本發(fā)明屬于風能發(fā)電技術領域，特別是涉及一種能自動調節(jié)風力機柔性葉片剛度的裝置。

背景技術：

風能是最具有開發(fā)價值和儲量巨大的新能源，因此如何高效利用風能發(fā)電一直是新能源發(fā)展的重點和熱點。通過有關研究人員對我國風電場的考察研究可知，發(fā)展適合陸地使用的微風型風力發(fā)電機是我國風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，提高微風的發(fā)電性能已成為人們的共識。提高微風發(fā)電性能的主要出路在于改變葉片結構，提高結構動力性能，根據(jù)仿生學原理以及風電發(fā)展的需要，柔性葉片應運而生。目前，風電場上采用的葉片有兩種：剛性葉片和柔性葉片。剛性葉片在設計、結構與表面處理上，一般是以剛硬性材料為主，而且是以手工模具裱糊為主，生產(chǎn)效率較低。由于剛性葉片是由纖維布分層依次粘結，所用復合材料的用量較大，所以葉片自重較高，在低風速時很難運轉發(fā)電，而且很難應對風載的不確定性對葉片造成的沖擊等作用。而柔性葉片在設計上，以輕柔復合材料為主，葉片自重較輕，柔韌性強，其顯著的優(yōu)點是在低風速時能帶動風力機發(fā)電，以及在一定風速范圍內能夠通過改變自身形態(tài)適應不同的風載情況。

柔性葉片可以完全克服剛性葉片的缺點，并可以增大受風面積，由于柔性葉片可以根據(jù)風速的變化相應改變受風的型面，在增加風能獲取量和轉化量的同時，改善葉片的受力狀態(tài)，化解風的破壞力，有利于風力機安全穩(wěn)定的運轉。在低風速情況下，葉片變形小，以最佳迎風角和最大迎風面積獲取最大風載而帶動風機發(fā)電；在中風速情況下，隨著風速增大，葉片變形會逐步增大，逐步減小迎風角和迎風面積，保持所受風載大小的相對穩(wěn)定，保證發(fā)電功率的平穩(wěn)輸出。

然而，在高風速或者陣風情況下，葉片隨風速大幅變形，迎風面積大幅減小，風載減小，所受風阻大幅增加，葉片的轉速不會增快，在一定程度上減小了風載；但是由于葉片的大幅度變形，附加彎扭作用更加復雜，非常容易造成葉片的疲勞損壞和裂縫的產(chǎn)生，重則造成葉片的彎扭斷裂，給葉片造成嚴重破壞。

由于柔性葉片的組成是由成品玻纖層板粘結成型，所以當葉片由于各種彎扭力形成裂紋后，玻纖層板也隨之斷裂剝離，遇外界雨水、鹽霧后，逐漸風化，極易形成葉片軟胎現(xiàn)象。柔性葉片軟胎使層板剝離后，其受損進度高于剛性葉片。因此如何既充分利用柔性葉片在低風速下就能啟動發(fā)電的優(yōu)勢，又盡量避免柔性葉片在高風速情況下大幅變形后產(chǎn)生裂紋等加速柔性葉片的破壞而縮短使用壽命成為了一個需要改進的地方。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有風能發(fā)電設備所采用的柔性葉片容易造成葉片的疲勞損壞和易產(chǎn)生裂縫造成葉片的彎扭斷裂等技術問題，本發(fā)明提供一種結構相對簡單、實用性強、使用方便的能自動調節(jié)風力機柔性葉片剛度的裝置。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括支撐塊2、定滑輪3、慣性塊4、前端固定塊5、鋼絲繩6、尾端固定塊7、拉伸彈簧8、壓縮彈簧9和直線導軌10；所述支撐塊2、前端固定塊5和尾端固定塊7分別由內至外依次并列固定設置在柔性葉片1的同一側面上，在支撐塊2與前端固定塊5之間的柔性葉片1上固設有直線導軌10，在直線導軌10上配合安裝慣性塊4；在支撐塊2上設置有2個定滑輪3；其中拉伸彈簧8和壓縮彈簧9一端分別與前端固定塊5相連接，另一端分別與安裝在直線導軌10上的慣性塊4相連接；對稱設置的2根鋼絲繩6的一端分別與慣性塊4相連接，另一端分別繞過支撐塊2上的定滑輪3，同時穿過前端固定塊5與靠近柔性葉片1葉尖尾端的尾端固定塊7相連接。

