專利名稱：風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及航空、艦船螺旋槳等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉。
背景技術(shù)：
使用煤炭和石油能源不但污染環(huán)境而且即將枯竭；風(fēng)能是大自然賜予的永遠(yuǎn)可免費(fèi)使用的綠色能源。目前普遍認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電是最佳的可替代綠色能源，但是也存在成本高、發(fā)電所需的平均風(fēng)速大、風(fēng)場難找、難以大量推廣使用的問題。因此目前亟須研發(fā)提高發(fā)電效率、提高風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)、降低風(fēng)力發(fā)電的成本和降低發(fā)電平均風(fēng)速、能在小風(fēng)廣泛的地域使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是“小風(fēng)”不轉(zhuǎn)；“中風(fēng)”發(fā)不多少電(風(fēng)能和風(fēng)速立方成正比大風(fēng)”很少見；即使裝機(jī)額定功率(對應(yīng)風(fēng)速13-14米/秒，6級風(fēng))很大，但年發(fā)電量很小；年發(fā)電量和年平均風(fēng)速密切相關(guān)，全國大部分地區(qū)年平均風(fēng)速小于標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場風(fēng)速6米/秒?，F(xiàn)有的剛性風(fēng)葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)，減小起動風(fēng)速與增大風(fēng)能利用系數(shù)是一對矛盾，二者不可兼得。小風(fēng)機(jī)為了降低起動風(fēng)速，卻損失了中、大風(fēng)時(shí)風(fēng)能利用系數(shù)，損失了大風(fēng)能量。大功率風(fēng)機(jī)風(fēng)葉扭轉(zhuǎn)角是按風(fēng)速8米/秒設(shè)計(jì)的，此時(shí)風(fēng)能利用系數(shù)較大，卻損失了小風(fēng)風(fēng)能利用系數(shù)，效率較低。大功率風(fēng)機(jī)采用風(fēng)葉整體變大矩方法雖然減小了起動風(fēng)速，但只是空轉(zhuǎn)，由于氣流方向與風(fēng)葉扭轉(zhuǎn)角嚴(yán)重失諧，剛剛發(fā)電的切入風(fēng)速仍然較大，浪費(fèi)了小風(fēng)風(fēng)能。而實(shí)際中每年小風(fēng)出現(xiàn)的頻度很高，累計(jì)能量是很大的。北京每年約有3-4天刮六級風(fēng)(10. 8-13. 8米/秒)，累計(jì)小時(shí)數(shù)占全年總小時(shí)數(shù)比例很小。北京、廣州年平均風(fēng)速約2. 1-2. 3米/秒?，F(xiàn)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)是8米/秒，不符合中國實(shí)際。用本實(shí)用新型研發(fā)的風(fēng)葉和現(xiàn)有同直徑風(fēng)機(jī)風(fēng)葉互換，經(jīng)與樣機(jī)對比測試實(shí)現(xiàn)了 起動、切入風(fēng)速??；風(fēng)能利用系數(shù)全面提高，而且風(fēng)速越小增加的越多，提高了年發(fā)電量，降低了發(fā)電成本。見參考文獻(xiàn)I，《風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)》(第二版)，中國電力出版社，2009年6月北京第一次印刷，文中給出軸向誘導(dǎo)因子α的物理內(nèi)涵。發(fā)明專利申請?zhí)枮?00810105693. 5的專利申請，公開了一種風(fēng)力發(fā)電用自適應(yīng)風(fēng)輪，本實(shí)用新型在此基礎(chǔ)上經(jīng)過樣機(jī)研發(fā)，性能對比試驗(yàn)，取得很好的效果。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)技術(shù)中存在的問題，提供了一種風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)(裙部)風(fēng)葉，主要應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，提高風(fēng)力發(fā)電效率，降低風(fēng)機(jī)發(fā)電成本。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型提供的自適應(yīng)風(fēng)葉由硬風(fēng)葉和柔性裙部兩部分組成，其中，柔性裙部連接在硬風(fēng)葉的后沿上。硬風(fēng)葉部分是剛性的，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了硬風(fēng)葉的翼型，用于承受彎力、保持翼型形狀等；硬風(fēng)葉的后沿連接裙部，裙部是柔性的，能有效提高風(fēng)能利用系數(shù)。裙部與硬風(fēng)葉之間的連接關(guān)系是先將壓板壓住裙部在硬風(fēng)葉的后沿后用螺釘連接，或者直接將硬風(fēng)葉的后沿與裙部粘接，或者將裙部插入硬風(fēng)葉后沿的迎風(fēng)面與背風(fēng)面之間的縫中，然后螺釘連接或粘接。