專利名稱：帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機的制作方法
技術領域：
帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機技術領域本發(fā)明涉及一種水平軸風力機，屬于風力發(fā)電設備技術領域。
技術背景當前，能源問題和環(huán)境問題日益受到人們的關注，煤、石油、天然氣等化 石能源逐漸枯竭，新型可再生能源的應用和發(fā)展日益受到重視。風能是一種干 凈的可再生能源。在當前人類對能源與環(huán)境問題日益關注的情況下，利用風能 發(fā)電日益受到重視。世界風力發(fā)電總量逐年快速增長。我國的風能資源比較豐 富，據(jù)統(tǒng)計，我國風能儲量中的實際可開發(fā)總量為2.53億千瓦，相當于我國發(fā) 電總裝機容量的1.3倍。對于水平軸風力機而言，其葉片葉尖處的流動受葉尖 渦和葉輪后尾跡流動的影響，存在較大的風能損失。然而水平軸風力機的葉尖 部分升力產(chǎn)生的扭矩較大，其氣動性能對于風力機的整體性能具有至關重要的 影響。曾有專利通過在葉頂處增加小翼來改善風力機葉尖處的流動，但效果不 很明顯，且風力機葉片與葉尖渦相互作用的噪聲仍較大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種帶仿生型葉頂凸臺的水 平軸風力機，其能有效改善風力機的氣動性能，節(jié)約能源，提高效率，同時降 低風力機的噪聲。為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術方案是 一種帶仿生型葉頂凸臺的水平 軸風力機，包括葉片、主傳動軸、機艙、尾翼、塔架，葉片裝在主傳動軸上， 在所述的葉片的葉頂處裝有凸臺，且該凸臺的側(cè)面型線與葉片的同向側(cè)面型線 一致。所述凸臺的表面采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)。所述的凸臺與葉片為整體式結(jié)構(gòu)。水平軸風力機在運轉(zhuǎn)時，來流經(jīng)過風輪(包括葉片、主傳動軸等)，在葉片 尖部由于壓力差會產(chǎn)生由壓力面向升力面流動的葉尖渦。在本發(fā)明中，由于葉頂處安裝有凸臺，首先起到檔板作用，耗散了葉尖渦，改變了葉尖的環(huán)量分布。 同時，凸臺的表面采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)，減小了葉頂處的流動阻力，避免了葉 尖的過早的附面層分離，從而提高了葉尖處的氣動效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設計合理，在保留原有風力機葉片結(jié)構(gòu)的前提下，通過 在葉頂處安裝仿生型凸臺，改善了不利于風力機運行的葉尖流場。本發(fā)明的水 平軸風力機比一般形式的水平軸風力機在效率上有一定的提高，并且能夠降低 風力機的噪聲。與現(xiàn)有的水平軸風力機相比具有更高的氣體動力學性能，并且 能降低風力機的氣動噪聲，節(jié)約能源，提高效率。本發(fā)明通過在葉頂處增加仿 生型凸臺不但消弱了葉尖渦，而且可以改善葉頂處的流動損失，減少葉頂損失、 減小誘導阻力、減小葉尖渦，以及降低風力機葉片與葉尖渦相互干涉的噪聲。
圖1為本發(fā)明帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的凸臺頂部的結(jié)構(gòu)示意圖(采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu))。 圖3為本發(fā)明的凸臺側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖(采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu))。 圖4為本發(fā)明的葉片的葉頂處的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明的凸臺表面的魚鱗結(jié)構(gòu)示意圖(三維視圖)。 圖6為本發(fā)明的凸臺表面的魚鱗的正視圖。 圖7為圖6的側(cè)視圖。 圖8為圖6的俯視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。 