[實用新型]垂直軸風力機使用吹氣技術提高風能利用的葉片

有效

• 申請號: 201320637369.4
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN203532158U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李國文;趙國昌;朱建勇;王國鵬;田晶
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

技術領域：本實用新型涉及一種提高風力機性能的葉片，尤其涉及一種垂直軸風力機使用吹氣技術提高風能利用的葉片，屬于風能利用等應用技術領域。

背景技術:隨著環境和能源問題日益突出，可再生能源的開發和利用得到世界各國的重視。風能在可再生能源的利用中占有很大的比例，風力發電作為對風能利用的主要形式受到越來越多的重視。現代用于并網運行的大型風力發電機組，大多為水平軸風力發電機組，并且技術已經很成熟。但風能的最早利用形式就是垂直軸風車，但是垂直軸風力發電機出現較晚。主要是由于人們普遍認為垂直軸風力發電機的風能利用率低于水平軸，因而導致垂直軸風力發電機長期得不到重視。隨著升力型風輪技術的發展，使得垂直軸風力發電機的風能利用率不再低于水平軸，并且與水平軸風力發電機相比，其具有維護方便，葉片設計制造簡單，造價低，不需要對風裝置等優點。

目前風力機葉片阻力有兩個來源：一是由于流體與物體表面摩擦所產生的剪應力，另一是物體表面非對稱壓強分布所產生的壓差阻力。如果是無粘流，物體前后受到的壓力總的作用是相等的，因此不存在壓差阻力。實際中,邊界層的作用類似于減小了流動通道(或可理解為增加了物體的等效厚度)，使物體后部壓力比無粘流時小，形成壓差阻力。當流動發生分離時，分離區速度很小，從分離點開始，壓力基本不變。分離將在物體的后部形成分離區和尾流，它們都是低壓區，將導致很強的壓差阻力(分離阻力)。因此，為了使阻力減小就應把邊界層的發展控制在最小的限度內，并設法防止發生分離。流線型的采用和擴壓器最適宜的擴散角的選擇等，都是建立在這個觀點上的，特別是在翼型的設計中更是如此。例如把機翼最厚的位置向后挪動，使機翼吸力面的壓力梯度盡可能地變小，這時邊界層會更加穩定，且容易保持層流。層流邊界層的壁面剪切應力較湍流的小，所以形成了阻力比較小的翼型(層流翼型)。上述方法是通過對邊界層以外的主流流動控制來防止邊界層發展和分離。與此相反，不改變主流狀態而通過直接改變邊界層性質來實現流動分離控制是可以實現的。

葉片吹氣技術是使用風機葉片本身流動特性，在葉片吸力面開縫，利用吸力面的吸力氣流從壓力面吹氣過來，對葉片分離區注入能量，形成可控擾動，改變流動狀態的技術。吹氣流通過誘導近壁面流動向邊界層注入能量，增強邊界層抵抗失速分離的能力。能有效地抑制邊界層增長和流動分離，減小阻力和流動損失。

目前垂直軸風力機有三種利用風能的形式：1）升力型，是目前應用比較廣的，因為可以有更高的風能利用系數；2）阻力型，尖速比較小，但容易起動；3)升阻混合型，該種組合是結合了以上兩種的弊端，取其優點，但在大的尖速比下，阻力單元會成為整個風機的阻力。因此升力型在垂直軸風力機上的應用發展是很有潛力的。

實用新型內容：本實用新型為了解決垂直軸升力型風力機在旋轉發電過程中，吸收風能的葉片相對于旋轉軸旋轉，而風向與葉片的弦線夾角隨著風輪的旋轉角度是周期性變化的。每個葉片發出有用功僅在很小的一個角度范圍，這與葉片的失速攻角有關，因此為了提高葉片做功能力，提高葉片的失速攻角，采用流動控制的方法來增大葉片的失速攻角，進而提高風力機的性能，吸收更多的風能。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：垂直軸風力機使用吹氣技術提高風能利用的葉片，在垂直軸風力機葉片下表面上距前緣8mm開1mm的縫作為入口，在葉片上表面距尾緣8mm開縫作為出口；風力機葉片與風機水平支撐桿連接，支撐桿通過連接盤與旋轉軸相連。

本實用新型效果和益處是：本實用新型采用葉片吹氣技術控制風力機葉片氣流分離，延遲氣流在葉片上的做功時間，增大葉片作正功角度。同時減小了葉片分離阻力，大大提高了葉片升阻比，具有降低風機啟動風速，提高風能利用系數等優點。

附圖說明

圖1是葉片的結構示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是垂直軸風力機的結構示意圖。

具體實施方式：

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。給予本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。下面結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的一個具體實施例。