CN104564523A - 导流、反冲和伸缩功能风叶片的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明的技术方案是提供了一种风能高转换率和低风速利用率结构，本发明把具有升力翼面的浆型风叶和产生卡门涡街的勺型风叶进行组合，这样就消除了对风叶受风面积和片数的限制，在风速低于发电机额定条件时，风叶伸缩功能向外延伸，加大扫风面积来满足发电所需的扭矩，当风速超过发电机额定条件时，风叶伸缩功能向内收缩，缩小扫风面积来保证发电频率恒定，利用伸缩功能使风力发电机对风速有很大的适应范围，同时能够很好地保护风叶和发电机。组合风叶的受风面积大，降低了风叶转速，提高风力发电机扭矩，实现了低转速大扭矩，增加了风力发电机的抗风强度和耐疲劳性。解决了低风速区风场开发的难题。

Description

导流、反冲和伸缩功能风叶片的风力发电机

技术领域

本发明涉及一种导流、反冲和伸缩功能风叶片的风力发电机结构，属风力发电机技术领域。 

背景技术

随着矿产能源的枯竭和环境污染问题，风能作为清洁能源而且永不枯竭越来越被世界各国青睐，经过长期的开发实验，已经发展到水平轴、立轴和斜轴等结构。水平轴旋转速度快，但为了避免尾流对风叶的影响，风能利用率低。立轴达里厄型风力机风能利用率高，但是没有自启功能。斜轴可以在低风速下启动并且风能利用率高，但是风叶结构复杂，制造精度无法把握，成本太高，只能应用在小型风力发电机上，无法做大型化。现有技术成熟的大型风力发电机大多为三叶片桨型结构，其风叶一般由具有升力翼面和逐渐过渡成叶根部圆筒的过渡段两部分组成，且风叶与发电机的轮毂定连接。依靠做小风叶宽度来控制扰流对风机的影响，电机功率越大，则风叶的长度越长。风叶增长后会给制造、运输和安装增加困难，对材料要求更苛刻。三叶片桨型结构的受风面积小，风能利用率低，抗风强度差，适用风速范围窄。全国范围内可利用的低风速资源面积约占全国风能资源区的68％，且均接近电网负荷的受端地区。而目前国内的风电开发集中在“三北”(西北、东北和华北)、东南沿海等风资源丰富的高风速地区，低风速区的风电开发几乎处于空白。低风速区风场开发有重大发展潜力，这就需要开发风能利用率高的低风速风力发电机。 

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种有伸缩功能的复合反冲风叶，利用导流片处理前片风叶工作时产生的扰流对后片风叶的影响，提高风能转换和微风利用的结构。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种风能高转换率和低风速利用率结构，采用复合风叶合理利用流体的紊流，结合导流装置把风叶运行时产生的扰流有效引导，消除扰流对风叶的干扰。本发明把具有升力翼面的浆型 风叶和产生卡门涡街的勺型风叶进行组合，勺型风叶勺口的集风面积和勺尾的排风口面积比例控制在50：1至200：1的范围，在风叶后面做导流装置消除扰流对风叶产生的影响。这样就消除了对风叶受风面积和片数的限制，随着片数和风叫宽度的增加使风叶受风面积加大，风能利用率由目前的5％-10％提高到30％以上。配合卡门涡街原理，叶片精度高的可以达到65％以上风能利用率。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：该风力发电机的风叶结构由桨型叶片和勺型叶片两片组成，组合风叶的勺型部分，勺口把气流收集到勺尾排出，浆型叶片前端的反切向气流与勺型叶片收集气流产生卡门涡街效应，使勺尾排出气流速度大大超过来风速度，这样对风叶就起到反冲作用力，在勺型叶片的切向气流和勺尾的反冲气流双重作用下，同等风速能够产生相当于同等扫风面积的桨型叶片2倍以上的扭矩，加上桨型叶片正切向气流的作用力，配合导流片对扰流的消除，本发明的组合风叶导流风力机产生的综合扭矩超过三叶桨型风力机5倍以上扭矩。本发明的组合风叶导流风力机在3级以下风速就可以启动风力发电机旋转。根据试验对比，在同等风速和扫风面积的条件下，三叶桨型风力机的转速是本发明的组合风叶导流风力机的2倍以上，扭矩不到本发明的组合风叶导流风力机的1/5。根据本发明的组合风叶导流风力机转速慢的缺陷，利用变速机增速来弥补这方面的不足。通过变速试验，把三叶桨型风力机输出端的转速调到与组合风叶导流风力机的输出端转速一致时，三叶桨型风力机输出端的扭矩不到组合风叶导流风力机输出端扭矩的1/5。在风速低于发电机额定条件时，风叶伸缩功能向外延伸，加大扫风面积来满足发电所需的扭矩，当风速超过发电机额定条件时，风叶伸缩功能向内收缩，缩小扫风面积来保证发电频率恒定，利用伸缩功能使风力发电机对风速有很大的适应范围，同时能够很好地保护风叶和发电机。最重要的是，在保证发电机功率的前提下，使用本实施例的风力发电机的风叶长度可调节长短，不但降低了制造、运输难度，也降低了安装难度。而且在同等扫风空间增加机组，提高风能利用率，节省材料和施工成本。 

