專利名稱：可調(diào)迎風面積的風力機葉片的制作方法
技術領域：
本實用新型公開一種可調(diào)迎風面積的風力機葉片，屬于風力機技術領域。
背景技術：
風能作為一種清潔可再生的能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球 的風能約為2. 74X IO9MW,其中可利用的風能為2X IO7MW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量 還要大10倍，但是風能的利用率卻不高，因此怎樣有效充分地利用風能一直是人們所探究 的問題。以風力發(fā)電為例，國內(nèi)外傳統(tǒng)的風能的采集與使用都局限于貝茨(Betz)理論，其 風能利用系數(shù)的最大值為0. 593。2004年，印度研究員做出了風能利用系數(shù)達到0. 89的最 大值報告。但是，無論風能利用系數(shù)是0.593還是0.89，我們不得不承認將采集到的風能 轉換成電能過程中存在巨大耗損，使得最后產(chǎn)生的電力遠不足原來風能的1/4?，F(xiàn)在所使用的風力發(fā)電機的風力采集設備以三個葉片為主，風輪直徑都在數(shù)百英 尺以上。巨大的結構及裝備，無論是設備成本、安裝和維修的造價都十分昂貴。現(xiàn)有的風力機葉片存在以下技術不足1)葉片的迎風面積是一定的，一部分葉片處于迎風、準迎風狀態(tài)，另一部分葉片則 處于逆風和半逆風狀態(tài)，這樣會抵消部分力矩，從而降低采集風能的效率。2)葉片的面積龐大，運輸、架設和維修的成本普遍偏高，故障率也高。3)單位時間內(nèi)，理想狀態(tài)下風輪葉片A所能采集的風能為PA，PA = V2P XAXV3,其中，ρ為空氣密度(單位kg/m3)，A為風輪葉片掃掠面積(單位m2)，V為風速， (單位:m/s)。由于風輪在風場中受到風速及風向波動的影響，使風力機輸出的可用功率進一步 減少?？紤]到此因素，風力機的實際采集有效風能為ΡΑ(|)，PA(有)=72p XAXV3XCPX η，其中η表示系統(tǒng)效率，一般η為0.7，Cp表示風能利用系數(shù)，最大值為0. 593， CpmaxX n = 0. 593X0. 7 0. 42，因此，真正從風力機所獲得的功率很少超過風輪葉片采 集風能的40%。針對風輪葉片不能隨風調(diào)整迎風面積的技術缺陷，中國專利CN101225796A公開 了可以調(diào)節(jié)迎風面積的葉片，每個風葉本體(相當于本實用新型中所述的葉片)是由兩個 相互鉸鏈的葉片(相當于本實用新型中所述的折疊葉片)組成，鉸鏈葉片的迎風面采用彈 簧將兩個葉片相連，目的在于，當風葉本體不迎風時，兩個葉片可以在彈簧的彈力作用下閉 合，減少阻力。該專利的不足在于，整個風葉本體的張開是需要風能驅動的，因此難免會消 耗部分風能；其次整個風葉本體的張開時間也只是在風向與風葉本體完全垂直時才能完全 張開，時間相對較短，采集風能的效率比較低。發(fā)明內(nèi)容為解決以上的技術問題，本實用新型公開一種能適用低風速地區(qū)、采集風能效率 高的可調(diào)迎風面積的風力機葉片。本實用新型的技術方案如下一種可調(diào)迎風面積的風力機葉片包括葉柄和折疊葉片，其特征在于，風力機葉片 還包括收展控制桿、聯(lián)動桿、聯(lián)動軸和配重塊，在葉柄遠離水平軸的端部兩側對稱設有折疊 葉片，聯(lián)動軸平行于葉柄；折疊葉片上設有骨架，兩個聯(lián)動桿的一端分別通過軸承與聯(lián)動軸 垂直連接，另一端分別與兩個折疊葉片上的與葉柄平行的骨架軸承連接；收展控制桿的一 端與聯(lián)動軸垂直固定連接，在葉柄遠離水平軸的末端設置一個軸向與葉柄垂直的筒套，收 展控制桿貫穿設置在筒套中，收展控制桿的另一端與配重塊固定連接。本實用新型的風力 機葉片可固定安裝在風力機的水平軸上，形成風輪；葉片可以根據(jù)風輪旋轉角度的不同展 開或閉合，使葉片的迎風面積可隨風輪的轉動而改變例如當葉片旋轉的角度處于迎風時， 葉片開展至最大，此時葉片處于完全采集風能階段；當葉片旋轉的角度處于逆風時，葉片閉 合至最小，此時葉片處于不完全采集風能階段，同時也減小了逆向所產(chǎn)生的阻力，增加了風 能的利用率。