[發明專利]一種前緣可變形的垂直軸風力機葉片及垂直軸風力機

在審

• 申請號: 202010124844.2
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111271218A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 宋超;李偉斌;周鑄;黃江濤;劉紅陽;藍慶生;王躍軍
• 申請（專利權）人: 空氣動力學國家重點實驗室
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐

本發明公開了一種前緣可變形的垂直軸風力機葉片及垂直風力機,涉及一種適用于垂直軸風力機的葉片，包括對稱型的葉片主體，葉片主體的前緣兩側均安裝有氣囊結構，且兩個氣囊結構呈對稱排布；所述氣囊結構的一側與葉片主體的側面銜接，氣囊結構的另一側與葉片主體的前緣呈流線銜接；所述葉片主體內部還安裝有對兩個氣囊結構供氣的供氣系統；供氣系統由迎角傳感器的測量結果進行控制，達到葉片形狀動態控制的目的。本發明克服了常規對稱翼型升力系數不高的缺點，提升了葉片在整個旋轉周期內的升力及動態失速迎角，有利于葉片捕獲更多風能，提高輸出功率。

技術領域

本發明涉及垂直軸風力機技術領域，具體而言，涉及一種前緣可變形的垂直軸風力機葉片及垂直軸風力機。

背景技術

垂直軸風力機市場上出現較晚，盡管在理論上垂直軸風力機與水平軸風力機具有相同的效率，但由于垂直軸風力發電機對風向要求不高、發電機組維護性好、噪音低等優點，使垂直軸風力機成為現如今的研究熱點。

在垂直軸力風機工作狀態下，垂直軸風力機的葉片迎角呈非定常周期變化，使葉片迎角有可能在接近±90°的范圍內交替變化，不僅使垂直軸力風機的氣動性能受到影響，且使葉片的升力也會受到嚴重影響，而常規帶彎度高升力的葉片難以發揮效能，因此，垂直軸風力機的葉片一般采用對稱翼型；同時，由于葉片的攻角變化迅速，使得繞葉片的流動會產生所謂的“動態失速”現象，使葉片迎角的周期變化引起非定常流動，使氣動力出現非線性遲滯，而動態失速還會引起結構振動，降低風力機效率，引起額外的噪聲。

為克服上述問題，現有的垂直軸風力機上均安裝有變距機構，從而使得葉片迎角保持在一定范圍內，但當垂直軸風力機的尺寸增大到一定程度時，自由來流條件沿葉片展向有明顯變化，此時很難維持一個最佳角度；而另一方面，由于垂直軸風力電機在工作狀態下葉片具有很大的慣量，給變距系統的反應速度及載荷帶來很大的挑戰。因此，急需一種風力機葉片能通過主動流動控制的方式來大幅度提升葉片氣動性能，以此抑制動態失速現象，提高垂直軸風力機效率，改善風力機運行品質。

發明內容

針對垂直軸風力機面臨嚴重動態失速現象，葉片氣動效益發揮不顯著的問題，本發明提供了一種前緣可變形的垂直軸風力機葉片，通過主動改變葉片前緣形狀來改善其附近流動品質，從而提高風力機捕獲風力的能力，并減小風力機的結構振動，同時抑制噪聲。

為實現本發明目的，采用的技術方案為：一種前緣可變形的垂直軸風力機葉片，包括對稱型的葉片主體，葉片主體的前緣兩側均安裝有氣囊結構，且兩個氣囊結構呈對稱排布；所述氣囊結構的一側與葉片主體的側面銜接，氣囊結構的另一側與葉片主體的前緣呈流線銜接；所述葉片主體內部還安裝有對兩個氣囊結構供氣的供氣系統。

進一步的，所述氣囊結構包括位于葉片主體前緣的充氣囊；所述充氣囊與葉片主體的最大厚度處銜接有可變形的整流結構。

進一步的，所述充氣囊的凸出方向與葉片主體的中心對稱線之間的夾角為15°～60°。

進一步的，所述整流結構為柔性膜片，且整流結構與充氣囊、葉片主體共同形成密閉空間，且葉片主體上還開設有與密閉空間連通的通孔。

進一步的，所述供氣系統包括固定安裝在葉片主體內的空氣泵，且空氣泵的出口與兩個充氣囊之間均連接有通風管路。

進一步的，所述空氣泵為三相氣泵。

進一步的，所述通風管路上安裝有開關閥。

一種垂直軸風力機，包括上述葉片，還包括旋轉軸和安裝在旋轉軸上的支架，所述葉片安裝在支架上，且支架上還嵌裝有迎角傳感器。

進一步的，所述旋轉軸內還安裝有供電電源和控制器，控制器的輸入端與迎角傳感器的輸出端電連接，且控制器的輸出端與供氣系統電連接。

本發明的有益效果是,