本實(shí)用新型提供的風(fēng)葉經(jīng)對比吹風(fēng)試驗(yàn)驗(yàn)證，輸出功率比樣機(jī)全面提高，風(fēng)速越小提高幅度越大。在直徑、葉片數(shù)、風(fēng)速相同條件下，在樣機(jī)(廣州世佳AN-FD400W)換上本實(shí)用新型的裙部風(fēng)葉后，功率提高百分比如下二級風(fēng)(3.3米/秒)以下為80%，降低發(fā)電成本44% ;三級風(fēng)(微風(fēng)5. 4米/秒)以下為32 %，降低發(fā)電成本24% ;四級風(fēng)以下(7. 9米/秒)為18%，降低發(fā)電成本15%，均有試驗(yàn)數(shù)據(jù)可查。該風(fēng)葉即充分利用了經(jīng)常有的小風(fēng)和中等風(fēng)速的風(fēng)，偶爾遇到大風(fēng)效率也有提高；年發(fā)電量大，發(fā)電成本大幅降低；使用地域廣，便于大量推廣使用。

下面附圖為實(shí)施實(shí)例附圖，僅用于說明本實(shí)用新型中的一個實(shí)施例子，但不用于限定本實(shí)用新型的技術(shù)方案圖IA和圖IB分別為本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉的一個實(shí)例的俯視圖和側(cè)視圖的不意圖；圖2為本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉的一個實(shí)例的硬風(fēng)葉部分立體外形示意圖；圖3A 圖3D為本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉的一個實(shí)例的硬風(fēng)葉靠葉根四個截面的翼型示意圖；圖4A 圖4D為本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉的一個實(shí)例的硬風(fēng)葉靠葉尖四個截面的翼型示意圖。圖中I.葉尖；2.葉根；3.凹槽；4.后沿；5.迎風(fēng)面；6.背風(fēng)面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉及其設(shè)計(jì)方法，如圖IA和IB所示，本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，由硬風(fēng)葉和柔性裙部兩部分組成，其中，柔性裙部連接在硬風(fēng)葉的后沿4上。裙部與硬風(fēng)葉之間的連接關(guān)系可以是在硬風(fēng)葉的后沿4將壓板壓住裙部后用螺釘連接，或者直接將硬風(fēng)葉的后沿與裙部粘接，或者將裙部插入硬風(fēng)葉后沿4的迎風(fēng)面5與背風(fēng)面6之間的縫中，然后螺釘連接或粘接。見圖2所示的硬風(fēng)葉，對于小風(fēng)機(jī)是采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，通過澆鑄方式制造，大風(fēng)機(jī)可以采用中空結(jié)構(gòu)，以減輕重量。結(jié)合附圖3所示的硬風(fēng)葉的翼型的左側(cè)為迎風(fēng)面5，由兩段圓弧組成，兩段圓弧之間圓滑連接。右側(cè)背風(fēng)面6也由兩段圓弧組成，兩段圓弧之間也是圓滑連接。圖3A、圖3B和圖3C的三個翼型結(jié)構(gòu)是圖2中的硬風(fēng)葉的根部的截面示意圖，在硬風(fēng)葉根部設(shè)置有深度I 5_的凹槽3，長度占整個葉片的長度的30 100%，凹槽3結(jié)構(gòu)用于連接裙部，即所述的柔性裙部可以在硬風(fēng)葉根部后沿4，也可以在硬風(fēng)葉全部后沿4設(shè)置。所述的裙部只連接在硬風(fēng)葉的迎風(fēng)面
5。圖3D中截面是沒有凹槽位置的硬風(fēng)葉截面(翼型)示意圖。如圖4A 圖4D所示,風(fēng)葉截面從左到右截面面積逐漸縮小。所述的裙部結(jié)構(gòu)如圖IA和圖IB所示，圖IA中左側(cè)為風(fēng)葉葉根2，右側(cè)為葉尖1，下側(cè)為風(fēng)葉后沿4，裙部整體呈三角弧形狀，裙部靠近葉尖I的部分窄，靠近葉根2的部分寬。裙部寬度(即從風(fēng)葉后沿到裙部下沿，或者附圖IA中從硬風(fēng)葉下側(cè)到裙部最下端)是葉尖翼型弦長的I 4. 5倍。裙部的兩段圓弧邊的圓弧半徑分別為靠近葉尖I的一段圓弧邊的半徑為3 6. 5倍的裙部寬度?？拷~根2部分圓弧半徑為以葉片轉(zhuǎn)動圓心O為圓心，半徑為硬風(fēng)葉長度的20 35%。所述的柔性裙部可以用彈簧鋼片、鋁合金片、PC片及其他柔性片狀物制成。硬風(fēng)葉部分是剛性的，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了硬風(fēng)葉的翼型，用于承受彎力、保持翼型形狀等；硬風(fēng)葉的后沿連接裙部，裙部是柔性的，能有效提高風(fēng)能利用系數(shù)。上述提供的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟 第一步，先確定風(fēng)機(jī)剛向電網(wǎng)供電或向電瓶充電的電壓，再確定風(fēng)輪供電的切入轉(zhuǎn)速N ;所述的風(fēng)輪是指包含本實(shí)用新型的自適應(yīng)風(fēng)葉和輪轂組成的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。第二步，根據(jù)第一步中的切入轉(zhuǎn)速N，確定自適應(yīng)風(fēng)葉不同半徑處切向速度與風(fēng)速比入” i為自然數(shù)，i彡8;第三步，由第二步中的切向速度與風(fēng)速比Ai確定葉片不同半徑處氣流進(jìn)氣角fi ；