所述的折疊葉片的材料為碳纖維布。所述葉柄的長度為2 3米。所述折疊葉片長1 1. 2米，寬0. 2 0. 4米。所述的配重塊重0. 8 1. 5kg。增加配重塊的目的在于使風輪在低風速時能產(chǎn) 生最大的力矩，以維持正常轉動；其次；利用重力，使配重塊牽拉收展控制桿控制葉片的自 動張合。所述風力機葉片的工作方法，過程如下5個風力機葉片固定設置在風力機的水平軸上，形成風輪，相鄰風力機葉片的葉柄 的夾角度數(shù)為72度；當葉片由270度旋轉至0度時，葉片的狀態(tài)是由圖4的虛線部分到實線部分的轉 變過程當葉片逆時針旋轉至0度時，配重塊10因重力向葉片閉合的方向運動，隨即帶動收 展控制桿7向葉片閉合的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收 展控制桿7推離葉片，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變大，即葉片逐漸張開至最大張角；當葉片由0度旋轉至90度時，葉片的狀態(tài)是圖4、5的實線部分配重塊10因重力 的作用停滯在離葉片最近的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收展 控制桿7推離并停滯在離葉片最遠的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最大，即葉片保持 最大張角；當葉片由90度旋轉至180度時，葉片的狀態(tài)是由圖4的實線部分到虛線部分的轉 變過程當葉片逆時針旋轉至180度時，配重塊10因重力向葉片展開的方向運動，隨即帶動 收展控制桿7向葉片展開的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被 收展控制桿7向葉片方向拉近，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變小，即葉片逐漸閉合至最小 角；當葉片由180度旋轉至270度時，葉片的狀態(tài)是圖4的虛線部分配重塊10因重 力的作用停滯在離葉片最遠的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收展控制桿拉近并停滯在離葉片最近的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最小，即葉片保
持最小角。優(yōu)選的，所述葉片的張開角度最大為135度。本實用新型的優(yōu)勢在于1)本實用新型的風力機葉片設計緊湊、合理，故障率低，運輸、安裝和維護簡單方 便，經(jīng)濟適用。2)本實用新型應用在風能采集時，通過機械方式控制葉片面積隨風輪的轉動而改 變，以減少運轉時的阻力，使風能的利用率達80%以上。

圖1是風力機葉片的張、合示意圖；圖2是可調(diào)迎風面積風力機葉片的結構示意圖，其中實線部分為葉片完全張開的 狀態(tài)，虛線部分為葉片完全閉合狀態(tài)；圖3是圖2實線部分的右視圖。在圖1-3中:1、葉柄；2、水平軸；3、風輪；4、折疊葉片；5、風向；6、套筒；7、收展控 制桿；8、聯(lián)動桿；9、聯(lián)動軸；10、配重塊；11、骨架；12、軸承。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型做進一步說明，但不限于此。實施例1、一種可調(diào)迎風面積的風力機葉片包括葉柄1和折疊葉片4，其特征在于，風力機葉 片還包括收展控制桿7、聯(lián)動桿8、聯(lián)動軸9和配重塊10，在葉柄1遠離水平軸2的端部兩側 對稱設有折疊葉片4，聯(lián)動軸9平行于葉柄1 ；折疊葉片4上設有骨架11，兩個聯(lián)動桿8的 一端分別通過軸承12與聯(lián)動軸9垂直連接，另一端分別與兩個折疊葉片4上的與葉柄平行 的骨架11軸承連接；收展控制桿7的一端與聯(lián)動軸9垂直固定連接，在葉柄1遠離水平軸 2的末端設置一個軸向與葉柄1垂直的筒套6，收展控制桿7貫穿設置在筒套6中，收展控 制桿7的另一端與配重塊10固定連接。所述的折疊葉片4的材料為碳纖維布。所述葉柄1的長度為2 3米。所述折疊葉片4長1 1.2米，寬0. 