大型风电桁架叶片

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大型风电桁架叶片
申请号	CN202311020186.2	申请日	2023-08-15	公开(公告)号	CN117145692A	公开(公告)日	2023-12-01
申请人	班万春;			发明人	班万春;
摘要	大型风电桁架叶片属于大型风电领域。本发明一是用空格化镂空的桁架悬臂梁，最大化的减小迎风阻力和增加抗转动弯矩的结构刚度。二是用变浆可调迎风角度的大风力状态小迎风角的单边升力面产生平板机翼的主转动升力或小风力状态下大迎风角灵活产生启动状态的平板阻力推动的转动力。三是为1000米级以上长度叶片提供了新的结构力学和空气动力结构。关键点1，空格化的桁架悬臂梁作为叶片抗弯抗扭的力学结构。关键点2，单边升力面形成大风力状态下小迎风角的升力大功率发电或小风力状态下大迎风角的阻力转动发电。关键点3，分离解决结构抗弯和空气动力两大力学问题的方法，用桁架结构解决叶片悬臂梁结构抗弯抗扭和透风问题，用单边升力面的空气迎风动力解决转动升力问题。
权利要求	1.权利要求项1，关键点 1，三弦杆（或四弦杆）空格化镂空的桁架悬臂梁作为叶片抗弯抗扭的力学结构。桁架有较好的抗弯抗扭的能力，增大了抗转动发电弯矩的能力。同时迎风风阻力面积小，用料少，风阻倒塔力小。 2.权利要求项2，关键点 2，单边升力面形成大风力状态下小迎风角的升力大功率发电或小风力状态下大迎风角的阻力转动发电。单边升力面的外平面在迎风小角度和内倾角时，形成空气动力升力攻角而产生转动升力。关键点2为连接弦杆2和弦杆3外边的平板（或包裹弦杆2和弦杆3的蒙皮）。 3.权利要求项3，关键点3，分离解决结构抗弯和空气动力两大力学问题的方法，用桁架结构解决叶片悬臂梁结构抗弯抗扭和透风问题，用单边升力面的空气迎风动力解决转动升力问题。本发明是方法发明，分别用结构理论力学和空气升力力学实际实现了完整清楚风电叶片的技术方案。
说明书全文	大型风电桁架叶片技术领域 [0001] 大型风电领域。背景技术 [0002] 大型风电的叶片是风力能量收集的关键部件，大型风电叶片翼型的核心技术长期受制于国外翼形的专利技术控制。同时，现有大型风电叶片翼形需要投资巨大的叶片模具，运输体积大成本高，叶片进一步大型化有用料成本和力学结构的上限。本发明使用与现有风电叶片完全不一样的“大型风电桁架叶片”，是新的发明专利。方便运输、工地组装、更大的大型化。 [0003] 首先，风电叶片为力学抗弯抗扭不利的悬臂梁结构，如果通过增加悬臂梁叶片结构厚度来增加抗转动发电弯矩，又增加了迎风阻力和阻力弯矩，成为现有改良机翼翼型无法克服的相生相克的对立难题。成为叶片材料用量成本增加和突破叶片更进一步大型化的难题。 [0004] 其次，目前大型风电叶片翼形为单一封闭空心改良增加高度的类似机翼翼型。叶片在转动轴的径向，由于长度和叶根直径倍数增大的关系，受到加倍增大的迎风面风阻阻力弯矩和转动升力弯矩及扭矩，由于材料负荷力量的高负荷，形成了叶片使用寿命和叶片更大型化的上限。且抗转动发电弯矩的刚度小于抗迎风弯矩的刚度，减小了转动发电的出力。 [0005] 其三，叶片远轴端截面转动弯矩刚度的增加和升力的增加，将增加叶片风机的发电出力。现有风电翼型在远轴端的截面转动弯矩刚度不足和截面升力较小（叶片远轴端绕度较大），减小了转动发电的出力。发明内容技术问题 [0006] 大型风电叶片的问题一是增加转动升力，从转动轴径向长度远端大功率处，如何提高抗转动弯矩而高刚度的传递到转动轴发电。问题二是如何减少因增加转动升力刚度而增加的迎风面积而产生的迎风阻力而产生的倒塔推力。问题三是增加转动升力刚度的同时而减少材料用量。问题四是如何从空气动力中得到更大的发电转动力和转动功率。问题五是改善结构材料的力学负荷，提高使用寿命。本发明一是用关键点 1桁架的抗弯抗扭性能解决问题一，二是用关键点 1 桁架的空格化镂空特点，减少迎风面积70%以上的迎风阻力，解决问题二，三是用关键点 1桁架用料少解决问题三。四是用关键点2解决问题四。五是关键点1、2、3解决了问题五。解决方案 [0007] 本发明一是空格化镂空的桁架悬臂梁，最大化的减小迎风阻力和增加抗转动弯矩的结构刚度。二是变浆可调迎风角度的大风力状态小迎风角的单边升力面产生平板机翼的主要转动升力或小风力状态下大迎风角灵活产生启动状态的平板风阻推动的转动力。三是为 1000 米级以上长度叶片提供了新的结构力学和空气动力结构。 [0008] 关键点1，三弦杆（或四弦杆）空格化镂空的桁架悬臂梁作为叶片抗弯抗扭的力学结构。桁架有较好的抗弯抗扭的能力，增大了抗转动发电弯矩的能力。同时迎风风阻力面积小，用料少，风阻倒塔力小。 [0009] 关键点2，单边升力面形成大风力状态下小迎风角的升力大功率发电或小风力状态下大迎风角的阻力转动发电。单边升力面的外平面在迎风小角度和内倾角时，形成空气动力升力攻角而产生转动升力。关键点2为连接弦杆2和弦杆3外边的平板（或包裹弦杆2和弦杆3的蒙皮）。 [0010] 关键点3，分离解决结构抗弯和空气动力两大力学问题的方法，用桁架结构解决叶片悬臂梁结构抗弯抗扭和透风问题，用单边升力面的空气迎风动力解决转动升力问题。本发明是方法发明，分别用结构理论力学和空气升力力学实际实现了完整清楚风电叶片的技术方案。 [0011] 本发明的实质为，一是用开式空格镂空桁架减少现行封闭连续整体单一加厚改良机翼叶片的风阻阻力和迎风弯矩。二是用开式空格镂空桁架增加了抗转动发电弯矩的能力。三是桁架镂空空格结构和单边工作升力面，减少了材料用量的成本。四是单边升力面提供了更多的转动升力，比现行叶片结构力学优先的三分之一近轴端转动升力出力大，比三分之一远轴端转动升力出力面积大。五是改善结构材料的力学负荷，提高使用寿命。 [0012] [图 1] 桁架悬臂梁叶片截面翼形 [0013]实效性 [0014] 一是通过桁架悬臂梁的抗弯抗扭的结构力学刚度增加了叶片的刚度，而增加叶片转动发电出力。 [0015] 二是通过桁架悬臂梁的通风镂空结构，减少迎风风阻而减少倒塔推力和抗迎风弯矩的材料用量。 [0016] 三是通过桁架悬臂梁的通风镂空结构，减少叶片主梁或单一连续空心现有叶片壁的总用料。 [0017] 四是单边升力面，减少了连续封闭机翼翼型的材料用量。 [0018] 五是为叶片的更大型化和 1000 米级以上长度叶片提供力学和形状结构。 [0019] 六是改善结构材料的力学负荷，提高了叶片的使用寿命。 [0020] 七是简单几何形状比现有改良增厚机翼翼型而方便加工、运输、组装。