[發明專利]水平軸風力發電機葉片

有效

• 申請號: 201310004621.2
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103016262A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李志海
• 申請（專利權）人: 李志海
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 淄博佳和專利代理事務所 37223
• 代理人: 張瑞林

技術領域

水平軸風力發電機葉片，屬于風力發電設備領域，具體涉及一種水平軸風力發電機上用的葉片。

背景技術

目前，風力發電設備主要分兩種：一種是水平軸風力發電機，這種風力發電機的優點是效率較高，造價低。現在水平軸風力發電機主要采用的是整體以剛性為主的直的飛機螺旋槳式的葉片，特別是大型的水平軸風力發電機都是采用這種葉片。當風吹葉片時，葉片的斜面會產生向前轉動的動力，這個力自轉軸至葉片尖端產生的力矩成線性增加，這也是這種葉片產生的唯一的動力。葉片斜面與轉動的平面成45度傾角時，風能轉化為動能的轉化率最高接近50%，但是，傾角越大，葉片轉動時阻力也越大，由公式G=1/2CSρω²R²?看出G(阻力）與C(阻力系數）、S(迎風面積）成正比，與ω²(轉動角速度的平方）成正比，與R²(葉片的長度的平方）成正比，ρ是空氣密度，由此可見，傾斜角度越大阻力增加的速度是非常巨大的。

因為，C(阻力系數）和S(迎風面積）隨著傾斜角的增加而增加，G(阻力）與ω²(葉片轉動角速度的平方）與R²(葉片的長度的平方）也是成正比的關系，而與ω（轉動角速度）、R(葉片的長度）的增加呈現的是平方關系，就是說葉片自根部至末端受到風的阻力是加速變大的，因此，葉片斜面的傾角從根部到末端只能加速的變小，當然動力轉化率也越來越小，為了減少阻力，葉片從根部到末端只能做的越來越薄，越來越窄。根據力矩公式?M=FR，M(葉片上某點風能轉化的動力力矩）與R(葉片上某點距轉軸的距離）成正比關系，人們非常希望從葉片的根部到末端葉片的寬度越來越大，產生的動力力矩才會更大，但是，從上面的阻力公式看出，這樣阻力增加的速度會更大。所以葉片從根部到末端只能是越來越窄，因此現在普遍推廣運用的直的螺旋槳式的葉片將風能轉化成動能的效率很低。

現有風力發電機的葉片還存在的一個致命缺點是，現在的葉片是空心的整體剛性構造的，斷面又是異形復雜的（一般為魚的俯視圖形狀，這是由接風效果好，轉動阻力小的要求決定的），當風很小時，葉片不會扭動，葉片的末端風能轉化率很低，產生的轉動力矩很小，葉片不會轉動。當大風吹動葉片時，葉片會受到很大的扭矩和彎矩，但是葉片是異形的，是剛性的，是不允許伸縮扭動變形的，所以在葉片刀口最薄處最容易被疲勞撕裂，由于葉片是剛性整體結構，葉片的厚度很厚，再加上支撐結構，所以重量很大，當葉片轉動時，它巨大的向心力不會產生前進動力反而成了負擔。之所以得到廣泛的推廣，只因為它綠色環保，利用了取之不盡用之不竭的風的能量。

第二種風力發電設備是垂直軸風力發電機，該種風力發電機葉片也是剛性的，其形式是多種多樣的，但萬變不離其宗，它轉動發電的原理，主要是通過葉片正反兩面對風的阻力不同形成阻力差，兩個阻力的差就是轉動的動力，這種風力發電機結構雖然簡單，制作難度低，但造價卻不低，而且效率低下，因此，這種風力發電機利用率低，推廣差，發展潛力小。

此外，水平軸風力發電機的葉片還存在其他的幾種，它們的變化主要表現在：葉片的數量、葉片寬窄的變化、葉片斷面彎曲度的變化以及在葉片中間及末端增加支撐，為了葉片末端能寬大一些，有的在兩葉片之間外端，在支撐上又加了葉片，為了增加風對葉片的壓力，有的在葉片的末端加了一個漏斗形的圓筒，等等。縱使千變萬化，但它獲得前進動力的原理是一樣的，都是因為風吹到傾斜的葉片上產生了轉動的動力，葉片上寬度的變化、增加的支撐、增加的圓筒、支撐上增加的葉片等等增加的動力并不大，因為它們都是剛性的，受力是死板的，它們同時增加了很大的阻力，很大的重量，結構不合理，不安全，造價高，各種因素綜合起來分析，它們的發電效率還不如普通的螺旋槳式葉片的發電機高，所以，并不適合大范圍的推廣。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種阻力小，轉動速度快、效率高、風能轉化效率高、使用壽命長的水平軸風力發電機葉片。