专利名称：能被动调速的风力发电机叶片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种能被动调速的风力发电机叶片。
背景技术：
随着能源和环境危机的加剧，太阳能、风能、地热能与海洋海流等绿色无污染的“新能源”越来越受到重视。我国风电资源储备丰富，风力机制造技术也越来越成熟，为了提高机组的可靠性，多种先进技术被应用到现代风力机中。风力发电机的叶片是风力发电机获取空气动能的主要部件，叶片迎风面和背风面的空气压差产生的升力是推动风轮转动产生功率的动力。通过改变叶片的气动力学特征实现被动调速曾是过去普遍采用的功率控制方式，主要的代表是失速型风力发电机叶片。失速型风力发电机叶片的工作过程如下在风速超过额定风速时，叶片会发生失速效应，升力系数会减小，阻力系数会增加，从而使风 轮转速不随风速的增大而增加。其缺陷是，失速型风力机在到达失速状态后，叶片的气动特性具有不确定性，这种不确定性会导致在额定风速或更高风速时对功率等级和叶片载荷的错误估计，造成输出功率的不稳定和机组的疲劳损伤，所以近年来失速型叶片逐渐被主动变距式叶片所代替。主动式的变桨调节是通过动力机构驱动变桨距机构改变叶片迎风的角度，从而改变叶片的升力阻力比，使叶轮在额定风速以上时仍能保持额定转速不变。现在普遍采用变桨距方式有液压缸驱动方式和电机驱动方式，在当前的技术条件下，实现以上方式的变桨距控制相对容易，但主动变距式叶片需要动力源、相应的机械结构和控制系统，其结构复杂，在运行中容易出现故障，制造和维护成本较高。国外也有对被动式的变桨调速的相应研究，这种方式减少了动力源，但仍然需要额外的机械结构。
发明内容本实用新型的目的就是为了解决现有技术存在的主动变距式叶片结构复杂，运行可靠性差和制造维护成本高等问题；提供一种能被动调速的风力发电机叶片；具有结构简单、成本低廉、可靠性高等优点，在风力机的整个运行过程中，叶片能够根据风速的大小自动调节风力发电机的转速，使风轮转速维持在额定转速，并能消除风力发电机风轮上的不平衡负载。该叶片克服传统变桨式叶片结构复杂和失速型叶片失速后难以控制的缺点。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种能被动调速的风力发电机叶片，叶片包括迎风面和背风面，迎风面和背风面上分别设有空气腔，迎风面和背风面上的空气腔通过气流通道连接，气流通道中设有气动溢流阀。在空气腔的外部设有蒙皮，蒙皮上加工有通孔。蒙皮采用金属薄板或复合材料。通孔的孔径 < 蒙皮的厚度。气动溢流阀的溢流压力预设为额定风速时迎风面的空气压力与背风面空气压力的压差。工作原理本实用新型包括迎风面和背风面，迎风面和背风面上分别设有空气腔，迎风面和背风面上的空气腔通过气流通道连接，气流通道中设有气动溢流阀，气动溢流阀的溢流压力预设为额定风速时迎风面的空气压力与背风面空气压力的压差。在空气腔的外部设有蒙皮，蒙皮上加工通孔，蒙皮采用金属薄板材料，通孔的孔径<蒙皮的厚度。气动溢流阀的进口压力为迎风面压力，出口压力为背风面压力，溢流压力为额定风速时两面的空气压差。在风速较小时，两面的压差未达到溢流阀的溢流压力，阀保持阻止状态，叶片的升力跟随风速变化。风速超过额定风速后，两面的压差达到溢流阀的溢流压力，溢流阀开启，两个面之间的空气开始流通，两面的压差相应的减小，直到两面的压力差减小直到溢流阀的预设压力，溢流阀关闭。通过溢流阀的通断，可以使两个面之间的压力差维持在恒定值，也即使叶片的升力维持在恒定值。采用这种叶片可以使风轮的转速在额定风速以上时维持在额定转速，同时也能实现对风力机不平衡负载的消除。本实用新型的有益效果I.结构简单、成本低廉、可靠性高，在风力机的整个运行过程中，叶片能够根据风速的大小自动调节风力发电机的转速，使风轮转速维持在额定转速；2.能消除风力发电机风轮上的不平衡负载，克服传统变桨式叶片结构复杂和失速型叶片失速后难以控制的缺点。
