一种摆尾被动自适应风力发电机叶片结构及方法与流程

本发明属于风力发电设备，具体涉及一种摆尾被动自适应风力发电机叶片结构及方法。

背景技术：

1、风力发电机叶片是风力发电机组的气动捕获部件，其翼型结构与气动调节性能直接决定风机风能利用效率与运行稳定性，叶片通过捕捉自然风能将空气动能转化为旋转机械能，是实现风能向电能转换的关键载体，叶片的结构适配性、载荷耐受能力与风速自适应性能，直接影响风机全风速区间的发电效果、结构使用寿命以及设备运维成本，因此优化叶片自适应调节结构，是提升风力发电机综合工作性能的研究方向。现有叶片多采用固定翼型或者主动电控调节形式，固定翼型无法动态适配风速变化；主动电控调节需要配套传感器、驱动组件，结构复杂，制造成本、运维成本高，户外环境电气故障风险大，难以兼顾高效发电、结构防护与低成本运行的需求。部分固定式扰流附件形态不可变，无法实现全风速下被动自适应气动调节。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种摆尾被动自适应风力发电机叶片结构及方法，用以解决现有固定翼型叶片无法动态适配风速，主动电控调节结构复杂、户外工况电气故障风险高，固定式扰流附件难以实现全风速被动自适应气动调节，造成风机发电效率受限、综合运维成本偏高的技术缺陷。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本技术第一方面，提供了一种摆尾被动自适应风力发电机叶片结构，包括:

4、扇叶结构，所述扇叶结构包括叶柄、扇叶前段、转动轴、扇叶片、安装套以及内置弹簧的弧形伸缩杆；

5、所述叶柄固定连接于扇叶前段，所述扇叶前段开设有转动孔，所述转动轴转动装配于转动孔内部，所述扇叶片固接于转动轴的内侧端部；

6、所述扇叶前段设有平齐槽，所述安装套布置于平齐槽内，所述弧形伸缩杆装配于安装套中，弧形伸缩杆的顶端通过连接耳与扇叶片的侧端固接，扇叶片依托转动轴实现摆动动作，并由弧形伸缩杆内部的弹簧提供弹性支撑；

7、扰流件，布置于扇叶前段的前缘，所述扰流件包括导流块、转动杆、扰流片一及扰流片二；多组所述导流块沿扇叶前段的长度方向间隔布设，所述转动杆贯穿各导流块，所述扰流片一、扰流片二铰接装配在转动杆上；扰流片一、扰流片二与扇叶前段之间设有成对异极磁块，扰流片一与扰流片二的顶端开设有进风口。

