專利名稱：帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機，與現(xiàn)有的水平軸風(fēng)力機相比具有更高的風(fēng)能捕捉效率，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種干凈的可再生能源。在當(dāng)前人類對能源與環(huán)境問題日益關(guān)注的情況下，利用風(fēng)能發(fā)電日益受到重視。世界風(fēng)力發(fā)電總量逐年快速增長。我國的風(fēng)能資源比較豐富，據(jù)統(tǒng)計，我國風(fēng)能儲量中的實際可開發(fā)總量為2.53億千瓦，相當(dāng)于我國發(fā)電總裝機容量的1.3倍。對于水平軸風(fēng)力機而言，其葉片葉尖處的流動受葉尖渦和葉輪后尾跡流動的影響，存在較大的損失。然而水平軸風(fēng)力機葉尖部分升力產(chǎn)生的扭矩較大，其氣動性能對于風(fēng)力機的整體性能具有至關(guān)重要的影響。目前國內(nèi)外均未見專門針對水平軸風(fēng)力機葉尖效率提高的相關(guān)技術(shù)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機，有效改善風(fēng)力機的氣動性能，節(jié)約能源，提高效率。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明在不對原有風(fēng)力機葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)進行改動的前提下，通過在風(fēng)力機葉尖處安裝小翼來提高風(fēng)力機的效率、增加有效風(fēng)能利用的徑向帶寬。本發(fā)明的特征在于葉尖部分的改進——小翼的安裝。本發(fā)明中的小翼采用與風(fēng)輪葉片相同的升力型葉型，安裝于葉片的頂端，以改變風(fēng)力機葉尖的環(huán)量分布，減小誘導(dǎo)阻力。
為達到補充葉尖上的壓力的目的，小翼前緣位于葉尖葉片最大厚度后方，后緣位于葉尖葉片后緣處。小翼在外形上沿來流方向向后折，并且有一定程度的外撇，其壓力面朝向風(fēng)輪外側(cè)，以分散尾渦，減小其強度。
本發(fā)明的水平軸風(fēng)力機具體結(jié)構(gòu)主要包括風(fēng)輪、機艙和塔架，其中風(fēng)輪由3片升力型葉片、整流罩及主傳動軸組成，用于捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化為機械能輸出。
機艙位于塔架頂端，用來支撐風(fēng)輪以及與風(fēng)輪相聯(lián)接的齒輪傳動裝置、發(fā)電機、調(diào)速裝置及其調(diào)向機構(gòu)。機艙內(nèi)除了上述部件及裝置外，還有配套的電氣控制設(shè)備、液壓泵等。
塔架用來支撐風(fēng)力機及機艙內(nèi)各種設(shè)備，并使之離開地面一定高度，使風(fēng)力機能處于良好的風(fēng)況環(huán)境下運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明在每個葉片的葉尖部分安裝一個改善風(fēng)力機運行性能的小翼，小翼采用與風(fēng)力機葉片相同的葉型、相同的材料，安裝于葉片頂端。小翼安裝方向與來流方向一致，其根部型線與葉片頂端型線重合，壓力面朝向風(fēng)輪外側(cè)，吸力面朝向風(fēng)輪軸心。小翼高度約為風(fēng)輪半徑的1/10，折向葉輪后方，并有一定程度的外撇，小翼根部位于葉尖處風(fēng)輪葉片最大厚度的后方，有一定程度的削尖和后掠。
水平軸風(fēng)力機在運轉(zhuǎn)時，來流經(jīng)過風(fēng)輪，在葉片尖部，由于壓力差會產(chǎn)生由壓力面向升力面流動的葉尖渦，但在本發(fā)明中，葉尖裝有小翼，首先起到檔板作用，耗散了葉尖渦，改變了葉尖的環(huán)量分布。同時，小翼本身也為一升力型葉片，來流在小翼上所產(chǎn)生的尾渦在一定程度上能夠與葉尖渦相互削弱。小翼安裝于葉片最大厚度之后，小翼上產(chǎn)生的壓力場能夠補充葉尖上產(chǎn)生的壓力場，避免了葉尖的過早的附面層分離，從而提高了葉尖處的氣動效率。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，在保留原有風(fēng)力機葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的前提下，通過在風(fēng)力機葉尖處安裝小翼，改變了不利于風(fēng)力機運行的葉尖流場。本發(fā)明的水平軸風(fēng)力機比一般形式的水平軸風(fēng)力機在效率上有一定的提高，有效風(fēng)能利用徑向帶寬有所增加。


圖1為本發(fā)明的水平軸風(fēng)力機整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1-小翼，2-葉片，3-機艙，4-帶整流罩的主傳動軸，5-塔架。
圖2為本發(fā)明小翼的安裝部位示意圖。
圖2中，I為來流方向，II為風(fēng)力機葉片繞主傳動軸4的旋轉(zhuǎn)方向。