本發(fā)明的支撐塊2安裝在靠近柔性葉片1葉根的位置，前端固定塊5安裝在支撐塊2一側，所述前端固定塊5與直線導軌10的一端連接固定；支撐塊2、前端固定塊5和直線導軌10都分別固定在柔性葉片1上。

本發(fā)明的尾端固定塊7安裝在柔性葉片1外端靠近葉尖尾端位置，將尾端固定塊7底部固定在柔性葉片1上，并在尾端固定塊7外周設置填充材料將其包圍緊固，使其與柔性葉片1的葉尖部分融為一體，防止長時間侵蝕，導致產(chǎn)品脫落。

本發(fā)明的慣性塊4相嵌安裝在直線導軌10上；在直線導軌10靠近支撐塊2的一端固設有擋板11，從而限定慣性塊4只能在擋板11與前端固定塊5之間的直線導軌10上滑動，通過與拉伸彈簧8和壓縮彈簧9的共同作用，一方面可以消除慣性塊4本身重力在風力機運行過程中的影響，另一方面避免陣風等對風力機柔性葉片1的沖擊載荷和振動；同時直線導軌10和慣性塊4間之間加入潤滑油，保證慣性塊4能在直線導軌10上滑動。

本發(fā)明的拉伸彈簧8一端與前端固定塊5相連接，另一端與慣性塊4相連接，其作用是在開始時給鋼絲繩6施加預應拉力，從而保證連接在慣性塊4中的鋼絲繩6能夠保持張緊狀態(tài)而與定滑輪3充分接觸，使得柔性葉片1在低風速下能夠利用柔性葉片本身的優(yōu)勢而啟動發(fā)電；當風速增大，風力機葉片轉速也隨之增大，此時慣性塊4會因做圓周運動而帶給鋼絲繩6更大的張力，甚至慣性塊4會產(chǎn)生一定的滑動，使得慣性塊4與直線導軌10一端的擋板11存在間隙，在此運動過程中，拉伸彈簧持續(xù)產(chǎn)生拉力來消除滑塊本身重力的影響，使得風力機平穩(wěn)運行；在風速由大變小的情況下，柔性葉片1的轉速也會隨之減小，慣性塊4因做圓周運動帶給鋼絲繩6的張力有所減小，此時慣性塊4會回復到初始位置，在這過程中，拉伸彈簧8繼續(xù)產(chǎn)生拉力，使得慣性塊4緩慢滑動，不至于沖撞到擋板11，保護了裝置和風力機葉片。

本發(fā)明的壓縮彈簧9與拉伸彈簧8相互配合套裝，套裝方式包括：壓縮彈簧9套裝在拉伸彈簧8外部，或壓縮彈簧9套裝在拉伸彈簧8內，兩端分別連接在慣性塊4和前端固定塊5上，和拉伸彈簧8共同作用來消除風力機運行過程中慣性塊4本身重力的影響，同時可以有效避免振動，共同保證風力機的平穩(wěn)運行。

本發(fā)明的鋼絲繩6一端固定在慣性塊4一側的凹槽內，跟隨慣性塊4一做往復平移運動；同時，鋼絲繩6在拉伸彈簧8和壓縮彈簧9的共同作用下時刻保持張緊狀態(tài)，保證慣性塊4在風力機運行過程中做圓周運動產(chǎn)生的作用力能夠及時通過鋼絲繩6和定滑輪3及時傳遞到柔性葉片1的葉尖部分，達到及時有效調節(jié)的目的。

