[實用新型]分段式葉片以及風力發電機

有效

• 申請號: 201320068342.8
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN203285619U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 聶佳斌;李春;高偉;武玉龍;趙海洋;周正;陳余;高月文;陳暉;繆維跑
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本實用新型涉及一種用于風力發電機的分段式葉片以及包括這種葉片的風力發電機，特別涉及一種用于垂直軸風力發電機的分段式葉片以及包括這種葉片的風力發電機。?

背景技術

通常，垂直軸風力發電機存在啟動困難以及在高風速下減速困難的情況。現在垂直軸風力發電機的葉片普遍采用NACA系列對稱翼型，如圖1所示。這是由于垂直軸風力機運行時翼型上下表面在風力發電機旋轉運行時，周期性的成為吸力面與壓力面，能夠解決一定的問題，但是NACA系列葉片有如下缺點：?

1、氣動性能不可控制，調節發電輸出功率的工作完全由風力機底座上的變速箱以、主軸中的剎車系統以及電機控制系統完成，因此剎車系統的負擔巨大。?

2、啟動性能差，在低風速下不具備啟動能力，甚至需要電機帶動風力機旋轉至一定轉速后才能正常出力做功。?

而在航空航天領域，分段式翼型應用廣泛，例如在飛機葉片翼型尾緣處加裝襟翼或是采用多段翼型作為機翼翼型。此結構能夠在飛機起飛時調整葉片升阻力，從而為飛機提供更大升力。?

實用新型內容

本實用新型針對目前垂直軸風力發電機啟動困難以及在高風速下減速困難的情況，創造性的將分段式葉片引入到垂直軸風力發電機領域，對應?不同風況，不同的控制策略能夠達到不同的調節效果，當啟動時，增加轉速，當風速過大導致風力發電機轉速超過額定轉速時，減小轉速，從而使得風力發電機的氣動性能可控制，啟動性能好，能保護電機，延長風力發電機的壽命。?

為了實現上述目的，本實用新型采取了以下結構?

<結構1>?

本實用新型涉及的一種分段式葉片，用于風力發電機,包括：含有主葉片的主葉部件、含有副葉片的副葉部件、至少一個用于結合主葉片和副葉片的鉸鏈以及用于驅動副葉片旋轉的驅動裝置。?

其中，副葉部件還包括：固定在副葉片上的副葉轉軸，驅動裝置通過驅動副葉轉軸的旋轉而帶動副葉片旋轉。?

驅動裝置包括：驅動電機、可伸縮桿、固定支座以及固定塊，?

驅動電機固定在可伸縮桿上，可伸縮桿的一端固定在固定支座上，固支座固定在主葉片上，可伸縮桿的另一端與固定塊的一端連接，而固定塊的另一端與副葉轉軸固定。?

主葉片和副葉片在與副葉轉軸相垂直的截面上的形狀是對稱翼型。?

當啟動風力發電機時，通過啟動分段式葉片上的驅動裝置，驅動可伸縮桿伸縮，帶動副葉轉軸旋轉，從而帶動副葉片轉動，使得副葉片與主葉片之間形成一個夾角，通過調節桿的伸縮量可以調節這個夾角，使這個夾角在小于等于30°時，能夠提高風力機發電機的轉速，使得風力發電機能夠在較低風速下啟動；當風力發電機啟動后，通過調節驅動裝置，使可伸縮桿回到原位，從而使得副葉片回到原位，此時風力發電機的分段式葉片?的性能和普通葉片的性能一致；在高風速時，風力發電機轉速也跟著變快，轉速會超過額定轉速，此時啟動分段式葉片上的驅動裝置驅動可伸縮桿伸縮，帶動副葉轉軸旋轉，從而帶動副葉片轉動，當副葉片與主葉片垂直時，使葉片失速從而降低轉速，保護電機；當風力發電機的轉速回到額定轉速時，通過調節驅動裝置，使可伸縮桿縮回到原位，從而使得副葉片回到原位。?

下面以對稱翼型葉片為例說明原因：如圖11、12、13所示的是副葉片與主葉片的夾角從0°到30°的范圍內氣流的變化，從圖13中可以看到，當主葉片與副葉片的夾角在30°時，葉片尾緣處出現了失速渦，這是由于副葉片擺角過大引起的。失速渦的出現使得原本翼型周圍層流邊界層被打破，導致其阻力上升。當副葉片擺角進一步增加時，翼型氣動性能將會是一個瞬態的情況，即翼型的升阻力會隨著時間的變化而改變，這是由于翼型尾緣的失速渦生成，脫落再生成的周期變化引起的，因此靜態數值計算的升阻力在副葉30°擺角之后只能提供定性判斷的價值。?

以下是實驗數據：?

當主葉片與副葉片之間的夾角為0°時，升力系數C_l＝0，阻力系數C_d＝0.016；?

當主葉片與副葉片之間的夾角為5°時，升力系數C_l＝0.22，阻力系數C_d＝0.018；?

當主葉片與副葉片之間的夾角為10°時，升力系數C_l＝0.39，阻力系數C_d＝0.02；?

當主葉片與副葉片之間的夾角為20°時，升力系數C_l＝0.63，阻力系數?C_d＝0.053；?