[實(shí)用新型]水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320006265.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN203022967U
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李志海
• 主分類號(hào): F03D1/06
• 分類號(hào): F03D1/06
• 代理公司: 淄博佳和專利代理事務(wù)所 37223
• 代理人: 張瑞林

技術(shù)領(lǐng)域

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上用的葉片。

背景技術(shù)

目前，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要分兩種：一種是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率較高，造價(jià)低。現(xiàn)在水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要采用的是整體以剛性為主的直的飛機(jī)螺旋槳式的葉片，特別是大型的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是采用這種葉片。當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，葉片的斜面會(huì)產(chǎn)生向前轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，這個(gè)力自轉(zhuǎn)軸至葉片尖端產(chǎn)生的力矩成線性增加，這也是這種葉片產(chǎn)生的唯一的動(dòng)力。葉片斜面與轉(zhuǎn)動(dòng)的平面成45度傾角時(shí)，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的轉(zhuǎn)化率最高接近50%，但是，傾角越大，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力也越大，由公式G=1/2CSρω²R²?看出G(阻力）與C(阻力系數(shù)）、S(迎風(fēng)面積）成正比，與ω²(轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的平方）成正比，與R²(葉片的長(zhǎng)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?yàn)椋珻(阻力系數(shù)）和S(迎風(fēng)面積）隨著傾斜角的增加而增加，G(阻力）與ω²(葉片轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的平方）與R²(葉片的長(zhǎng)度的平方）也是成正比的關(guān)系，而與ω（轉(zhuǎn)動(dòng)角速度）、R(葉片的長(zhǎng)度）的增加呈現(xiàn)的是平方關(guān)系，就是說葉片自根部至末端受到風(fēng)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(dāng)然動(dòng)力轉(zhuǎn)化率也越來(lái)越小，為了減少阻力，葉片從根部到末端只能做的越來(lái)越薄，越來(lái)越窄。根據(jù)力矩公式?M=FR，M(葉片上某點(diǎn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化的動(dòng)力力矩）與R(葉片上某點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的距離）成正比關(guān)系，人們非常希望從葉片的根部到末端葉片的寬度越來(lái)越大，產(chǎn)生的動(dòng)力力矩才會(huì)更大，但是，從上面的阻力公式看出，這樣阻力增加的速度會(huì)更大。所以葉片從根部到末端只能是越來(lái)越窄，因此現(xiàn)在普遍推廣運(yùn)用的直的螺旋槳式的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的效率很低。

現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片還存在的一個(gè)致命缺點(diǎn)是，現(xiàn)在的葉片是空心的整體剛性構(gòu)造的，斷面又是異形復(fù)雜的（一般為魚的俯視圖形狀，這是由接風(fēng)效果好，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小的要求決定的），當(dāng)風(fēng)很小時(shí)，葉片不會(huì)扭動(dòng)，葉片的末端風(fēng)能轉(zhuǎn)化率很低，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩很小，葉片不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)大風(fēng)吹動(dòng)葉片時(shí)，葉片會(huì)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(dòng)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(jié)構(gòu)，葉片的厚度很厚，再加上支撐結(jié)構(gòu)，所以重量很大，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它巨大的向心力不會(huì)產(chǎn)生前進(jìn)動(dòng)力反而成了負(fù)擔(dān)。之所以得到廣泛的推廣，只因?yàn)樗G色環(huán)保，利用了取之不盡用之不竭的風(fēng)的能量。

第二種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片也是剛性的，其形式是多種多樣的，但萬(wàn)變不離其宗，它轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的原理，主要是通過葉片正反兩面對(duì)風(fēng)的阻力不同形成阻力差，兩個(gè)阻力的差就是轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，制作難度低，但造價(jià)卻不低，而且效率低下，因此，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用率低，推廣差，發(fā)展?jié)摿π　?/p>

此外，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片還存在其他的幾種，它們的變化主要表現(xiàn)在：葉片的數(shù)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(fēng)對(duì)葉片的壓力，有的在葉片的末端加了一個(gè)漏斗形的圓筒，等等。縱使千變?nèi)f化，但它獲得前進(jìn)動(dòng)力的原理是一樣的，都是因?yàn)轱L(fēng)吹到傾斜的葉片上產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)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(dòng)力并不大，因?yàn)樗鼈兌际莿傂缘模芰κ撬腊宓模鼈兺瑫r(shí)增加了很大的阻力，很大的重量，結(jié)構(gòu)不合理，不安全，造價(jià)高，各種因素綜合起來(lái)分析，它們的發(fā)電效率還不如普通的螺旋槳式葉片的發(fā)電機(jī)高，所以，并不適合大范圍的推廣。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種阻力小，轉(zhuǎn)動(dòng)速度快、效率高、風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率高、使用壽命長(zhǎng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。