CN104265561A - 一种用于垂直轴风力机的双扑翼叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于，包括：叶片主体，包括叶片头部和叶片尾部；副叶部件，包括两个关于叶片主体呈轴对称安装在叶片尾部的扑翼、两个固定在叶片尾部上的转动组件和两个固定在叶片尾部上的伸缩组件，每个扑翼的一端通过一个转动组件与叶片尾部转动相连，每个转动组件与叶片主体之间通过一个伸缩组件相连；以及驱动装置，驱动装置与伸缩组件相连，驱动伸缩组件伸长或缩短，进而带动相应的扑翼沿相应的转动组件转动到预定距离相对应的位置。本发明所提供的双扑翼叶片用于风力机时，不仅启动性能好，气动性能可控，还能够保护风力机，延长风力机使用寿命。

Description

一种用于垂直轴风力机的双扑翼叶片

技术领域

本发明具体涉及一种用于垂直轴风力机的双扑翼叶片，属于风力发电领域。

背景技术

风力机主要有水平轴和垂直轴两类，垂直轴风力机又分为阻力型风力机和升力型风力机。由于升力型风力机不需复杂的调节装置即可捕获任意方向风能，且噪音低，结构简单，维修方便，因此目前发电用的风力机基本是垂直轴升力型风力机。

目前，商业化的垂直轴升力型风力机主要采用NACA系列对称翼型的叶片，在风力机启动后，翼型上下表面周期性的形成吸力面与压力面。但基于NACA系列翼型的叶片存在如下缺点：

1.气动性能不可调节，刹车***负荷大。该类叶片调节和输出发电功率的工作完全由风力机底座上的变速箱与主轴中的刹车***以及发电控制***完成，不能够自动气动性能不可调节，当需要减速时，必须使用刹车***减缓风力机的高速转动，因此刹车***承受负荷巨大。

2.启动性能差，高风速下减速困难。该类叶片在低风速下不具备自启动能力，一般需要电机带动风力机旋转至一定转速后才能正常输出功率，从而使该类风力机存在自启动困难以及高风速下减速困难的缺点，容易造成转矩过大或电机转速过快，在运行过程中存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于垂直轴风力机的双扑翼叶片。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于，包括：

叶片主体，包括叶片头部和叶片尾部；

副叶部件，包括两个关于叶片主体呈轴对称安装在叶片尾部的扑翼、两个固定在叶片尾部上的转动组件和两个固定在叶片尾部上的伸缩组件，每个扑翼的一端通过一个转动组件与叶片尾部转动相连，每个转动组件与叶片主体之间通过一个伸缩组件相连；以及

驱动装置，驱动装置与伸缩组件相连，受垂直轴风力发电机的控制装置控制，驱动伸缩组件伸长或缩短预定距离，进而带动相应的扑翼沿相应的转动组件转动到该预定距离相对应的位置。

本发明的技术方案的进一步特征在于转动组件为转轴。

本发明的技术方案的进一步特征在于伸缩组件包括能够伸长或缩短的伸缩杆以及与转动组件相连的铰链，伸缩杆一端固定在叶片尾部上，另一端与铰链相连。

本发明的技术方案的进一步特征在于伸缩杆为液压伸缩杆。

本发明的技术方案的进一步特征在于铰链为舵面铰链。

本发明的技术方案的进一步特征在于伸缩杆与驱动装置相连，驱动装置驱动伸缩杆伸长或缩短。

发明的作用与效果

与背景技术相比，本发明所提供的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片具有以下优点及积极效果：

1.启动性能好

本发明的技术方案在叶片尾部设置两个扑翼，通过驱动伸缩组件伸长或缩短控制两个扑翼的旋转，实现了对叶片的气动性能的流场主动控制和调节，从而在不同的风况下，使风力机均处于最佳运行状态，与背景技术相比，启动性能也得到显著提高。

