6、緯向第二層拉索7及經(jīng)向拉索連接盤15， 緯向第一層拉索6將每個葉片上的第一連接裝置11的后端依次連接，緯向第二層拉索7將每個葉片上的第二連接裝置12的后端依次連接，經(jīng)向傳力拉索8將每兩個葉片之間各層緯向拉索的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架9上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤15相連， 經(jīng)向拉索連接盤15通過軸承以及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16與固定在風機主軸3上的前置張拉承力軸10連接，自動控制器19通過控制線與縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16連接。下面以圖3所示的具有雙層前置拉索及雙層緯向拉索裝置的實施例，給出拉索系統(tǒng)安裝及調(diào)試的說明。在安裝階段，首先按照設(shè)計要求，將第一連接裝置11及第二連接裝置12安裝在葉片上，將經(jīng)向拉索連接盤15通過軸承以及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16與固定在風機主軸3上的前置張拉承力軸10連接，將縱向拉索連接盤13通過軸承以及縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14與固定在風機主軸3上的前置張拉承力軸10連接，將自動控制器19安裝在風機輪轂2中，這樣就由縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14、緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16、自動控制器19以及前置張拉承力軸10構(gòu)成了拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。然后，就是安裝前置縱向拉索系統(tǒng)，對于每個葉片，將拉索的一端連接在第一連接裝置11的前端，另一端連接在縱向拉索連接盤13 上，這樣就形成了前置縱向第一層拉索，安照同樣的方式，完成前置縱向第二層拉索。最后， 安裝緯向拉索系統(tǒng)，將每個葉片上的第一連接裝置11的后端依次連接，形成緯向第一層拉索6，安照同樣的方式，完成緯向第二層拉索，采用經(jīng)向傳力拉索8將每兩個葉片之間第一層及第二層緯向拉索的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架9上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤15相連。在完成拉索的安裝后，進行拉索張力的預(yù)置和調(diào)試，可以通過緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16在前置張拉承力軸10上的旋轉(zhuǎn)，并受自動控制器19的控制，再由安裝在其中部的軸承帶動經(jīng)向拉索連接盤15沿著緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器運動方向18進行移動，當向外側(cè)移動時，則完成緯向拉索系統(tǒng)的拉緊，向外側(cè)移動得愈多，拉緊程度愈大；同樣，通過縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14在前置張拉承力軸10上的旋轉(zhuǎn)，并受自動控制器19的控制，再由安裝在其中部的軸承帶動縱向拉索連接盤13沿著縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器運動方向17進行移動，當向外側(cè)移動時，則完成前置縱向拉索系統(tǒng)的拉緊，向外側(cè)移動得愈多，拉緊程度愈大；這時，緯向拉索系統(tǒng)在葉片的旋轉(zhuǎn)面內(nèi)將形成一個針對葉片的壓縮張力平衡力系，而前置縱向拉索系統(tǒng)與緯向拉索系統(tǒng)沿風機主軸3的方向上也形成一個張力平衡力系，使得風機的葉片系統(tǒng)具有較好的整體性及穩(wěn)定性。 在風機的運行過程中，會出現(xiàn)張力松弛的狀況，這時，可以通過張力傳感器感應(yīng)后，對緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器16在前置張拉承力軸10上的進行旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)緯向拉索系統(tǒng)的張力；同樣，通過縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器14在前置張拉承力軸10上的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)前置縱向拉索系統(tǒng)的張力，使得葉片在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的張力以及沿風機主軸方向上的張力達到一個合理的設(shè)定值，所有的調(diào)節(jié)過程都可以通過安裝在風機輪轂中的自動控制器19進行控制、并自動完成。
權(quán)利要求
1.一種用于增強大型風力發(fā)電機葉片穩(wěn)定性的拉索裝置，所述大型風力發(fā)電機含有三個以上的葉片(1)、風機輪轂⑵和風機主軸(3)，葉片⑴與風機輪轂(2)連接，風機輪轂 (2)安裝在風機主軸(3)上，其特征在于所述拉索裝置包含前置縱向拉索系統(tǒng)、緯向拉索系統(tǒng)、拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及設(shè)置在每個葉片上的第一連接裝置(11)；所述前置縱向拉索系統(tǒng)含有前置縱向第一層拉索(4)及縱向拉索連接盤(13)；所述的緯向拉索系統(tǒng)包括緯向第一層拉索(6)及經(jīng)向拉索連接盤(1 ；所述的拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)含有縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器(14)、緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器(16)、自動控制器(19)以及固定在風機主軸C3)上的前置張拉承力軸(10)，自動控制器(19)通過控制線與縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器(14)及緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器(16)連接；前置縱向第一層拉索(4)的一端連接在第一連接裝置(11)的前端，另一端連接在縱向拉索連接盤(1 上；縱向張力螺旋調(diào)節(jié)器(14)的內(nèi)部通過螺紋與前置張拉承力軸(10)連接，外部采用軸承與縱向拉索連接盤(1 連接；緯向第一層拉索(6)將每個葉片上的第一連接裝置(11)的后端依次連接；經(jīng)向傳力拉索(8)將每兩個葉片之間第一層的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架(9)上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤(1 相連，緯向張力螺旋調(diào)節(jié)器(16)的內(nèi)部通過螺紋與前置張拉承力軸(10)連接，外部采用軸承與經(jīng)向拉索連接盤(1 連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種用于增強大型風力發(fā)電機葉片穩(wěn)定性的拉索裝置，其特征在于所述拉索裝置還包括第二連接裝置(12)、前置縱向第二層拉索( 和緯向第二層拉索(7)，緯向第二層拉索(7)將每個葉片上的第二連接裝置(1 的后端依次連接；經(jīng)向傳力拉索(8)將每兩個葉片之間第一層及第二層緯向拉索的中點相連，并通過拉索轉(zhuǎn)向支架(9)上的定滑輪轉(zhuǎn)向后與經(jīng)向拉索連接盤(1 相連；前置縱向第二層拉索( 的一端連接在第二連接裝置(1 的前端，另一端連接在縱向拉索連接盤(1 上。
全文摘要
用于增強大型風力發(fā)電機葉片穩(wěn)定性的拉索裝置，含有葉片、風機輪轂、風機主軸、前置縱向拉索系統(tǒng)、緯向拉索系統(tǒng)及拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，前置縱向拉索系統(tǒng)及緯向拉索系統(tǒng)可以采用拉索進行張拉，緯向拉索系統(tǒng)通過經(jīng)向傳力拉索及轉(zhuǎn)向支架將張力傳遞到風機的前端，并通過拉索張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行張力的調(diào)節(jié)和控制，使得葉片的沿旋轉(zhuǎn)周向及風向都具有較高的剛度，大大提高葉片的抗振動及抗風載能力，特別適合于具有3片以上數(shù)量的大型葉片系統(tǒng)。本發(fā)明所提供的拉索裝置將使得大型風力發(fā)電機采用更輕及超長的葉片具有更好的穩(wěn)定性，具有現(xiàn)場施工、維護方便、受力狀態(tài)可控及安全性高的特點，特別適合于大型及超大型葉片的設(shè)計和建造。
文檔編號F03D11/00GK102562485SQ201210018028
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者曾攀, 曾激 申請人:曾激, 清華大學