[发明专利]减轻浮簰三叶风轮

说明书

本发明属于风电三叶机领域，特别是用在水上浮解上的三叶风轮，减轻质 量、节约用材、提高转速、提高长期抗疲劳性能。

据资料近年来较大的风力机风轮单片叶片长58m，用碳/环氧制成，质量 为19000kg，对于5-6MW风力机的叶片更重得多，这也是对应用海洋浮解三叶 风力机增加了难度。

由于浮解风力机的突出优越性能自动定向迎风，海域风能优势明显；要是 把单机风力机容量突破6MW大关，甚至突破10-20MW，关键是叶片及其质量， 质量轻也是提高转速、功率的途径。

图1，是浮解用风力机，因浮解自动定向，因此风力机没有偏航机构，塔架 截面呈流线型截面、减少风阻和扰流，易于设置张拉线等有利条件，减轻单机 重量、节省材料，现在把三叶尖也设小轴Aa(与叶片变桨距转轴A保持同轴线)。 Aa轴顶套上轴承和轴承壳A2，A2外有三个足可系住拉线A3和另一边的A3(如 玻璃纤维增强环氧树脂或碳纤维增强环氧树脂或高强度钢圆条)还剩下一个足是 拉线A4，这样三叶片都张拉三条A3、三条A4，最后在各叶片的中段腰部再各 张拉一条A5，除A5下面图2中说明外，其余A3、A4由于三足轴承壳A2在 Aa小轴顶部能灵活转动，所以不妨碍叶片变桨距。

各条A4、A5张拉线的一端都固定在整流罩B上。B与主轴C固定在一起， 所以三叶片不再是一个旋转平面，而形成了一个旋转圆锥体——有很大的刚度 和强度。张拉线相对巨大的风叶轮而言，几乎小得微乎其微，它的微小的风阻 与风叶减薄的成倍厚度而减少风阻相比，增益十分可观，尤其风轮成倍的减轻 重量，使转速明显提高，功率增大，而且风轮启动风速降低，适应风速范围更 广，年运转率提高。

图2，O点是变桨距转轴(请参阅图1)A-Aa轴芯线中、中间的一个点，阴 影线部分表示O所在的叶片中段截面，现在该截面上设一金属横担D1-O-D2， 我们有办法找一根适当长度细线如图2的D1、O1、D2中，两个线头分别系住 D1和D2各点，再用针尖作桩柱套在D1、O1、D2的顶角，并适当保持张紧D1、 O1和O1、D2，同时以针尖划弧线，这划出的弧是以O为圆心的圆周的1/4， 这1/4圆周正是变桨距的变动转角。假若用一个很小的动滑轮代替刚才的针 尖划弧，系住动滑轮的张线即为图1的A5；现在A5(即动滑轮)不动，而横担 D1-O-D2(即叶片在该处的截面以O为心转动90°即桨叶作变桨距转动时，) 则张拉线A5对O点的距离不变，也就说明可以张拉住O点，对变桨距转动不 妨碍。但实际应用中不必很精确，因为叶片有相当大的挠度。

优点：①应用张拉的特点，改变原来旋转平面形的风轮成为旋转圆锥体风 轮，凸显刚度和承受风压能力；②显著减薄减轻叶片厚度和重量，提高风轮转 速和降低启动风速，增加年运转率；③这一结构形式有可能会带来设计大兆瓦 级风力机有个飞跃性突破；④对大兆瓦级风轮：由于叶片的重力加速度引起的 拍向弯曲和挥向弯曲震颤，可被三根张拉的A3牵制住。

附图说明：

图1是减轻浮解三叶风轮的立体示意图。

图2是表示在变桨距叶片的中段可张拉A5的说明。