2.气动性能可控

本发明的技术方案在风力机启动时，通过调节两个扑翼之间的摆角，增大升力从而增加风力机转速，在提高风力机启动性能的同时也提高了功率输出。

3.保护风力机，延长风力机使用寿命

本发明的技术方案在高风速时，通过调节两个扑翼摆角，增大阻力从而降低风力机转速，可以起到保护风力机不受损害及减小刹车装置负荷的作用，具有延长风力机使用寿命的效果。

附图说明

图1为本发明所涉及的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片在实施例中的立体图；

图2为本发明所涉及的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片在实施例中的主视图；

图3为实施例中沿图2的A-A面的剖面图；

图4为本发明所涉及的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片在实施例中的局部结构示意图；

图5为本发明所涉及的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片在实施例中的俯视图；以及

图6为实施例中沿图2的A-A面的剖面的扑翼旋转说明图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明所涉及的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片的具体实施形态做进一步的描述。

<实施例>

如图1～5所示，本实施例所提供的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片10包括叶片主体11、副叶部件12、以及图中未显示的驱动装置。

叶片主体11包括叶片头部111、叶片尾部112以及固定安装在叶片尾部112上的第一支座113和第二支座114。

副叶部件12包括两个关于叶片主体11呈轴对称安装在叶片尾部112的扑翼13、两个固定在叶片尾部112上的转动组件14和两个固定在叶片尾部112上伸缩组件15。两个扑翼13包括第一扑翼131和第一扑翼132，转动组件14为转轴，包括第一转轴141和第二转轴142。扑翼13通过转动组件14与叶片尾部112转动相连。伸缩组件15包括第一可伸缩杆151、第二可伸缩杆152、第一铰链153和第一铰链154，第一可伸缩杆151和第二可伸缩杆152均为液压可伸缩杆。

第一可伸缩杆151的一端通过第一铰链153和第一转轴141相连，另一端与第一支座113固定相连。第二可伸缩杆152的一端通过第二铰链154和第二转轴142相连，另一端与第二支座114固定相连。当第一可伸缩杆151伸长或缩短，通过第一铰链153传动给第一转轴141，第一转轴141转动，带动第一扑翼131沿第一转轴141做圆周运动，同理，当第二可伸缩杆152伸长或缩短，带动第二扑翼132沿第二转轴142做圆周运动。

驱动装置包括安装在第一可伸缩杆151上的第一电机161和安装在第二可伸缩杆152上的第二电机162。该驱动装置受垂直轴风力发电机的控制装置控制，垂直轴风力发电机的控制装置根据风速及风向，计算第一可伸缩杆151和第二可伸缩杆152伸长或缩短的距离，即为预定距离，并根据该预订距离，发送相应的伸缩指令给驱动装置，根据该伸缩指令，第一电机161驱动第一可伸缩杆151伸长或缩短预定距离，第二电机162驱动第二可伸缩杆152伸长或缩短预定距离，进而带动相应的扑翼13沿相应的转轴14转动到预定距离相对应的位置。

如图3，4所示，当第一扑翼131和第二扑翼132没有旋转，即二者与叶片主体11的夹角为180°时，第一扑翼131和第二扑翼132的位置称为原位。如图6中6-1所示，当驱动装置根据伸缩指令驱动第一可伸缩杆151和第二可伸缩杆152缩短时，第一扑翼131呈逆时针旋转，第二扑翼132呈顺时针旋转，从而转动到预定距离相对应的位置，第一扑翼131和第二扑翼132和叶片主体11呈“Y”字型。如图6中6-2所示，当第一可伸缩杆151缩短，第二可伸缩杆152伸长，第一扑翼131和第二扑翼132均进行逆时针旋转，从而转动到预定距离相对应的位置。如图6中6-3所示，根据相应的伸缩指令，还可以进行第一扑翼131逆时针旋转，第二扑翼132保持原位不变的旋转，从而转动到预定距离相对应的位置。如图6中6-4所示，根据相应的伸缩指令，还可以进行第一扑翼131保持原位不变，第二扑翼132逆时针旋转，从而转动到预定距离相对应的位置。如图6中6-5所示，根据相应的伸缩指令，还可以为第一扑翼131第二扑翼132均逆时针旋转，从而转动到预定距离相对应的位置。

