[發明專利]可調葉片形狀升力型立軸風力發電裝置

無效

• 申請號: 200910052030.6
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101560956A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 黃典貴;蔣磊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種風力發電裝置，特別是一種適合于任意風向的可調葉片形狀以提高風能利用率的升力型立軸風力發電裝置。

技術背景

風能是可再生能源中發展最快的清潔能源，也是最具有大規模開發和商業化發展前景的發電方式。近十幾年來，世界風力發電以超過30％的速度增長。伴隨著世界風電產業的快速發展，我國也越來越重視風電產業的發展。2005年2月《可再生能源法》的頒布標志著我國能源策略進入新的時期，同時國家發改委也提出了大功率風力發電產業化的布局，我國豐富的風能資源也為風電產業提供了發展條件。我國風能資源儲量豐富，據初步估算，我國陸上離地面10米高度層的風能資源可開發量為2.53億千瓦；近海區域離海面10米高度層的風能儲量約為7.5億千瓦。

經統計，2005年底，我國風電裝機容量126萬千瓦，相對于2004年增長64％，2007年中國除臺灣省外新增加風電機組3155臺裝機容量，裝機總量330.4萬千瓦。與2006年當年新增裝機133.7萬千瓦相比，2007年當年新增裝機增長率為147.1％。到2007年底累計裝機容量為590.6千瓦，上網電量估計約52億千瓦時。2008年我國的裝機總量為12152MW比之前的總量翻了一番，位居世界第3位。

已有的立軸風力機，如圖1所示，在風速和轉動速度合成作用下，葉片在AB、CD段所受到的相對氣流分別為W1、W3所對應的升力分別為F1、F3，因此葉片在AB段做正功，而在CD段做負功。而當葉片轉動到BC、DA段時，相對氣流方向分別為W2、W4，葉片此時不做功或者做負功。

發明內容

本發明目的在于針對上述根本性的問題而提供一種可調葉片形狀升力型立軸風力發電裝置，提高風力機的風能利用率。

為了達到上述目的，本發明的構思是：通過將風力機葉片在垂直于翼型的方向上分成2~N段，通過利用凸輪連桿機構控制葉片各段，使葉片在轉動到圓周的各個位置上時改變為預期的形狀(如圖3所示)，圖3中給出了葉片轉動特殊位置(位置I、II、III、IV)的葉片形狀圖，其他位置為這些特殊位置間的均勻過渡。其具體機構原理如圖2、圖4、圖5、圖6和圖7所示，風向改變時，尾翼上方的風向標由于力矩的作用將與風向保持一致，同時調整凸輪的方向。中空的懸臂與驅動發電機的法蘭盤固聯在一起，當法蘭盤在電機主軸上轉動時，與懸臂內部的頂桿聯在一起的滾珠在凸輪表面滾動，滾珠驅動頂桿在懸臂內腔中滑動，與頂桿聯在一起的連桿就會驅動葉片前段圍繞旋轉中心轉動，從而改變葉片的形狀。風向一定時，凸輪位置一定，法蘭盤圍繞電機主軸和凸輪轉動，其葉片形狀變化如圖3所示。

為保證葉片的連續性，將葉片分成2~N段，各段之間相接之處做成配合的弧面，如圖10所示，分段葉片21、22、23之間采用弧面配合，在設計轉動范圍內，弧面配合能夠很好的維持葉片表面的自然過渡。

亦可在轉接部分內設柔性夾層，利用夾層中彈性修補片實現變形葉片的過渡轉接。如圖10所示，計算出葉片4分段后極限位置時的分段葉片之間的最大間隙Nmax，設計葉片9上的槽深為L，則彈性修補片11長M與L與Nmax的關系為2L＞M＞L+Nmax，彈性修補片在葉片結合時能完全收于槽中，在葉片兩段分離到最大時也不至于甩出。

上述的風輪將2～30個葉片中心軸繞著風輪旋轉中心軸對稱安置。

上述的風輪的半徑為0.001m～1000m，垂直高度為0.001m～1000m。

上述的風輪的葉片可根據設計的轉動速度和風速矢量關系使翼型幾何弦與轉動切線方向成-30°～30°夾角。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種可調葉片形狀升力型立軸風力發電裝置，包括葉片、尾翼和風輪驅動的電機主軸，其特征在于所述葉片為可彎曲改變形狀的葉片，其形狀的改變是通過一個改變葉片形狀裝置來實現的，所述改變形狀裝置的結構是：所述尾翼帶動一個凸輪，所述凸輪驅動一個連桿機構，所述連桿機構驅動葉片隨轉動相位的變化而彎曲改變形狀，實現風能的高效利用。