本实发明的优点是解决了风力发电机尾流对叶片数量和受风面积的局限性难题，风叶制造工艺简单，精度容易控制，制造和维修成本低廉。组合风叶的受风面积大，降低了风叶转速，提高风力发电机扭矩，实现了低转速大扭矩，增加了风力发电机的抗风强度和耐疲劳性。解决了低风速区风场开发的难题。 

附图说明

图1为本实施例的正面视图； 

图2为本实施例的侧面视图； 

图3为本实施例的工作原理图。 

图4为本实施例的低于额定风速的风叶工作状态图。 

图5为本实施例的正常风速的风叶工作状态图。。 

图6为本实施例的高于额定风速的风叶工作状态图 

图7为本实施例的复合伸缩风叶剖面图。 

图8为图5的齿轮和伸缩齿条的放大图。 

图9为图7的勺型风叶勺尾连环扣和伸缩套柄的放大图。 

图10为图7的勺型风叶勺口连环扣的放大图。 

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。 

如图1所示，为一种风能利用率高的风力发电机正面结构示意图，所述的一种风力发电机由桨型叶片1勺型叶片9、导流片2、风叶圆柄夹8，如图2所示，发电机3、尾舵4、变速箱5、旋转盘6，底座7，如图8所示，齿条11、齿轮10，如图9所示，伸缩柄14组成。 

本实施例旋转盘6在底座7上面可以360。旋转，由尾舵4巡风，风力作用于桨型叶片1勺型叶片9推动组合风叶转动，风叶圆柄夹8受组合风叶的旋转带动变速箱5，变速箱5的增速带动发电机旋转来达到发电的效果。 

本实施例如图3所示，气流通过组合风叶时，组合风叶的勺型部分，勺口把气流收集到勺尾排出，浆型叶片前端的反切向气流与勺型叶片收集气流产生卡门涡街效应，使勺尾排出气流速度大大超过来风速度，勺尾排出气流有起反冲的作用，这样就产生了：勺型叶片切向气流作用力+浆型叶片切向气流作用力+反冲气流作用力＝风力机综合扭矩。勺尾排出气流和浆型叶片的正切向气流利用后面的导流片引导成与来风方向一致，消除对风叶运行的干扰。 

如图5所示，风叶为每组2片，每片风叶有3段。在实施过程中，每片风叶可以做到2至20段伸缩。本实施例风叶为2组4片，导流片为6片。在实 施过程中，风叶片数以2组4片至8组16片范围，勺口迎风面积与勺尾排风面积比例控制在50：1至200：1范围，导流片以6至24片范围。 

如图8所示，齿轮10的转动可以带动齿条11完成伸缩动作。齿轮10的转动由配套的测风仪指挥伺服马达控制风叶长短，当风速超过额定功率时，风叶会在如图6所示的最短状态，当风速在额定功率时，风叶会在如图5所示的正常状态，当风速低于额定功率时，风叶会在如图4所示的最长状态。如图8所示外，风叶的伸缩动作可以用钢丝、链条、气缸和油缸等结构控制。 

如图7所示的放大图9和图10所示勺口连环扣12、勺尾连环扣13、连环套柄连环套浆型风叶14是用来保证风叶的伸缩动作顺利实施，使复合风叶的扭矩功能、抗风强度，连贯性和整体性有保证。 

Claims (6)

1.所述的一种风力发电机由桨型叶片1勺型叶片9、导流片2、风叶圆柄夹8，如图2所示，发电机3、尾舵4、变速箱5、旋转盘6，底座7，如图8所示，齿条11、齿轮10，如图9所示，伸缩柄14组成。

2.本实施例如图3所示，气流通过组合风叶时，组合风叶的勺型部分，勺口把气流收集到勺尾排出，浆型叶片前端的反切向气流与勺型叶片收集气流产生卡门涡街效应，使勺尾排出气流速度大大超过来风速度，勺尾排出气流有起反冲的作用，这样就产生了：勺型叶片切向气流作用力+浆型叶片切向气流作用力+反冲气流作用力＝风力机综合扭矩。勺尾排出气流和浆型叶片的正切向气流利用后面的导流片引导成与来风方向一致，消除对风叶运行的干扰。

3.风叶为每组2片，在实施过程中，每片风叶可以做到2至20段伸缩。风叶片数以2组4片至8组16片范围，勺口迎风面积与勺尾排风面积比例控制在50：1至200：1范围，导流片以6至24片范围。

4.如图8所示，齿轮10的转动可以带动齿条11完成伸缩动作。齿轮10的转动由配套的测风仪指挥伺服马达控制风叶长短，当风速超过额定功率时，风叶会在如图6所示的最短状态，当风速在额定功率时，风叶会在如图5所示的正常状态，当风速低于额定功率时，风叶会在如图4所示的最长状态。如图8所示外，风叶的伸缩动作可以用钢丝、链条、气缸和油缸等结构控制也在本权利范围。

5.如图7所示的放大图9和图10所示勺口连环扣12、勺尾连环扣13、连环套柄连环套浆型风叶14是用来保证风叶的伸缩动作顺利实施，使复合风叶的扭矩功能、抗风强度，连贯性和整体性有保证。

6.对本实施例的伸缩功能结构做小范围改动也属于本发明的权利范围。