本發(fā)明在支撐塊2上設置用于安裝定滑輪3的空腔，定滑輪3水平安裝在支撐塊2的空腔內，通過定滑輪3將慣性塊4產(chǎn)生的力改變方向后傳遞給柔性葉片1的葉尖部分，從而實現(xiàn)改變柔性葉片剛性的效果，更好地利用風資源發(fā)電。

本發(fā)明鋼絲繩6的長度、慣性塊4的尺寸重量、拉伸彈簧8以及壓縮彈簧9給鋼絲繩6的預應力等需要根據(jù)風力機柔性葉片1尺寸以及葉片的運行情況確定，以保證裝置調節(jié)的效果，進而達到有效拓寬風力機正常運行風速范圍的目的。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術相比，本文發(fā)明能夠使柔性葉片的整體剛性隨風力機葉片轉速的增加而增大，隨葉片轉速的降低而減少，以實現(xiàn)及時智能化地調整葉片的整體剛性，不存在滯后性，也不存在機械或電子故障，因而更加簡單有效和可靠。

它還可以更加有效地化解陣風對葉片的沖擊能量，有利于提高風力機的壽命。由于葉片剛度能夠隨風速的增加而增大，從而拓寬了額定風速的大小，通過葉片的這種自適應調整使葉片的額定功率穩(wěn)定在一定的風速范圍之內，這將很大程度地使風力機的運行風速范圍增加，從而提高風能的利用效率和發(fā)電量。

另一方面，在較高風速下，采用本裝置的葉片具有更強的適應性，葉片的彎扭耦合效應更強，這有利于提高葉片在極限載荷下的可靠性，防止過載破壞，改善葉片的疲勞性能。同時由于提高了風力機柔性葉片的剛性，所以葉片在垂直于葉輪旋轉平面的位移變形遠低于改善前的葉片的變化量，因此并不會影響到葉片的安全。

它主要用于風能發(fā)電設備的風葉領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結構圖。

圖2是本發(fā)明的局部放大視圖。

圖3是圖2局部剖面的完全剖面視圖。

附圖中的標記為：1-柔性葉片；2-支撐塊；3-定滑輪；4-慣性塊；5-前端固定塊；6-鋼絲繩；7-尾端固定塊；8-拉伸彈簧；9-壓縮彈簧；10-直線導軌；11-擋板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

實施例1，參閱圖1至圖3，本發(fā)明包括支撐塊2、定滑輪3、慣性塊4、前端固定塊5、鋼絲繩6、尾端固定塊7、拉伸彈簧8、壓縮彈簧9和直線導軌10；所述支撐塊2、前端固定塊5和尾端固定塊7分別由內至外依次并列固定設置在柔性葉片1的同一側面上，在支撐塊2與前端固定塊5之間的柔性葉片1上固設有直線導軌10，在直線導軌10上配合安裝慣性塊4；在支撐塊2上設置有2個定滑輪3；其中拉伸彈簧8和壓縮彈簧9一端分別與前端固定塊5相連接，另一端分別與安裝在直線導軌10上的慣性塊4相連接；對稱設置的2根鋼絲繩6的一端分別與慣性塊4相連接，另一端分別繞過支撐塊2上的定滑輪3，同時穿過前端固定塊5與靠近柔性葉片1葉尖尾端的尾端固定塊7相連接。