8、进一步地，所述弧形伸缩杆为弹性可伸缩构件，所述弧形伸缩杆的伸缩行程与扇叶片的最大摆动角度相匹配；

9、所述弧形伸缩杆的底部抵靠于安装套的槽底，所述安装套的槽底对弧形伸缩杆形成限位支撑；

10、所述弧形伸缩杆的顶端经连接耳与扇叶片的侧端连接，扇叶片绕转动轴摆动时，带动弧形伸缩杆沿弧形轨迹伸缩，并由弧形伸缩杆内的弹簧提供回弹支撑。

11、进一步地，所述转动孔沿扇叶前段的长度方向贯通开设；

12、所述转动轴穿设于转动孔内部，所述转动轴的两端伸出转动孔的孔口；

13、所述转动轴的两端设置有限位结构，所述限位结构抵接于扇叶前段的侧壁，用于对转动轴进行轴向约束，以限制转动轴产生轴向窜动。

14、进一步地，所述扰流片一设置为凸字型结构；

15、所述扰流片二设置为凹字型结构；

16、所述扰流片一与所述扰流片二相互嵌合装配，所述扰流片一、所述扰流片二均铰接于转动杆上，扰流片一与扰流片二通过转动杆实现同步转动。

17、进一步地，所述成对异极磁块包括磁块一与磁块二；

18、所述磁块一嵌设于扰流片一、扰流片二的底端；

19、所述磁块二对应嵌设于扇叶前段的前缘表面；

20、所述磁块一与所述磁块二的磁吸面互为异极面，磁块一与磁块二之间形成磁吸贴合约束。

21、进一步地，所述进风口为若干贯通开设的孔槽；

22、若干所述进风口沿扰流片一、扰流片二的顶端呈间隔排布；

23、所述进风口的开孔朝向迎风侧，以供气流经由进风口作用于扰流片内侧。

24、进一步地，所述导流块的截面呈三角形；

25、所述导流块的前端设置有圆弧过渡面；

26、所述导流块与扇叶前段的前缘表面光滑过渡连接，以降低气流流经连接处产生的气动阻力。

27、进一步地，所述叶柄为t型结构；

28、所述叶柄的一端为装配连接端，所述装配连接端用于与风力发电机组的轮毂实现可拆卸装配；

29、所述叶柄的另一端与扇叶前段的根部固定连接，实现叶柄与扇叶前段之间的力传递。

30、进一步地，所述平齐槽开设于扇叶前段的顶端；

31、所述平齐槽的槽体走向与扇叶前段的长度方向保持一致；

32、所述平齐槽形成避让空间，以供弧形伸缩杆随扇叶片摆动时进行位移避让。

33、本技术第二方面，提供了一种风力发电机，包括轮毂以及多片如上所述的摆尾被动自适应风力发电机叶片结构；

34、多片所述摆尾被动自适应风力发电机叶片结构沿所述轮毂的周向布置，各片叶片结构的所述叶柄装配固定于轮毂的外周，以将叶片结构与轮毂形成动力传递连接。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、1、通过扇叶结构与前缘扰流件相配合，依靠气流驱动实现被动自适应调节，无需配置电控与驱动组件，克服了固定翼型叶片无法动态适配风速、主动电控调节结构复杂故障风险高的缺陷；后缘摆尾可动态改变翼型弯度，前缘扰流件改善气流分离，实现全风速区间气动性能自适应调节，提升发电效率，降低运维成本。

37、2、通过伸缩行程与扇叶片最大摆动角度匹配的弧形伸缩杆，配合安装套槽底限位支撑，扇叶片摆动时带动弧形伸缩杆沿弧形轨迹伸缩并获得弹簧回弹支撑，可精准约束扇叶片摆动幅度，保证摆尾动作稳定可靠，实现不同风速下翼型弯度的自适应变化，避免摆动超限造成结构损伤。

38、3、通过贯通式转动孔配合两端限位结构，对转动轴形成轴向约束，限制转动轴发生轴向窜动，保证扇叶片绕轴摆动过程位置稳定，防止转动轴发生偏移卡滞，提升扇叶片摆尾机构运行可靠性，降低户外工况下机构失效概率。

39、4、通过凸字型扰流片一与凹字型扰流片二嵌合装配，二者铰接于转动杆实现同步转动，嵌合结构可保证扰流片开合过程贴合度高，开合动作同步一致，减少缝隙带来的气流紊流干扰，保障前缘扰流结构被动开合的调节效果。

40、5、通过成对异极磁块形成磁吸贴合约束，低风速工况下依靠磁吸力使扰流片贴附叶片前缘，避免额外气动阻力；风速升高后气流作用力可克服磁吸力驱动扰流片张开，实现扰流件被动式开合，无需额外驱动源，结构简单，响应风速变化灵敏。

41、6、通过迎风侧间隔排布的贯通式进风口，使气流能够顺利作用于扰流片内侧，依靠风压为扰流片张开提供驱动力，实现随风速变化的被动开启；孔槽间隔布置的形式，使内侧受力均匀，保障扰流片张开动作平顺，提升前缘扰流的调节稳定性。

42、7、通过截面为三角形且带圆弧过渡面的导流块，与扇叶前段前缘光滑过渡连接，能够减小气流流经连接处的气动阻力，避免局部产生涡流损耗；低风速时减少附加阻力消耗，保障叶片风能捕获能力，进一步优化叶片整体气动表现。

43、8、通过t型叶柄实现与轮毂可拆卸装配，同时完成叶柄与扇叶前段根部的力传递，拆装便捷，便于叶片单独检修更换；能够可靠传递叶片捕获的风能扭矩，保证动力传输稳定，适配风机整机装配使用需求。

44、9、通过沿扇叶前段长度方向设置的平齐槽，为弧形伸缩杆摆动提供位移避让空间，避免伸缩杆摆动过程与扇叶前段本体发生干涉剐蹭，保障弧形伸缩杆随扇叶片摆动伸缩顺畅，防止机构卡滞，提升摆尾机构工作可靠性。

45、10、轮毂周向布置多片本技术的叶片结构，叶柄与轮毂形成动力传递连接，可将本被动自适应叶片应用于风力发电机整机；整机无需增设复杂电控调节系统，在全风速下获得良好气动表现，降低整机制造与后期运维成本。