專利名稱：槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)，特別是一種槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，可提高風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。
背景技術(shù)：
目前，水平軸風(fēng)力機(jī)的翼型主要選自航空翼型，為了提高槳葉吸收風(fēng)能的效率， 一般采用高升阻比的翼型，槳葉沿高度做成扭曲的。當(dāng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，隨著風(fēng)速的增加，氣流在槳葉上的攻角也隨之增加，直到氣流在槳葉表面發(fā)生流動分離，槳葉失速，風(fēng)能吸收率驟降，輸出功率也迅速減少。風(fēng)力機(jī)一般都有一套控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輸出功率和轉(zhuǎn)速，變槳距風(fēng)力機(jī)制造成本高，目前制造變槳機(jī)的廠家也還較少。定槳距風(fēng)力機(jī)通過調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速來適應(yīng)風(fēng)速的變化，以提高升力，增加風(fēng)能的吸收率。在風(fēng)輪一定的轉(zhuǎn)速的限制下，定槳距風(fēng)力機(jī)隨來流風(fēng)速的增加較容易出現(xiàn)失速。風(fēng)力機(jī)的翼型選定以后，風(fēng)速大小一定時，定槳距風(fēng)力機(jī)翼型的最大升阻力比值也有所限制，不能盡可能多的捕捉到風(fēng)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對上述根本性的問題而提出一種槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，提高風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的翼型能夠較大幅度地提高升力系數(shù)減小阻力系數(shù)，在一定的風(fēng)速和來流攻角下，增加翼型前緣圓柱的旋轉(zhuǎn)速度，可以很好地控制翼型表面的流動分離，有效地提高其升阻力比值，見圖4。參考文獻(xiàn)V. J. MODI, MovingSurface Boundary-Layer Control (運(yùn)動表面邊界層控制)。
然而，到目前為止，上述前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的翼型都只是在流場中作平移運(yùn)動，如果將這種前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的翼型運(yùn)用到水平軸風(fēng)力機(jī)上，就能夠提高風(fēng)力機(jī)翼型的升阻力比值，控制氣流在槳葉表面的流動分離，從而增加風(fēng)能的吸收效率。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，包括一根豎直安裝的塔架、安裝于塔架頂端的水平軸機(jī)箱、位于機(jī)箱前端的槳葉和輪轂或?qū)Я髡?。所述的每個槳葉前緣裝有一根可控的繞自身軸線正向或反向旋轉(zhuǎn)的圓柱，而且該旋轉(zhuǎn)圓柱與槳葉一起隨輪轂或機(jī)箱內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞風(fēng)力機(jī)水平軸公轉(zhuǎn)。
上述旋轉(zhuǎn)圓柱直徑為槳葉截面翼型弦長的0.05 1.5倍，槳葉與旋轉(zhuǎn)圓柱之間留有圓柱截面直徑0. 0001 0. 2倍左右的縫隙。
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上述旋轉(zhuǎn)圓柱由安裝在輪轂或機(jī)箱內(nèi)轉(zhuǎn)子上的電動機(jī)驅(qū)動正向或反向旋轉(zhuǎn)，圓柱表面線
速度為來流風(fēng)速"的0 10倍。
上述槳葉通過若干個軸承和軸承套與旋轉(zhuǎn)圓柱轉(zhuǎn)動連接，保證槳葉與旋轉(zhuǎn)圓柱在弦向及徑向的相對位置保持在原定范圍內(nèi)；軸承套與槳葉固連，旋轉(zhuǎn)圓柱與軸承套之間嵌裝軸承。