實施例2，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的支撐塊2安裝在靠近柔性葉片1葉根的位置，前端固定塊5安裝在支撐塊2一側，所述前端固定塊5與直線導軌10的一端連接固定；支撐塊2、前端固定塊5和直線導軌10都分別固定在柔性葉片1上。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例3，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的尾端固定塊7安裝在柔性葉片1外端靠近葉尖尾端位置，將尾端固定塊7底部固定在柔性葉片1上，并在尾端固定塊7外周設置填充材料將其包圍緊固，使其與柔性葉片1的葉尖部分融為一體，防止長時間侵蝕，導致產(chǎn)品脫落。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例4，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的慣性塊4相嵌安裝在直線導軌10上；在直線導軌10靠近支撐塊2的一端固設有擋板11，從而限定慣性塊4只能在擋板11與前端固定塊5之間的直線導軌10上滑動，通過與拉伸彈簧8和壓縮彈簧9的共同作用，一方面可以消除慣性塊4本身重力在風力機運行過程中的影響，另一方面避免陣風等對風力機柔性葉片1的沖擊載荷和振動；同時直線導軌10和慣性塊4間之間加入潤滑油，保證慣性塊4能在直線導軌10上滑動。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例5，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的拉伸彈簧8一端與前端固定塊5相連接，另一端與慣性塊4相連接，其作用是在開始時給鋼絲繩6施加預應拉力，從而保證連接在慣性塊4中的鋼絲繩6能夠保持張緊狀態(tài)而與定滑輪3充分接觸，使得柔性葉片1在低風速下能夠利用柔性葉片本身的優(yōu)勢而啟動發(fā)電；當風速增大，風力機葉片轉速也隨之增大，此時慣性塊4會因做圓周運動而帶給鋼絲繩6更大的張力，甚至慣性塊4會產(chǎn)生一定的滑動，使得慣性塊4與直線導軌10一端的擋板11存在間隙，在此運動過程中，拉伸彈簧持續(xù)產(chǎn)生拉力來消除滑塊本身重力的影響，使得風力機平穩(wěn)運行；在風速由大變小的情況下，柔性葉片1的轉速也會隨之減小，慣性塊4因做圓周運動帶給鋼絲繩6的張力有所減小，此時慣性塊4會回復到初始位置，在這過程中，拉伸彈簧8繼續(xù)產(chǎn)生拉力，使得慣性塊4緩慢滑動，不至于沖撞到擋板11，保護了裝置和風力機葉片。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例6，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的壓縮彈簧9與拉伸彈簧8相互配合套裝，套裝方式包括：壓縮彈簧9套裝在拉伸彈簧8外部，或壓縮彈簧9套裝在拉伸彈簧8內，兩端分別連接在慣性塊4和前端固定塊5上，和拉伸彈簧8共同作用來消除風力機運行過程中慣性塊4本身重力的影響，同時可以有效避免振動，共同保證風力機的平穩(wěn)運行。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例7，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的鋼絲繩6一端固定在慣性塊4一側的凹槽內，跟隨慣性塊4一做往復平移運動；同時，鋼絲繩6在拉伸彈簧8和壓縮彈簧9的共同作用下時刻保持張緊狀態(tài)，保證慣性塊4在風力機運行過程中做圓周運動產(chǎn)生的作用力能夠及時通過鋼絲繩6和定滑輪3及時傳遞到柔性葉片1的葉尖部分，達到及時有效調節(jié)的目的。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例8，參閱圖1至圖3，本發(fā)明在支撐塊2上設置用于安裝定滑輪3的空腔，定滑輪3水平安裝在支撐塊2的空腔內，通過定滑輪3將慣性塊4產(chǎn)生的力改變方向后傳遞給柔性葉片1的葉尖部分，從而實現(xiàn)改變柔性葉片剛性的效果，更好地利用風資源發(fā)電。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例9，參閱圖1至圖3，本發(fā)明鋼絲繩6的長度、慣性塊4的尺寸重量、拉伸彈簧8以及壓縮彈簧9給鋼絲繩6的預應力等需要根據(jù)風力機柔性葉片1尺寸以及葉片的運行情況確定，以保證裝置調節(jié)的效果，進而達到有效拓寬風力機正常運行風速范圍的目的。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例10，參閱圖1至圖3，本發(fā)明的工作過程如下：在微風或者風速較小的情況下，風力機柔性葉片1能夠利用本身在微風或者低風情況下啟動的特性運轉發(fā)電，此時轉動速度相對較小，直線導軌10上的慣性塊4跟隨柔性葉片1做圓周運動產(chǎn)生的離心拉力也較小，慣性塊4在直線導軌10上滑動的位移基本為零，在拉伸彈簧8給鋼絲繩6的預應拉力的情況下，不僅使得連接在慣性塊4內的鋼絲繩6繼續(xù)保持張緊狀態(tài)，鋼絲繩6緊緊繞在固定在前端固定塊5上的定滑輪3而與在柔性葉片1葉尖部分的尾端固定塊7相連接，而且預應拉力滿足即使慣性塊4和擋板11接觸，慣性塊4也不會給擋板11施加壓力。在此預應拉力作用下，整個風力機柔性葉片1變形自由，柔性葉片1能夠以合適的迎風角和迎風面積獲取風載，使轉速能夠快速智能地跟隨風速變化，有利于葉片保持在高效利用風能的狀態(tài)，從而利用微風啟動并發(fā)電。

