一种夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮的制作方法

本发明涉及风力发电装置，特别是一种夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，适用于水平轴风力发电机在多种风力发电场所应用。

背景技术：

1、目前，广泛应用的以风能为动力的大、中、小型水平轴风力发电机的叶轮，大多采用轮毂上安装三叶片结构，这样的叶轮叶片总体面积并不少，但是距中心轴远端叶尖的面积有限，没能充分利用杠杆原理，对于叶轮整体而言扭矩小，叶片只是叶根一端与轮毂连接，这样特别是对于大、中型单支承结构的叶片机械强度差，容易造成叶片折损而且叶轮扭矩小。随着单机容量越来越大，三叶片结构的叶轮所产生的扭矩小，难以满足更大容量的风力发电机需求，三叶片结构的叶轮还存在着叶片制造难、成本高、运输及吊装难等问题。

2、本发明人曾针对现有大、中型风力发电机存在的机械强度差、实施难度大、实用性差等问题，提供了多种改进的通过法兰、斜拉索和轮缘形成珩架结构的全叶尖叶轮，其中在公开号为cn110005575a的专利文献中提供了一种全叶尖叶轮式双驱高效风力发电机，其叶轮构造包括：全叶尖叶轮的轮缘内侧通过斜拉索与主轴前端的双碟状法兰固定连接，双碟状法兰的碟形口分别朝向外侧，叶轮采用横截面为v字型轮缘，轮缘与密封板之间形成的密封空腔设置有变桨电机，变桨电机传动端连接叶片支架，叶片支架铰接叶片，叶片支架利用下端限位滑块在圆弧形导轨内滑动，轮缘外部铰接有带动叶片纵向翻转的电动推杆。其虽然改善了水平轴风力发电机叶轮利用风能的效率，但仍然还存在着以下缺陷：1由于采用v字型轮缘只能在轮缘的外缘安装一层叶片、轮缘设置叶片数量不足，利用风能效率低；2调整叶片方向难度大；3、v字型轮缘增加了挡风面积：4、珩架结构的轮缘旋转时风阻大。因此，为了进一步提高叶轮的可靠性和工作效率，亟待进一步改进和优化构造。

3、综上所述，以上风力发电机叶轮，普遍存在着轮缘只能在轮缘的外缘安装一层叶片，叶轮扭矩小、可靠性差，全叶尖叶轮叶片安装空间小、叶片数量不足，轮缘与斜拉索直接连接而没有通过多条吊索多点连接，可靠性难以保障、实施难度大、成本高、效率低、制造难的问题，另外，根据理论计算，相同单位面积的叶片叶尖对于叶轮所产生的扭力远大于叶片中部和叶片根部，因此，现有技术叶轮效率低,不适应高效风力发电机的风载要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，解决了现有风力发电机叶轮及全叶尖叶轮只能在轮缘的外缘安装一层叶片，叶片总体面积小、数量、可靠性难以保障、实施难度大、成本高、效率低、珩架结构的轮缘旋转时风阻大和结构笨重的问题，以及提升叶轮扭矩难度大造成工作效率低的问题，其更有效的利用夹芯式轮缘设置轮缘内外双层叶片和改进的轮缘构造，减小了轮缘挡风面积，提高了叶轮的强度及工作效率。

2、本发明采用的技术方案是：该夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮包括轮缘和轮缘圆周通过叶片支架均布设置的多组叶片，技术要点是：所述轮缘包括由内面板、中间的芯板和外面板组成的边缘密封连接的夹芯式轮缘,轮缘两侧边缘形成有锥形折角，所述叶片包括内层叶片和外层叶片，内层叶片通过叶片支架设置在轮缘内面板外部，外层叶片通过叶片支架设置在轮缘外面板外部，内面板和外面板之间的密封空腔中间位置沿圆周均布架设有多部双出轴变桨电动机，双出轴变桨电动机两端传动轴可分别穿过内面板和外面板的通孔,连接叶片支架底部横梁中心部，用于带动内层叶片和外层叶片联动变桨；叶片支架底部两侧连接的限位滑块设置在同一层面轮缘面板的弧形导轨内，内面板和外面板通过辅助支撑推动叶片转动的电动推杆铰接叶片支架两侧边缘；轮缘利用内设的加强板通过吊索和斜拉索连接叶轮轮毂两侧安装的碟状法兰。

3、所述加强板为轮缘面板与芯板之间固定安装的多块加强板，加强板连接吊索一端,吊索的另一端穿越轮缘的內面板与斜拉索的一端插接在一起，斜拉索的另一端交叉式与两片所述碟状法兰连接。

