[发明专利]一种大型风电设备的调功、抗台风的架构和方法

说明书

本发明公开一种大型风电设备调功和抗台风的架构和方法，给出了一种能够实现风轮叶片合拢和打开的伞式结构，在平常状态下，风轮叶片展开，上风向或下风向巡航运行发电，本发明给出叶片的绕自身轴回转变桨（通过变桨轴承）和绕风轮主轴的挥舞角变桨（通过液压缸伸缩）两种不同的变桨形式，可以独立使用或配合使用，实现风机功率深度调整和台风状态防御，在台风环境下，风轮下风向巡航，并且叶片放平收拢，台风顺风吹拂叶片，大幅度降低叶片的吹拂受力面。相对于传统的叶片伫立顺桨刹车的形式，抗击台风的能力大大加强。

技术领域

本发明公开一种大型风电设备抗台风的架构和方法，属于清洁能源风力发电领域，也属于机械制造领域。

背景技术

改善地球大气环境，降低温室气体排放，提倡风能和太阳能利用并限制化石能源的使用是当代能源技术的主流。

进入21世纪，风力发电经历了快速发展的黄金时期，在过去二十年的时间里，单机容量从1MW发展到了10MW，也从陆上进入海岸线以及深海大陆架。基本上陆上风机最大3MW水平见顶了，但海岸或离岸风电场，3MW风机只是起步入门级设备。由于海上限制性约束条件减少，可以做到非常大的容量等级，比如20MW，目前还没有封顶的迹象。但海岸、潮间带或离岸运行的风机，必然面对每年至少一次的台风天气的生存环境，也要确保台风天气风机安然无恙。有时候台风强度高达17级，在30年的服役期间，一次强台风就可能造成致命打击。

但是，海岸或离岸的风机，现有抗台风技术方案仍然沿用陆上风机的叶片伫立顺桨刹车硬抗的技术方案。这种方案能力有限，尤其在超大型风机方面，达到抵抗强台风就要极大的提升风机包括叶片和塔筒变桨轴承偏航轴承等等在内所有零部件的强度和刚度，这就大大增加了风机的成本。

本发明旨在创造一种能够强力抗击台风的、低成本型技术方案。

发明内容

术语：

大型风电设备也简称风机，本文涉及的风机非鼓风机；

上风向型风机：参照来凤方向，风轮在塔筒前面迎风巡航运行的风机；

下风向型风机：参照来凤方向，风轮在塔筒后面迎风巡航运行的风机；

叶片：具有气动外形的捕风部件；

叶柄：位于叶片和轮毂之间用于支撑连接叶片的结构件，不需要气动外形，无捕风功能；

要真正能够抗击超强台风，就要象一个大树那样，在台风中，仅仅依靠树根的抗拒能力是有限的，进一步收拢树冠还可有效减小迎风面从而降低风力的弯折破坏力。

为此，风机的风轮1是一个可以实现叶片2放平合拢和扩散打开的伞式构型。

为此，在风轮1的轮毂3处，安装有一个液压驱动连杆机构4，其中配置关系为，叶片2叶根（或叶柄5）和轮毂3铰链连接于C点，液压驱动连杆机构4一端和叶片叶根铰接于A点，另一端和轮毂3铰接于B点，叶片根部（或叶柄5）、轮毂和液压驱动连杆机构三者构造一个可变三角形关系△ABC，其中液压驱动连杆机构作为三角形的一个可变长度的边AB。这样，在液压驱动连杆机构的作用下，风轮叶片就可以实现开合变形。

更进一步，风轮叶片根部可以延伸出一个筒状构型的延长段，称为叶柄5，叶柄5连接叶片和轮毂，起支撑作用，变桨轴承6安置于叶柄5和叶片1之间。这样变桨轴承的受力可大幅度降低。实际上，相当于风轮叶片是一个有叶柄延长段的叶片，筒状构型的延长段没有气动外形要求。