当使用安装有本实施例所提供的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片10的风力机时，在启动风力机阶段，如果风力机的控制***检测到来流风速大于切入风速但启动困难时，该控制***发送信号给驱动装置，第一电机161和第二电机162分别驱动第一可伸缩杆151和第二可伸缩杆152伸长或缩短，调节伸缩组件15的长度，控制***控制第一可伸缩杆151和第二可伸缩杆152不同时伸长或缩短。当第一可伸缩杆151缩短，第二可伸缩杆152伸长，第一扑翼131和第二扑翼132逆时针旋转，改变双扑翼叶片10的气动性能，使得风力机得以自启动。待风力机转速在正常范围内时，再通过同样的方式调节可伸缩杆的长度，将第一扑翼131和第二扑翼132的位置调回原位。

在风力机正常运转阶段，如果检测到风力机转速大于设计转速，则垂直轴风力机的智能控制***发送信号给驱动装置，第一电机161和第二电机162分别驱动第一可伸缩杆151和第二可伸缩杆152缩短，从而调节第一扑翼131和第二扑翼132与主叶片之间的夹角，使第一扑翼131和第二扑翼132和叶片主体11呈“Y”字型，改变双扑翼叶片10的气动性能，从而达到减速的效果，保护风力机的安全运行。待风力机转速在正常范围内时，再通过同样的方式将第一扑翼131和第二扑翼132的位置调回原位。

实施例的作用与效果

与背景技术相比，本实施例所提供的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片具有以下优点及积极效果：

1.启动性能好

本实施例的技术方案在叶片尾部设置两个扑翼，通过驱动伸缩组件伸长或缩短控制两个扑翼的旋转，实现了对叶片的气动性能的流场主动控制和调节，从而在不同的风况下，使风力机均处于最佳运行状态，与背景技术相比，启动性能也得到显著提高。

2.气动性能可控

本实施例的技术方案在风力机启动时，通过调节两个扑翼之间的摆角，增大升力从而增加风力机转速，在提高风力机启动性能的同时也提高了功率输出。

3.保护风力机，延长风力机使用寿命

本实施例的技术方案在高风速时，通过调节两个扑翼摆角，增大阻力从而降低风力机转速，可以起到保护风力机不受损害及减小刹车装置负荷的作用，具有延长风力机使用寿命的效果。

当然，本发明所涉及的用于垂直轴风力机的双扑翼叶片并不仅仅限定于上述实施例中的内容。以上结构仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于，包括：

叶片主体，包括叶片头部和叶片尾部；

副叶部件，包括两个关于所述叶片主体呈轴对称安装在所述叶片尾部的扑翼、两个固定在所述叶片尾部上的转动组件和两个固定在所述叶片尾部上的伸缩组件，每个所述扑翼的一端通过一个所述转动组件与所述叶片尾部转动相连，每个所述转动组件与所述叶片主体之间通过一个所述伸缩组件相连；以及

驱动装置，所述驱动装置与所述伸缩组件相连，驱动所述伸缩组件伸长或缩短预定距离，进而带动相应的所述扑翼沿相应的所述转动组件转动到该预定距离相对应的位置。

2.根据权利要求1所述的用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于：

其中，所述转动组件为转轴。

3.根据权利要求1所述的用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于：

其中，所述伸缩组件包括能够伸长或缩短的伸缩杆以及与所述转动组件相连的铰链，所述伸缩杆一端固定在所述叶片尾部上，另一端与所述铰链相连。

4.根据权利要求3所述的用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于：

其中，所述伸缩杆为液压伸缩杆。

5.根据权利要求3所述的用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于：

其中，所述铰链为舵面铰链。

6.根据权利要求3所述的用于垂直轴风力发电机的双扑翼叶片，其特征在于：

其中，所述伸缩杆与所述驱动装置相连，所述驱动装置驱动所述伸缩杆伸长或缩短。