[實用新型]一種薄膜自激勵振動式垂直軸風力機葉片

有效

• 申請號: 201822163988.X
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN209510518U
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 李國文;朱建勇;張慶營
• 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: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種薄膜自激勵振動式垂直軸風力機葉片，在葉片后緣段設有穿透式槽孔，孔口覆蓋有柔性薄膜，使穿透式槽孔形成密閉腔體；穿透式槽孔數量若干且在葉片后緣段均勻分布；當葉片與空氣來流呈正攻角時，葉片吸力面受負壓，葉片壓力面受正壓，葉片吸力面側的柔性薄膜為向外凸起狀態，葉片壓力面側的柔性薄膜為向內凹陷狀態；當葉片與空氣來流呈負攻角時，葉片吸力面受正壓，葉片壓力面受負壓，葉片吸力面側的柔性薄膜為向內凹陷狀態，葉片壓力面側的柔性薄膜為向外凸起狀態；在垂直軸風力機轉動過程中，穿透式槽孔孔口處的柔性薄膜交替受正壓和負壓，使柔性薄膜以相應的頻率進行自激勵振動，且自激勵振動的頻率與垂直軸風力機的葉輪轉動頻率相同。

技術領域

本實用新型屬于風力發電技術領域，特別是涉及一種薄膜自激勵振動式垂直軸風力機葉片。

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，而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。

現階段，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，但風能的最早利用形式則是垂直軸風車，而垂直軸風力發電機的出現時間則比較晚，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風力發電機，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風力發電機，并且與水平軸風力發電機相比，垂直軸風力發電機還具有維護方便、葉片設計制造簡單、造價低、無需對風機構等優點。

但是，如何進一步提高垂直軸風力發電機的風能利用率，現階段有效的解決辦法并不多，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的方式，就是解決辦法之一。

由于垂直軸風力發電機的葉片阻力有兩個來源，第一是由于空氣流體與葉片表面摩擦所產生的剪應力，第二是葉片表面非對稱壓強分布所產生的壓差阻力；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)，使葉片后部壓力比無粘流時小，進而形成壓差阻力；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，分離將在葉片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，為了使阻力減小就需要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，而流線型的采用以及擴壓器最適宜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，例如把葉片最厚的位置向后挪動，使葉片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)。

但是，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的方式，實施過程始終比較繁瑣和復雜，如果可以在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，將極大的簡化實施過程，同時提高垂直軸風力發電機的風能利用率。

實用新型內容

針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種薄膜自激勵振動式垂直軸風力機葉片，可以在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，本實用新型的葉片僅通過對現有翼型葉片進行簡單改造即可獲得，當垂直軸風力機安裝了本實用新型的葉片后，便可提高垂直軸風力發電機的風能利用率。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種薄膜自激勵振動式垂直軸風力機葉片，在葉片后緣段開設有穿透式槽孔，在穿透式槽孔的兩端孔口覆蓋有柔性薄膜，通過柔性薄膜將穿透式槽孔進行密封，使穿透式槽孔形成密閉腔體。

所述穿透式槽孔數量為若干，若干穿透式槽孔在葉片后緣段均勻分布。

所述穿透式槽孔的形狀為矩形，穿透式槽孔的長度為葉片尾緣弦長的50％～100％，穿透式槽孔的寬度為葉片弦長的25％～30％。