图I是叶片的迎风面的主视图；图2是叶片的背风面的主视图；图3是刚性蒙皮的结构图；图4是叶片的A-A横截面；图5是叶片表面的压力分布；图6是额定风速以上时，启动溢流阀开启后叶片内外的空气流动图；图中，I叶片，2蒙皮，3通孔，4.气动溢流阀，5空气腔，6迎风面，7背风面，8.气流通道。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。一种能被动调速的风力发电机叶片，如图I至图6所示，叶片I包括迎风面6和背风面7，迎风面6和背风面7上分别设有空气腔5，迎风面和背风面上的空气腔5通过气流通道8连接，气流通道8中设有气动溢流阀4。在空气腔5的外部设有蒙皮2，蒙皮2上加工有通孔3。蒙皮2采用金属薄板材料。通孔3的孔径<蒙皮的厚度。气动溢流阀4的溢流压力预设为额定风速时迎风面6的空气压力与背风面7空气压力的压差。图5为风力机工作状态下叶片两面的气压分布，设迎风面的空气压力为正压力P+，背风面压力为负压P-，一般来说，P-的绝对值大于P+。叶片两边的压差P=|P+| + |P_|产生推动叶片转动的升力，改变P的大小可以改变升力的大小。气动溢流阀4的工作过程如下阀的进口压力为迎风面空气压力P+，出口压力为背风面空气压力P-，溢流压力预设为额定风速时两面的压差P6，额定风速以下时，两边的压差Ρ〈Ρε，溢流阀为阻断状态；额定风速以上时，两边的压差Ρ>Ρε，溢流阀开启。叶片具体的工作过程如下叶片I内部的空气腔5连通叶片的迎风面和背风面，空气腔的外表面覆盖多孔的刚性蒙皮2。空气腔的内部设置气动溢流阀4阻断，气动溢流阀的溢流压力P6为额定风速时两面的压力差。额定风速以下时，空气迎风面和背风面的压差为P^Pe,气动溢流阀保持阻断状态，叶片的迎风面和背风面没有空气流通，两个面上的空气压差P1不改变，叶片的自身的空气力学特征不发生变化，转速随风速的增大而增大；在风速超过额定风速后，由于迎风面和背风面之间的空气压差变大，此时压差为Ρ2，ρ2>ρε，压力腔内的气动溢流阀4开启，空气开始通过空气腔由高压区流向低压区，叶片迎风面和背风面之间的压力差保持恒定，叶片的升力维持在恒定值，进而使风轮转速维持在额定转速，同时这种方式的升力调节还可以消除作用在风轮上的不平衡空气负载。该叶片可以被动的根据风速改变自身的空气力学特征，保持恒定的升力，使风力发电机转速维持在额定转速附近，消除风力发电机的不平衡负载，实现风力机的被动调速。上述虽然结合附图对实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域·技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
权利要求1.一种能被动调速的风力发电机叶片，叶片包括迎风面和背风面，其特征是，迎风面和背风面上分别设有空气腔，迎风面和背风面上的空气腔通过气流通道连接，气流通道中设有气动溢流阀。
2.如权利要求I所述的能被动调速的风力发电机叶片，其特征是，所述在空气腔的外部设有蒙皮，蒙皮上设有通孔。
3.如权利要求2所述的能被动调速的风力发电机叶片，其特征是，所述蒙皮采用金属薄板或复合材料。
4.如权利要求2所述的能被动调速的风力发电机叶片，其特征是，所述通孔的孔径<蒙皮的厚度。
5.如权利要求I所述的能被动调速的风力发电机叶片，其特征是，所述气动溢流阀的溢流压力预设为额定风速时迎风面的空气压力与背风面空气压力的压差。
专利摘要本实用新型公开了一种能被动调速的风力发电机叶片，叶片包括迎风面和背风面，迎风面和背风面上分别设有空气腔，迎风面和背风面上的空气腔通过气流通道连接，气流通道中设有气动溢流阀，在空气腔的外部设有蒙皮，蒙皮上加工通孔，蒙皮采用金属薄板材料，通孔的孔径≤蒙皮的厚度，气动溢流阀的溢流压力预设为额定风速时迎风面的空气压力与背风面空气压力的压差；具有结构简单、成本低廉、可靠性高等优点，在风力机的整个运行过程中，叶片能够根据风速的大小自动调节风力发电机的转速，使风轮转速维持在额定转速，并能消除风力发电机风轮上的不平衡负载。该叶片克服传统变桨式叶片结构复杂和失速型叶片失速后难以控制的缺点。
文档编号F03D11/00GK202690335SQ20122035664
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月21日 优先权日2012年7月21日
发明者鲁效平, 代鲁平 申请人:济南轨道交通装备有限责任公司