[發明專利]一種垂直軸風力機葉片組件及其合成射流控制方法

有效

• 申請號: 201711395271.1
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108150348B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 李春;朱海天;吳柏慧;郝文星;丁勤衛;余萬;王淵博;劉宇航;向斌;韓志偉
• 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

1.一種垂直軸風力機葉片組件，設置在垂直軸風力機底座上，其特征在于，包括：

多個葉片本體，每個所述葉片本體的上下兩端通過固定桿件固定在所述垂直軸風力機的轉軸上；

合成射流激勵器，沿所述葉片本體的葉高方向均勻串列設置在所述葉片本體中；以及

多個射流孔，設置于所述葉片本體的尾緣處，

其中，所述合成射流激勵器包括：

殼體，呈正方體形，設有上開口和下開口，所述上開口的截面面積大于所述下開口的截面面積；

壓電薄膜，呈正方形，覆蓋于所述下開口，且尺寸與所述下開口相匹配；

射流通道，與所述上開口連通，且尺寸與所述上開口相匹配；

壓電驅動器，設置于所述壓電薄膜的下方，在矩形脈沖信號驅動下發生逆壓電效應，從而驅動所述正方形壓電薄膜產生周期性的上下振動，引起所述殼體中的空氣隨之振動，進而在所述射流通道中產生周期性吹吸氣效應，將消耗的電能轉化為流體動能；以及

控制箱，設置于所述轉軸上方，且與所述壓電驅動器電連接，用于向所述壓電驅動器輸入所述矩形脈沖信號，

所述控制箱包括用于發出所述矩形脈沖信號的矩形脈沖信號發生器，

所述垂直軸風力機葉片組件的合成射流控制方法，包括如下步驟：

步驟1，根據所述射流孔的起始位置參數判斷所述葉片本體的起始方位角處于吸力面還是壓力面，若所述葉片本體的起始方位角判斷為處于吸力面，則開啟所述合成射流激勵器；若判斷為處于壓力面，則關閉所述合成射流激勵器；

步驟2，采用風速儀測量得到來流風速，采用轉速儀測量得到葉片本體的轉速，采用數據處理器根據所述來流風速以及所述葉片本體的轉速得出尖速比λ；

步驟3，由所述尖速比λ以及所述射流孔的所述起始位置參數獲得控制函數的形狀參數，再通過角位移傳感器得出葉片本體方位角的變化值，結合所述葉片本體方位角的變化值與所述控制函數的形狀參數，得出此時對應的吹氣射流系數C_μ；

步驟4，判斷所述吹氣射流系數C_μ是增大、減小還是減為0，若變為0，則回到步驟1至3；

步驟5，根據所述吹氣射流系數C_μ的變化對所述矩形脈沖信號進行變幅或者變頻；

步驟6，將變幅或變頻后的所述吹氣射流系數C_μ輸入至所述矩形脈沖信號發生器中，從而發出所述矩形脈沖信號，并將該矩形脈沖信號輸入至所述合成射流激勵器中的所述壓電驅動器發生逆電反應，使所述壓電薄膜隨之振動。

2.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述葉片本體的個數為3個。

3.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述射流孔的個數不少于10個。

4.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述矩形脈沖信號的頻率范圍為10Hz～5kHz。

5.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述射流通道的中心線與所述葉片的弦向的射流角δ為15°～90°。

6.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述控制箱包括：

風速儀，用于測量來流風速；

轉速儀，用于測量所述葉片本體的轉速；

角位移傳感器，用于測量所述葉片本體方位角的變化值；以及

數據處理器，用于處理測量得到的所述風速、所述轉速和所述角位移。

7.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述步驟1中的所述射流孔的起始位置參數為起始方位角θ。

8.根據權利要求1所述的垂直軸風力機葉片組件，其特征在于：

其中，所述步驟3中的控制函數為Lamuda型、分段線性、Sin型、上開口拋物線型函數。