風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子加強裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種優(yōu)選用于風(fēng)力設(shè)備、特別是水平軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子加強裝置。本發(fā)明還涉及具有該轉(zhuǎn)子加強裝置的轉(zhuǎn)子和具有該轉(zhuǎn)子的風(fēng)力設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、海洋流發(fā)電設(shè)備和潮流發(fā)電設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是清潔的可再生能源，近年來快速發(fā)展。清潔的可再生能源要與常規(guī)能源(煤、石油、天然氣以及大中型水電)展開競爭，降低成本，提高其運行效率非常重要。目前世界風(fēng)力發(fā)電進一步向大功率、長葉片方向發(fā)展。大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機在制造、安裝和運行時更具有成本優(yōu)勢。風(fēng)力發(fā)電單位成本隨風(fēng)力發(fā)電的單機功率的增大而降低。
[0003]葉片轉(zhuǎn)遞扭矩產(chǎn)生能量。盡管不受理論之限制，據(jù)信，水平軸風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能和葉片長度的平方成正比，而葉片材料重量的增加和葉片長度的立方成正比，隨著葉片長度的增加，加大了葉片的空氣動力荷載，葉片材料的重量也有很大的增加。而且，由于葉片荷載的增加，大型風(fēng)力發(fā)電機葉片必須有更高的抗彎強度。這增加了葉片材料的厚度，也就相應(yīng)增加了葉片材料的重量。
[0004]對于大型葉片，剛度也成為主要問題。為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不彎曲至觸碰塔架的程度，葉片必須具有足夠的彎曲剛度，這又相應(yīng)增加了葉片的重量。
[0005]葉片材料重量的大小對整個風(fēng)力發(fā)電機運行、疲勞壽命、能量輸出都有重要的影響。
[0006]此外，大型葉片按全尺寸生產(chǎn)，難以運輸，也越來越成為制約風(fēng)電發(fā)展的一個瓶頸。對于未來可能的更大尺寸的風(fēng)機葉片，全尺寸葉片的長距離運輸將更加困難。
[0007]此外，在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計中，葉片形狀還需取得空氣動力學(xué)效率和結(jié)構(gòu)合理性的平衡，以最可能低的成本獲取最高效能。
[0008]不視作對現(xiàn)有技術(shù)的承認，圖1示出了一種示例性葉片的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機的葉片1’可包括葉片外殼2和位于葉片外殼2內(nèi)的梁結(jié)構(gòu)3。在圖1所示的示例中，梁結(jié)構(gòu)3例如采用矩形梁結(jié)構(gòu)，包括在葉殼內(nèi)側(cè)分別固定的主梁4和在兩個主梁4兩端提供連接的抗剪切腹板5。形成空氣動力的葉殼包覆在主梁的外面。主要的彎曲載荷由主梁承擔(dān)，葉殼只承擔(dān)少量彎曲載荷。葉片的梁結(jié)構(gòu)，尤其是主梁的重量也占葉片的主要部分。
[0009]常見的一種葉片材料是玻璃纖維復(fù)合材料(GFRP)。例如，葉片主梁及葉殼都可由玻璃纖維復(fù)合材料制成。對于基本使用玻璃纖維復(fù)合材料制造的大型葉片，要滿足葉片的強度和剛性要求，葉片主梁要設(shè)計的很厚，葉片就會非常重。由于風(fēng)力發(fā)電機運行時，葉片重力產(chǎn)生交變載荷，使葉片本身及機組產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，葉片重量的增加會引起葉片過早達到疲勞強度。這需要提高葉片的強度，葉片重量又有所增加，并相應(yīng)使得風(fēng)力發(fā)電機的輪轂、機艙、塔架等結(jié)構(gòu)重量增加，最終導(dǎo)致整個風(fēng)力發(fā)電機成本大幅增加，相應(yīng)地造成風(fēng)力發(fā)電單位成本上升。
[0010]為了減輕葉片的重量，又要滿足強度與剛度要求，目前一般采用的技術(shù)辦法是用碳纖維復(fù)合材料(CFRP)替代玻璃纖維復(fù)合材料制造葉片主梁，但碳纖維復(fù)合材料價格非常昂貴。
[0011]因此，提高大型葉片的強度和剛度，同時減輕葉片的重量，降低葉片的成本，是當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展需要迫切解決的問題。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)提出了對風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子進行加強。
[0013]中國專利申請公開號CN101230834A涉及一種張拉式風(fēng)力機風(fēng)輪，葉片分兩級，中間設(shè)置中軸座，三個中軸座之間用呈流線型截面的復(fù)合材料帶張拉成正三角形，使各葉片在重力加速度中處于不同勢位時，抵消部分不均衡外力；三個中軸座與輪轂前后端也用類似的張拉力強化風(fēng)輪。
[0014]美國專利申請公開號US2010/0086407A1及一種風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子，包括一個或多個轉(zhuǎn)子葉片和用以加強所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子加強元件，其中所述轉(zhuǎn)子葉片被布置成使得它們能夠繞其縱向軸線相對于相應(yīng)的轉(zhuǎn)子加強元件轉(zhuǎn)動。每個轉(zhuǎn)子葉片均可包括至少兩個轉(zhuǎn)子葉片部分，其中外轉(zhuǎn)子葉片部分被布置為可相對于內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片部分轉(zhuǎn)動。該風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子還包括連接裝置，用于將轉(zhuǎn)子加強元件彼此連接。該風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子還包括葉片加強元件和間隔元件，用于加強轉(zhuǎn)子葉片，以防止彎曲偏轉(zhuǎn)。