4、所述电动推杆前端的球头安装在叶片支架两侧边缘球座内，电动推杆的尾部带有关节轴承的耳环与同一层面轮缘面板上的耳环底座通过销轴连接。

5、所述内面板和外面板设置有用于安装弧形导轨的外表面呈平直表面的的导轨安装板。

6、本发明具有的优点和积极效果是：由于夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮是利用内面板、中间的芯板和外面板制作的轮缘，内面板和外面板组成的边缘密封连接，轮缘两侧边缘形成有锥形折角，因此能够在轮缘内、外面板上均可以通过叶片支架安装多组叶片，极大的增加了叶片设置的数量，轮缘两侧边缘形成有锥形折角是根据气流遇阻力体形状不同改变方向不同，轮缘迎风面的锥度具有聚风、导流作用，可使轮缘风洞效应明显增强，同时使轮缘结构强度高、构造简单，重量轻、挡风面积小的优点，并提高了可靠性。本发明设计理念就是源于杠杆原理，特别是叶轮整体系统能绕叶轮轴心线旋转，相当于以轴心为支点，以轮缘半径为省力杠杆，以均布在轮缘内外多个小型叶片为动力的夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮,大幅度增加了叶片尖部总体面积，利用杠杆原理提升了叶轮力矩。采用在内面板和外面板之间的密封空腔内沿圆周均布架设有多部双出轴变桨电动机，双出轴变桨电动机两端转动轴分别穿过内面板和外面板的通孔连接用于带动内层叶片和外层叶片联动变桨的叶片支架底部横梁中心部，有效的利用内面板和外面板之间的夹层空间设置双出轴变桨电动机，能够使轮缘内层叶片和外层叶片同步变桨。叶片支架底部两侧连接的限位滑块滑动设置在同一层面轮缘面板的弧形导轨内，使叶片与轮缘面板之间增加了多个限位支撑连接点，增强力了内层叶片和外层叶片转动的稳定性。内面板和外面板通过辅助支撑推动叶片转动的电动推杆铰接叶片支架两侧边缘，起到了辅助变桨和叶片支撑的双重作用，同时又能够防止叶片脱落，保障叶片安全。轮缘利用内设的加强板通过吊索和斜拉索连接碟状法兰，增加了轮缘荷载能力和可靠性。综上所述，采用内、外双层叶片设计增加了叶片安装空间，启动风速更低，提高了风力发电效率，叶片具有小型化、轻量化特点，便于制造，运输，吊装，大幅度降低了制造成本，有效的利用轮缘设置内外叶片易于同步控制调整叶片变浆，减小了轮缘挡风面积，提高了叶轮力矩及工作效率，增加了叶轮的可靠性和结构强度，提高了安全性，安全可靠设计合理，可以适用于多种风力发电场所使用。

技术特征：

1.一种夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，它包括：包括轮缘和轮缘圆周通过叶片支架设置的多组叶片，其特征在于：所述轮缘包括由内面板、中间的芯板和外面板组成的边缘密封连接的的夹芯式轮缘,轮缘两侧边缘形成有锥形折角，所述叶片包括内层叶片和外层叶片，内层叶片通过叶片支架设置在轮缘内面板外部，外层叶片通过叶片支架设置在轮缘外面板外部，内面板和外面板之间的密封空腔中间位置沿圆周均布架设有多部双出轴变桨电动机，双出轴变桨电动机两端传动轴可分别穿过内面板和外面板的通孔,连接叶片支架底部横梁中心部，用于带动内层叶片和外层叶片联动变桨；叶片支架底部两侧连接的限位滑块设置在同一层面轮缘面板的弧形导轨内，内面板和外面板通过辅助支撑推动叶片转动的电动推杆铰接叶片支架两侧边缘；轮缘利用内设的加强板通过吊索和斜拉索连接叶轮轮毂两侧安装的碟状法兰。

2.根据权利要求1所述的夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，其特征在于：所述加强板为轮缘面板与芯板之间固定安装的多块加强板，加强板连接吊索一端,吊索的另一端穿越轮缘的內面板与斜拉索的一端插接在一起，斜拉索的另一端交叉式与两片所述碟状法兰连接。

3.根据权利要求1所述的夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，其特征在于：所述电动推杆前端的球头安装在叶片支架两侧边缘球座内，电动推杆的尾部带有关节轴承的耳环与同一层面轮缘面板上的耳环底座通过销轴连接。

4.根据权利要求1所述的夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，其特征在于：所述内面板和外面板设置有用于安装弧形导轨的外表面呈平直表面的导轨安装板。

技术总结
本发明提供了一种夹芯式轮缘双层叶片风力发电机叶轮，解决了现有风力发电机全叶尖叶轮叶片总体面积小、实施难度大和轮缘旋转时风阻大等问题，技术方案是：轮缘包括由内面板、中间的芯板和外面板组成的夹芯式轮缘,轮缘两侧边缘形成有锥形折角，叶片包括内层叶片和外层叶片，内面板和外面板之间的密封空腔中间位置沿圆周均布架设有多部双出轴变桨电动机，用于带动内层叶片和外层叶片联动变桨；轮缘利用内设的加强板通过吊索和斜拉索连接叶轮轮毂两侧安装的碟状法兰。其有效的利用轮缘设置内外叶片易于同步控制调整叶片变浆，减小了轮缘挡风面积，提高了叶轮力矩及工作效率，增加了叶轮的可靠性和结构强度，可以适用于多种风力发电场所使用。

技术研发人员：戚永维,戚胜基,孟季秋
受保护的技术使用者：戚永维
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1