上述旋轉(zhuǎn)圓柱與槳葉之間采用2 N個軸承轉(zhuǎn)動連接，N為大于2的自然數(shù)，軸承選用深溝球軸承或者角接觸球軸承。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實質(zhì)性突出特點和顯著的優(yōu)點本發(fā)明提出的風(fēng)力機(jī)，在可利用的風(fēng)速范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)槳葉前緣的旋轉(zhuǎn)圓柱的轉(zhuǎn)速，提高槳葉的升阻力比值，有效的提高風(fēng)能利用率；當(dāng)風(fēng)速過大時，旋轉(zhuǎn)圓柱停止轉(zhuǎn)動或者反向旋轉(zhuǎn)，使槳葉失速，達(dá)到控制風(fēng)力機(jī)功率輸出的目的，相當(dāng)于變槳距風(fēng)力機(jī)改變槳葉攻角的作用。


圖1是槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是帶有尾舵調(diào)向裝置的中小型的槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)的一段槳葉的剖面圖，圖中(a)—段槳葉，圖(b)為A-A剖面圖。
圖4是前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的翼型在一定來流攻角(2(T )下旋轉(zhuǎn)圓柱不同轉(zhuǎn)速時表面的流線圖。
圖5是槳葉與旋轉(zhuǎn)圓柱的連接剖面圖，圖中(a)為外形圖，圖(b)為B-B處剖面圖。
圖6是槳葉與旋轉(zhuǎn)圓柱連接處示意圖。
圖7是圖2中風(fēng)力機(jī)槳葉根部與轉(zhuǎn)子的連接示意圖。
圖8是圖1中風(fēng)力機(jī)槳葉根部示意圖及槳葉根部軸承安裝剖面圖，其中圖(b)是圖(a)中C-C處剖面圖。
圖9是在可利用的風(fēng)速范圍內(nèi)，槳葉前緣旋轉(zhuǎn)圓柱正向旋轉(zhuǎn)及翼型表面氣流附著示意圖。圖IO是在過大風(fēng)速時，槳葉前緣旋轉(zhuǎn)圓柱反向旋轉(zhuǎn)及翼型表面失速示意圖。
具體實施例方式
實施例一參見圖l，本槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，包括塔架5、安裝在塔架5頂端的水平軸機(jī)箱4、位于機(jī)箱4前端的輪轂3和固定安裝在輪轂3上的槳葉1，每個槳葉l前緣裝有一根可控的繞自身軸線正向或方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱2，而且該旋轉(zhuǎn)圓柱2與槳葉1一起隨輪轂3繞風(fēng)力機(jī)水平軸旋轉(zhuǎn)。
實施例二參見圖2，本槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平裡風(fēng)力機(jī)，包括一根豎直安裝的塔架5、安裝在塔架5頂端的水平軸機(jī)箱4、位于機(jī)箱4后部的尾桿7和尾翼8、位于機(jī)箱4前端的槳葉1和導(dǎo)流罩6，每個槳葉1前緣裝有一根可控的繞自身軸線正向或反向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓柱2，而且旋轉(zhuǎn)圓柱2與槳葉1 一起隨機(jī)箱4中轉(zhuǎn)子14繞風(fēng)力機(jī)水平軸旋轉(zhuǎn)。
在圖1、 2中，槳葉1和其前緣的旋轉(zhuǎn)圓柱2之間留有一定的縫隙S。 S約lmm 2cm，視風(fēng)力機(jī)大小而定，保證旋轉(zhuǎn)圓柱2相對于槳葉1獨立繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，如圖3中部分段槳葉1的剖面圖所示。圖1中槳葉1和旋轉(zhuǎn)圓柱2通過輪轂3和機(jī)箱4內(nèi)的傳動軸連接，槳葉1根部逐漸過渡為圓柱，以增加和輪轂3連接處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。在槳葉1根部與輪轂3連接處，旋轉(zhuǎn)圓柱2與槳葉1之間裝有軸承9，如圖8所示。旋轉(zhuǎn)圓柱2由輪轂3內(nèi)的電動機(jī)15驅(qū)動可正向或反向以一定速度旋轉(zhuǎn)。圖2中風(fēng)力機(jī)槳葉1直接與轉(zhuǎn)子14固連，每個旋轉(zhuǎn)圓柱2各由一個電動機(jī)15驅(qū)動正向或反向旋轉(zhuǎn)，如圖7所示。帶有尾桿7和尾翼8組成的調(diào)向裝置使風(fēng)力機(jī)迎風(fēng)。