(|>j=arcian[(l -β)Λι],其中，i為自然數(shù)，i彡8，a是風(fēng)速軸向誘導(dǎo)因子；a = O O. 333，具體數(shù)值，由風(fēng)葉翼型設(shè)計(jì)、表面光滑程度、裙部的效率等因素決定。第四步，由氣流攻角α和氣流進(jìn)氣角fi計(jì)算風(fēng)葉扭轉(zhuǎn)角Qi
Οι=φ -ο所述的氣流攻角α為經(jīng)驗(yàn)值，一般先確定風(fēng)機(jī)剛開始發(fā)電的氣流攻角，取值范圍是O 7度范圍內(nèi)；i為自然數(shù)，i >8。第五步，柔性裙部的長度、寬度、厚度、材料的確定，以起動風(fēng)速時(shí)略有向后擺動為宜。最好用吹風(fēng)試驗(yàn)驗(yàn)證風(fēng)能利用系數(shù)Cp值。所述的切入轉(zhuǎn)速是指風(fēng)機(jī)剛開始發(fā)電的轉(zhuǎn)速。將本實(shí)用新型提供的自適應(yīng)(裙部)風(fēng)葉換裝到AN-FD400W上，風(fēng)能利用系數(shù)Cp已有較大提高，經(jīng)進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)還會進(jìn)一步提高，逐步接近風(fēng)能利用系數(shù)Cp極限值59.3%，接近蝙蝠翼的效率。該實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方法完全可以應(yīng)用在中、大型風(fēng)機(jī)研發(fā)上。本實(shí)用新型原理也可用于飛機(jī)和船舶相關(guān)流體部件設(shè)計(jì)上。
權(quán)利要求1.風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于由硬風(fēng)葉和柔性裙部兩部分組成，其中，柔性裙部連接在硬風(fēng)葉的后沿上；所述的裙部整體呈三角弧形狀，裙部靠近葉尖的部分窄，靠近葉根的部分寬，裙部寬度是葉尖翼弦長度的I 4. 5倍；裙部的兩段圓弧邊的圓弧半徑分別為靠近葉尖的一段圓弧邊的半徑為3 6. 5倍的裙部寬度；靠近葉根部分圓弧半徑為以葉片轉(zhuǎn)動圓心為圓心，半徑為硬風(fēng)葉長度的20 35%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于裙部與硬風(fēng)葉之間的連接關(guān)系是先將壓板壓住裙部在硬風(fēng)葉的后沿后用螺釘連接，或者直接將硬風(fēng)葉的后沿與裙部粘接，或者將裙部插入硬風(fēng)葉后沿的迎風(fēng)面與背風(fēng)面之間的縫中，然后螺釘連接或粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于所述的硬風(fēng)葉采用實(shí)心結(jié)構(gòu)或者中空結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于所述的硬風(fēng)葉的翼型的迎風(fēng)面和背風(fēng)面分別由兩段圓弧組成，兩段圓弧之間分別圓滑連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于在硬風(fēng)葉根部設(shè)置有凹槽，長度占整個硬風(fēng)葉長度的30 100%，凹槽結(jié)構(gòu)用于連接裙部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于所述的凹槽的深度為I 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于所述的裙部連接在硬風(fēng)葉的迎風(fēng)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，其特征在于所述的柔性裙部用彈簧鋼片、招合金片、PC片制成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電自適應(yīng)風(fēng)葉，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型提供的自適應(yīng)風(fēng)葉由硬風(fēng)葉和柔性蝙蝠裙兩部分組成，其中，柔性蝙蝠裙連接在硬風(fēng)葉的后沿上。本實(shí)用新型提供的風(fēng)葉經(jīng)對比吹風(fēng)實(shí)例試驗(yàn)驗(yàn)證，輸出功率比樣機(jī)全面提高，風(fēng)速越小提高幅度越大。在直徑、葉片數(shù)、風(fēng)速相同條件下，在樣機(jī)(廣州世佳AN-FD400W)換上本實(shí)用新型的蝙蝠裙風(fēng)葉后，功率提高百分比如下二級風(fēng)(3.3米/秒)以下為80％(降低發(fā)電成本44％)；三級風(fēng)(微風(fēng)5.4米/秒)以下為32％；四級風(fēng)(7.9米/秒)以下為18％，均有試驗(yàn)數(shù)據(jù)可查。這是初步結(jié)果，將進(jìn)一步提高到接近風(fēng)能利用系數(shù)極限59.3％的水平。
文檔編號F03D11/00GK202596996SQ20122012703
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者何立武 申請人:何立武