2 0.4米。所述的配重塊10重0. 8 1. 5kg。實施例1所述風力機葉片的工作方法，過程如下5個風力機葉片固定設置在風力機的水平軸2上，形成風輪3，相鄰風力機葉片的 葉柄1的夾角度數(shù)為72度；當葉片由270度旋轉至0度時，葉片的狀態(tài)是由圖2的虛線部分到實線部分的轉 變過程當葉片逆時針旋轉至0度時，配重塊10因重力向葉片閉合的方向運動，隨即帶動收 展控制桿7向葉片閉合的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收 展控制桿7推離葉片，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變大，即葉片逐漸張開至最大張角；風 力機葉片開始進入采集風能階段。
5[0046]當葉片由0度旋轉至90度時，葉片的狀態(tài)是圖2、3的實線部分配重塊10因重力 的作用停滯在離葉片最近的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收展 控制桿7推離并停滯在離葉片最遠的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最大，即葉片保持 最大張角；風力機葉片完全張開，與風向5的接觸面積最大，因此處于完全采集風能階段。當葉片由90度旋轉至180度時，葉片的狀態(tài)是由圖2的實線部分到虛線部分的轉 變過程當葉片逆時針旋轉至180度時，配重塊10因重力向葉片展開的方向運動，隨即帶動 收展控制桿7向葉片展開的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被 收展控制桿7向葉片方向拉近，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變小，即葉片逐漸閉合至最小 角；風力機葉片開始進入不完全采集風能階段。當葉片由180度旋轉至270度時，葉片的狀態(tài)是圖3的虛線部分配重塊10因重 力的作用停滯在離葉片最遠的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收 展控制桿7拉近并停滯在離葉片最近的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最小，即葉片保 持最小角。風力機葉片完全閉合，與風向5的接觸面積最小，因此處于不采集風能階段。所述葉片的張開角度最大為135度。
權利要求一種可調(diào)迎風面積的風力機葉片包括葉柄和折疊葉片，其特征在于，風力機葉片還包括收展控制桿、聯(lián)動桿、聯(lián)動軸和配重塊，在葉柄遠離水平軸的端部兩側對稱設有折疊葉片，聯(lián)動軸平行于葉柄；折疊葉片上設有骨架，兩個聯(lián)動桿的一端分別通過軸承與聯(lián)動軸垂直連接，另一端分別與兩個折疊葉片上的與葉柄平行的骨架軸承連接；收展控制桿的一端與聯(lián)動軸垂直固定連接，在葉柄遠離水平軸的末端設置一個軸向與葉柄垂直的筒套，收展控制桿貫穿設置在筒套中，收展控制桿的另一端與配重塊固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力機葉片，其特征在于，所述的折疊葉片的材料為碳纖維布。
3.根據(jù)權利要求1所述的風力機葉片，其特征在于，所述葉柄的長度為2 3米。
4.根據(jù)權利要求1所述的風力機葉片，其特征在于，所述折疊葉片長1 1.2米，寬 0. 2 0. 4 米。
5.根據(jù)權利要求1所述的風力機葉片，其特征在于，所述的配重塊重0.8 1. 5kg。
專利摘要本實用新型公開一種可調(diào)迎風面積的風力機葉片。風力機葉片根據(jù)整個風輪的旋轉角度的不同展開或閉合，使葉片的迎風面積可隨風輪的轉動而改變，充分有效地采集風能。本實用新型設計緊湊、合理，故障率低，運輸、安裝和維護簡單方便，適用于低風速地區(qū)，而且風能的利用率達到80％。
文檔編號F03D3/06GK201763523SQ201020515769
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者許士泉, 許盟來 申請人:許士泉