圖3為本發(fā)明小翼的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3中，6-小翼前緣，7-小翼后緣，A-葉尖所在部位葉型最大厚度處，B-小翼前緣與葉片相交點，C-小翼后緣與葉片相交點。
圖4為本發(fā)明小翼的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4中，8-小翼吸力面，9-葉片吸力面，10-小翼壓力面，11-葉片壓力面。
圖中參數(shù)說明β-反角；γ-后掠角；θ-削尖角；h-小翼高度；t-小翼厚度；l-小翼前緣和葉片相交點與該處葉片葉型最大厚度處的距離；l0-葉尖處葉片截面型線長；l1-小翼根部型線長。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由葉片2、機艙3、帶整流罩的主傳動軸4、塔架5組成。其中機艙3中有齒輪傳動裝置、發(fā)電機、調(diào)速裝置及其電氣調(diào)向機構(gòu)、電氣控制設(shè)備、液壓泵等。本發(fā)明設(shè)計的小翼1安裝在葉片2的葉尖部分。
本發(fā)明特別設(shè)計的小翼與葉片安裝連接如圖2所示。小翼結(jié)構(gòu)如圖3圖4所示。小翼1安裝在葉片2的葉尖部分，其材料與葉片材料一致，其葉型采用和葉片2主體一致的升力型葉片，安裝方向與來流方向I一致。小翼壓力面10朝向風(fēng)輪外側(cè)，小翼吸力面8朝向風(fēng)輪軸心。所以，小翼安裝方向上可以認為小翼仍為風(fēng)力機葉片的延伸，而將這個延伸部分沿來流方向后折一個角度。
小翼的位置在風(fēng)力機葉片頂端，葉片型線與小翼型線重合。小翼的前緣6與風(fēng)力機葉片2的葉尖相交點B位于葉尖葉型最大厚度后，與最大厚度處A的距離l約為該處葉片截面型線長l0的1/10。小翼后緣7與風(fēng)力機葉片2的葉尖相交點C靠近該處葉片后緣。
小翼1與風(fēng)力機葉片2葉尖的連接可以是與葉片融合為一體，也可以外加連接裝置，但要以不破壞葉尖處及小翼附近的流場為前提。
小翼安裝反角β定義為小翼吸力面與葉尖葉型截面間的夾角，β＝15°～20°。小翼根部連接處與小翼主體應(yīng)有平滑過渡。
小翼后掠角γ定義為小翼前緣與葉型垂直面間的夾角，γ＝30°。
小翼削尖角θ由于小翼的弦長沿展向逐漸減小，定義小翼削尖角為小翼前緣與后緣間夾角。θ＝30°～50°。
小翼高度h定義為小翼翼梢到翼根間垂直距離，小翼高度h為風(fēng)力機葉片半徑的10％。如圖3所示。
小翼最大厚度t在小翼的根部，小翼最大厚度t與風(fēng)力機葉片葉尖的最大厚度按型線長成比例(l0∶l1)；沿小翼展長方向，小翼厚度t與弦長按照小翼削尖程度線性縮小。如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機，包括葉片(2)、機艙(3)、帶整流罩的主傳動軸(4)及塔架(5)，其特征在于每個葉片(2)的葉頂處安裝一個葉型和葉片相同的小翼(1)，小翼(1)安裝方向與來流方向一致，小翼壓力面(10)朝向風(fēng)輪外側(cè)，小翼吸力面(8)朝向風(fēng)輪軸心，小翼(1)的型線與葉片(2)頂端型線重合。
2.如權(quán)利要求1的帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機，其特征在于所述小翼(1)的小翼前緣(6)與風(fēng)力機葉尖相交點B位于葉片葉型最大厚度A后，與最大厚度處距離l為該處葉片截面型線長l0的1/10，小翼后緣(7)與風(fēng)力機葉尖相交點C靠近該處葉片后緣。
3.如權(quán)利要求1的帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機，其特征在于所述的小翼(1)安裝反角β＝15°～20°，小翼后掠角γ＝30°，小翼削尖角θ＝30°～50°小翼高度h為風(fēng)力機葉片半徑的10％，在小翼根部，小翼最大厚度t與風(fēng)力機葉片葉尖的最大厚度按型線長成比例，沿小翼展長方向，小翼厚度t與弦長按照小翼削尖程度線性縮小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機，通過在風(fēng)力機葉尖處安裝小翼來提高風(fēng)力機的效率和增加有效風(fēng)能利用的徑向帶寬。小翼采用與風(fēng)輪葉片相同的升力型葉型，安裝于葉片的頂端，起到檔板的作用，改變了風(fēng)力機葉尖的環(huán)量分布，減小了誘導(dǎo)阻力。小翼前緣位于葉尖葉片最大厚度后方，后緣位于葉尖葉片后緣處，使得小翼上的壓力場剛好能夠補充主葉片上產(chǎn)生的壓力，從而避免葉尖附面層的分離，葉尖處小翼在外形上沿來流方向向后折，并且有一定程度的外撇，其壓力面朝向風(fēng)輪外側(cè)，破壞和削弱了葉尖處對于風(fēng)力機運行不利的葉尖渦，從而提高了該水平軸風(fēng)力機的運行效率。本發(fā)明與現(xiàn)有的水平軸風(fēng)力機相比具有更高的風(fēng)能捕捉效率。
文檔編號F03D9/00GK1563707SQ200410017010
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者杜朝輝, 朱春建, 歐陽華, 竺曉程, 胡丹梅 申請人:上海交通大學(xué)