[0015]上述現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪或轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要在相鄰的葉片之間安裝張拉線以平衡葉片重力。風(fēng)力機在運行時，葉片在揮舞方向(垂直于轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)平面)和擺振方向(在轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)平面內(nèi))都有振動。由于張拉線的存在，葉片的動力學(xué)響應(yīng)更為復(fù)雜。各個葉片的振動不會完全同步，因此葉片之間相互影響，導(dǎo)致葉片在擺振方向的振幅也有可能增大，擺振方向的最大彎矩也有可能增加。
[0016]另外，由于位于兩個葉片段之間的中軸座(’ 834公開文獻)和連接裝置以及間隔元件(’407公開文獻)，葉片段之間的連接并不牢固可靠，影響葉片的空氣動力學(xué)效率和結(jié)構(gòu)合理性，并且這些連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且可能導(dǎo)致葉片在連接部位的強度喪失。
[0017]因此，希望提供一種能具有更高強度和剛度、且優(yōu)選有效減輕葉片重量的結(jié)構(gòu)簡單的改進的轉(zhuǎn)子加強裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種轉(zhuǎn)子加強裝置，其具有較輕的重量和簡單的結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種轉(zhuǎn)子加強裝置，包括:中心連接裝置，構(gòu)造成固定至轉(zhuǎn)子轂；和細長的葉片加強件，構(gòu)造成分別連接至所述中心連接裝置和各自的轉(zhuǎn)子葉片。
[0020]借助于根據(jù)本發(fā)明的中心連接裝置，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對風(fēng)力設(shè)備轉(zhuǎn)子的加強，尤其是針對各葉片的葉片加強件是獨立于其它的葉片連接至中心連接裝置的。
[0021]根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述中心連接裝置包括多個連接件，所述多個連接件構(gòu)造成是旋轉(zhuǎn)對稱的。這提供了高強度的轉(zhuǎn)子加強裝置。
[0022]根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述中心連接裝置還包括用于支撐所述多個連接件的支撐結(jié)構(gòu)。這進一步加強了中心連接裝置的穩(wěn)定性。
[0023]根據(jù)具體的實施例，所述支撐結(jié)構(gòu)包括相互連接的多個支撐桿。
[0024]優(yōu)選地，所述葉片加強件為抗拉加強件。
[0025]更優(yōu)選地，所述葉片加強件為高強度、高模量材料，例如碳纖維繩索。這提供了令人驚奇的減重效果和葉片的高強度和剛度。
[0026]更優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子加強裝置還包括固定至轉(zhuǎn)子葉片的、用于將所述葉片加強件和所述中心連接裝置相連接的連接支架。通過葉片加強件、中心連接裝置和連接支架的結(jié)合，能夠以相對輕的重量，提供符合要求的、甚至更佳彎曲強度和剛度的轉(zhuǎn)子葉片。
[0027]優(yōu)選地，所述連接支架構(gòu)造成沿葉片縱向延伸跨過一段跨距地固定至轉(zhuǎn)子葉片。這能夠有效地保證在葉片加強件連接位置的剛度。
[0028]在一個特別優(yōu)選的實施例中，轉(zhuǎn)子加強裝置還包括用于引導(dǎo)葉片加強件和連接支架相對于中心連接裝置轉(zhuǎn)動的引導(dǎo)機構(gòu)。借助于該引導(dǎo)機構(gòu)，既能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的加強，還能夠?qū)崿F(xiàn)葉片簡單的獨立轉(zhuǎn)動或者說變槳距旋轉(zhuǎn)。
[0029]根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述引導(dǎo)機構(gòu)包括固定連接至所述連接支架的引導(dǎo)件和在中心連接裝置中形成的導(dǎo)槽。
[0030]優(yōu)選地，所述引導(dǎo)件包括滾動軸承。
[0031]優(yōu)選地，所述導(dǎo)槽具有圓弧形，優(yōu)選可達到大約180。。
[0032]根據(jù)本發(fā)明另一方案，提供一種轉(zhuǎn)子，包括轂、連接至所述轂的多個葉片和根據(jù)本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)子加強裝置。
[0033]根據(jù)本發(fā)明又一方案，提供一種轉(zhuǎn)子，包括轂、連接至所述轂的多個葉片和根據(jù)本發(fā)明的具有引導(dǎo)機構(gòu)的轉(zhuǎn)子加強裝置，其中所述葉片構(gòu)造成能夠繞其縱向軸線相對于所述轂轉(zhuǎn)動。
[0034]優(yōu)選地，每個葉片配設(shè)有至少一個所述葉片加強件和至少一個所述連接支架，且其中，所述多個葉片繞轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線旋轉(zhuǎn)對稱地設(shè)置，所述葉片加強件和所述連接支架分別繞轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線旋轉(zhuǎn)對稱地設(shè)置。
[0035]優(yōu)選地，每個葉片配設(shè)有多個所述葉片加強件，其中，所述多個葉片加強件中的至少兩個連接至同一連接支架且并行延伸以在葉片的大致相同的縱向位置處連接至葉片。
[0036]優(yōu)選地，每個葉片配設(shè)有多個所述葉片加強件，其中，所述多個葉片加強件中的至少兩個連接至同一連接支架且在葉片的不同的縱向位