隨著風速的變大，風力機柔性葉片1的轉速也隨之增大，此時風力機柔性葉片1的彎扭變形也隨之增大。與此同時，裝置中的慣性塊4跟隨風力機柔性葉片1轉動而產(chǎn)生的沿葉片展向方向的離心拉力也隨之變大，固定在慣性塊(4)內的鋼絲繩(6)中張力也將變大，甚至會擠壓壓縮彈簧9產(chǎn)生一定的位移，鋼絲繩(6)通過固定在支撐塊(2)上的定滑輪(3)將其傳遞給在柔性葉片(1)葉尖部分的尾端固定塊(7)，從而影響風力機柔性葉片1的葉尖區(qū)域，及時有效地減小柔性葉片1的彎扭變形量，使得風輪面與迎風面的夾角而獲取相對穩(wěn)定的風載，保證捕風效率，保護風力機柔性葉片1，從而保持電量穩(wěn)定輸出的工作狀態(tài)，確保中風速附近最佳功率的輸出。

當風速超出額定風速不多時，風力機柔性葉片1轉速上升的同時，慣性塊4跟隨風力機柔性葉片(1)做圓周運動所產(chǎn)生的離心力作用也隨之增強，此時鋼絲繩6中的張力也隨之增大，通過和拉伸彈簧8和壓縮彈簧9的及時調節(jié)，有效減少彎扭大變形、振動等葉片的劇烈作用而顯著提升柔性葉片1的剛性，始終將風輪轉速控制在一定轉速之內，保證了風力機在高風速下的安全運行，可以減少高風速下轉速的快速波動，有利于轉速恒定，減少風力機柔性葉片1超速的發(fā)生以及減少柔性葉片1的極限載荷，充分保護了葉片，延長了葉片的使用時間，同時也保證了后端系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此也就拓寬了柔性葉片有效運行的風速范圍。

當風速逐漸減小時，風力機柔性葉片1的轉速也會有所下降，慣性塊4跟隨柔性葉片1做圓周運動而產(chǎn)生的離心拉力也會隨之減小，因而鋼絲繩6的張力也會相對減小，慣性塊4會有恢復到開始位置的態(tài)勢，在這個過程中，拉伸彈簧8會持續(xù)產(chǎn)生拉力拉住慣性塊4，使其緩慢滑動而不至于沖撞上擋板11，平穩(wěn)地回位，保護了裝置。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。

實施例11，參閱圖1至圖3，本發(fā)明在設計安裝本裝置時，拉伸彈簧8給出的預應拉力應該使得慣性塊4與擋板11剛好接觸但是擋板11不受慣性塊4的壓力；在運行過程中，由于風速的變化，慣性塊4會跟隨風力機柔性葉片1做圓周運動而產(chǎn)生離心拉力，甚至會擠壓壓縮彈簧9拉動鋼絲繩6在直線導軌10上產(chǎn)生一定的滑移。當慣性塊4與擋板11接觸時，則擋板11和拉伸彈簧8、壓縮彈簧9一起作用消除慣性塊4本身重力運行過程中的影響；當慣性塊4與擋板11之間拉開一定的距離時，此時則由拉伸彈簧8和壓縮彈簧9產(chǎn)生的拉力來消除慣性塊4本身重力的影響，保證風力機柔性葉片1的平穩(wěn)運行。其余同本發(fā)明的另外任意1個實施例或2個以上實施例的組合。