圖l、 2中風(fēng)力機(jī)槳葉1與軸承套10通過螺栓11固連，軸承套10與旋轉(zhuǎn)圓柱2之間嵌裝軸承9，保證旋轉(zhuǎn)圓柱2隨槳葉1 一起繞風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)水平軸公轉(zhuǎn)的同時可繞圓柱自身軸線自轉(zhuǎn)，同時保證風(fēng)力機(jī)在各種荷載作用下，槳葉1與旋轉(zhuǎn)圓柱2之間的間隙5不變，同時提高槳葉1和旋轉(zhuǎn)圓柱2的整體剛度。旋轉(zhuǎn)圓柱2可以是階梯軸，也可以做成分段的，每段軸之間通過鍵12和固定螺釘13連接，如圖6所示。槳葉1和旋轉(zhuǎn)圓柱2從根部到葉尖末端，每隔一段距離布置這樣一個由軸承9和軸承套10組成的連接，如圖5所示。當(dāng)風(fēng)速較小，在可利用風(fēng)速范圍內(nèi)時，電動機(jī)15驅(qū)動旋轉(zhuǎn)圓柱2正向旋轉(zhuǎn)，提高槳葉的升阻力比值，使風(fēng)輪有效地吸收風(fēng)能，如圖9所示。當(dāng)風(fēng)速過大，發(fā)電機(jī)過載運(yùn)行時，電動機(jī)15驅(qū)動旋轉(zhuǎn)圓柱2反向旋轉(zhuǎn)，使槳葉1失速，控制風(fēng)力機(jī)的功率輸出，如圖10所示。
權(quán)利要求
1、一種槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，包括一根豎直安裝的塔架(5)、安裝于塔架(5)頂端的水平軸機(jī)箱(4)、位于機(jī)箱(4)前端的槳葉(1)和輪轂(3)或?qū)Я髡?6)，其特征在于所述的每個槳葉(1)前緣裝有一根可控的繞自身軸線正向或反向旋轉(zhuǎn)的圓柱體(2)，而且該旋轉(zhuǎn)圓柱(2)與槳葉(1)一起隨輪轂(3)或機(jī)箱(4)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(14)繞風(fēng)力機(jī)水平軸旋轉(zhuǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)圓 柱(2)其直徑為槳葉(1)截面翼型弦長的0.05 1.5倍，槳葉(1)與旋轉(zhuǎn)圓柱(2)之間 留有圓柱(2)截面直徑0.0001 0.2倍的縫隙S。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱體的水平軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn) 圓柱(2)由安裝在輪轂(3)或機(jī)箱(4)內(nèi)轉(zhuǎn)子(14)上的電動機(jī)(15)驅(qū)動正向或反向旋 轉(zhuǎn)，圓柱體(2)表面線速度f/e為來流風(fēng)速f/的0 10倍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述的槳葉(1) 通過若干個軸承(9)和軸承套(10)與旋轉(zhuǎn)圓柱(2)轉(zhuǎn)動連接，保證槳葉(1)與旋轉(zhuǎn)圓柱(2)在弦向及徑向的相對位置保持在原定范圍內(nèi)；軸承套(10)與槳葉(1)固連，旋轉(zhuǎn)圓 柱(2)與軸承套(10)之間嵌裝軸承(9)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)圓 柱(2)與槳葉(1)之間采用2 N個軸承(9)轉(zhuǎn)動連接，N為大于2的自然數(shù)，所述的軸 承(9)選用深溝球軸承或者角接觸球軸承。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種槳葉前緣帶旋轉(zhuǎn)圓柱的水平軸風(fēng)力機(jī)。它包括豎直安裝的塔架、安裝在塔架頂端的水平軸機(jī)箱、位于機(jī)箱前端的槳葉和輪轂或?qū)Я髡?。每個槳葉前緣裝有一根可控的繞自身軸線正向或反向旋轉(zhuǎn)的圓柱體，而且該旋轉(zhuǎn)圓柱與槳葉一起隨機(jī)箱中的轉(zhuǎn)子公轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)圓柱體的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和方向，控制氣流在槳葉上的流動分離，提高風(fēng)力機(jī)槳葉的升阻比，從而達(dá)到有效利用風(fēng)能的目的。
文檔編號F03D1/06GK101672245SQ20091019713
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者莊月晴, 張媛媛, 羅大海, 磊 蔣, 波 陳, 黃典貴 申請人:上海大學(xué)