[发明专利]一种大型风力发电机组叶片及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型风力发电机组叶片及其应用。

背景技术

风力发电作为目前技术最成熟的可再生能源发电方式之一,近年得到了飞速发展，尤其是在中国。截至2010年底，中国已成为世界风电装机容量最大的国家。中国的风资源分布并不均匀，陆上资源集中分布于三北地区，离东部用电负荷中心较远，东部用电负荷中心附近风资源较好的区域主要分布于东南沿海，但由于此区域面临台风的威胁，导致风电开发较为缓慢。目前的风力发电技术起源于欧洲，相关设计标准及规范也基本以欧洲风况作为标准，而欧洲不存在台风问题，因此目前的风力发电机组基本上都没有考虑抗台风问题。但实际上台风到来时的超高风速（70m/s以上）以及快速变化的风向都会给风电机组的安全造成严重威胁。如2006年台风桑美正面袭击了浙江苍南风电场，当时最高风力达到了19级。导致苍南风电场28台风力发电机组倒了20台，其它8台也不同程度受损，整个风场几乎报废。因此，如何进行抗台风风力发电机组设计已经引起了越来越多的风电机组设计者的重视。

目前大型风力发电机组均为水平轴设计,即风轮旋转平面垂直于来流风向。而所用的风能捕获装置，即叶片，利用的是气流流过叶片产生升力与阻力的原理驱动风轮转动，从而将风能转化为叶轮的机械能的。根据翼型原理，升力与阻力的大小与风速的二次方成正比，而叶片根部所受的力矩载荷等于升力与阻力沿叶片长度方向的积分。大型风力发电机组的叶片非常长，目前单机容量3MW的风力发电机组叶片长度为49到60米，而单机容量6MW的风力发电机组叶片长度将达到75到80米，当台风来临时，极高的风速和湍流度将导致机组所受载荷相比非台风工况有很大的提高。解决上述问题，最简单的方法是提高机组的设计极限，加强叶片及各结构的极限承载强度。但这样做会导致机组成本大幅增加，提高机组发电的度电成本，并非可取之策。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型风力发电机组叶片，可降低台风工况时风机的极限载荷，安全可靠、成本低。

本发明的另一个目的在于提供上述大型风力发电机组叶片的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大型风力发电机组叶片，为在叶片长度方向上的可折叠式叶片。

进一步地，所述叶片的折叠位置设置在距叶尖15%至50%叶片长度处。

进一步地，所述可折叠式叶片包括叶片底段、叶片顶段、包含折叠轴的折叠机构；所述叶片底段及叶片顶段通过折叠轴连接，且叶片顶段可绕折叠轴旋转。

进一步地，所述折叠机构还包含：驱动叶片顶段在折叠过程中绕折叠轴旋转的折叠驱动装置；用于叶片完全折叠或完全打开状态时保持叶片当前状态的锁定装置；其信号用于识别叶片当前状态以及折叠动作控制的折叠位置状态传感器。

进一步地，所述折叠驱动装置为电机驱动装置或液压驱动装置。

进一步地，所述锁定装置为机械锁定装置、液压锁定装置或电磁锁定装置。

进一步地，所述大型风力发电机组为水平轴风力发电机组。

上述大型风力发电机组叶片可应用在抗台风工况中。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明由于采用折叠式叶片结构设计，通过叶片在长度方向上的折叠，可以大大减小叶片受力的作用力臂。同时，叶片折叠后会使叶片顶段所受的升力与阻力的方向反向，从而使叶片顶段与底段的受力有部分相互抵消，降低叶片根部及机组的载荷；因此，机组极限承载能力及叶片结构强度不必因为台风工况而大幅增加，仅需对折叠部分做局部处理，在保证安全的情况下，成本可以得到有效控制。

2、本发明的大型风力发电机组叶片也可以用于非台风工况，如对于长度在60米以上的大型叶片，运输过程中也可以采用折叠状态，降低对运输条件的要求，从而大大节约运输成本。

3、本发明可以广泛应用于大型水平轴风力发电机组中。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的大型风力发电机组叶片的结构示意图（完全打开状态）；

图2为本发明的大型风力发电机组叶片的结构示意图（部分折叠状态A）；

图3为本发明的大型风力发电机组叶片的结构示意图（部分折叠状态B）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。