本發(fā)明帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機的整體結(jié)構(gòu)以及葉片的葉頂處如 圖l、圖4所示，包括葉片2 (具有壓力面7、吸力面8)、主傳動軸3 (帶有整 流罩)、機艙4、尾翼5、塔架6，葉片2裝在主傳動軸3上，在所述的葉片2的 葉頂處裝有凸臺l (能改善風力機運行性能)，且該凸臺1的側(cè)面型線與葉片2臺1可裝在葉片2的吸力面8的葉頂處，該凸 臺1的側(cè)面10型線與葉片2的吸力面8型線一致，此安裝方式效果最佳(與以 下兩種安裝方式相比而言);或者該凸臺1也可裝在葉片2的壓力面7的葉頂處， 該凸臺1的側(cè)面型線與葉片2的壓力面7型線一致；或者也可在所述的葉片2 的壓力面7和吸力面8的葉頂處均裝有凸臺1，所述的凸臺1的側(cè)面型線與其對 應的葉片2的壓力面7或者吸力面8型線一致。其中由三片升力型葉片2、帶整流罩的主傳動軸3組成風輪，用于捕獲風 能并將其轉(zhuǎn)化為機械能輸出；機艙4位于塔架6的頂端，用來支撐風輪及具有 與風輪相聯(lián)接的齒輪傳動裝置、發(fā)電機、調(diào)速裝置及其調(diào)向機構(gòu)，機艙內(nèi)除了 上述部件及裝置外，還有配套的電氣控制設備、液壓泵等；尾翼5安裝在機艙4 的尾部，用來調(diào)整風力機運轉(zhuǎn)的方向；塔架6用來支撐風輪、機艙內(nèi)各種設備 等，并使之離開地面一定高度，使風力機整體能處于良好的風況環(huán)境下運轉(zhuǎn)。本發(fā)明在每個葉片的葉頂部分均安裝一個能改善風力機運行性能的凸臺， 凸臺側(cè)面采用與該葉片同向的型線結(jié)構(gòu)一致，凸臺和葉片的材料相同，安裝于 葉片頂端。所述凸臺1的表面采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)(也就是說在凸臺1的表面 密布魚鱗狀紋路)即所述凸臺1的上表面9、側(cè)面10或底面11采用魚鱗型仿 生結(jié)構(gòu)，或者是所述凸臺1的上表面9、側(cè)面10和底面11均采用魚鱗型仿生結(jié) 構(gòu)，如圖2、圖3、圖4所示，以減小葉頂處的流動阻力及葉尖渦。凸臺l與葉 片2葉頂處的連接可以是與葉片融合為一體(即所述的凸臺1與葉片2為整 體式結(jié)構(gòu))，或者也可以是外加連接。該凸臺的設置起到了檔板的作用，改變了 風力機葉尖的環(huán)量分布，破壞和削弱了葉尖處對于風力機運行不利的葉尖渦， 減小了誘導阻力，葉尖渦的減小也有利于降低其與葉片相互干涉的噪聲。凸臺 的頂部、底部以及側(cè)面采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)，有利于減小流動阻力，減小葉頂 處的流動損失，提高葉頂處的風能利用效率。凸臺的具體情況為以下-凸臺的位置在風力機葉片頂端，凸臺側(cè)面的型線與風力機葉片壓力面或 吸力面的型線一致、重合。凸臺位于風力機葉片的95% 100%的葉高處。
凸臺的厚度D:定義為凸臺側(cè)面之間的垂直距離，厚度方向垂直于風力機葉 片的中線。厚度大約等于葉頂處葉片最大厚度，如圖2所示。
凸臺的高度H:定義為凸臺上表面與底面之間的垂直距離，大約占風力機葉
片的95% 100%葉高，如圖3所示。
凸臺頂部(即上表面)、底部(即底面)、側(cè)面上的魚鱗結(jié)構(gòu)如圖5至圖8 所示，該魚鱗形式采用扇形結(jié)構(gòu)，魚鱗結(jié)構(gòu)的半徑^為風力機葉片頂部葉片最 大厚度的1/3，魚鱗結(jié)構(gòu)的仰角ot為3~5°，其尾部的仰角J3為70~80°，其厚度 大約l 2mm，其尾部的張角6>在120~150°之間。此種設計效果最佳。
權利要求1、一種帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，包括葉片(2)、主傳動軸(3)、機艙(4)、尾翼(5)、塔架(6)，葉片(2)裝在主傳動軸(3)上，其特征在于在所述的葉片(2)的葉頂處裝有凸臺(1)，且該凸臺(1)的側(cè)面型線與葉片(2)的同向側(cè)面型線一致。
2、 如權利要求l的帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，其特征在于該凸 臺(1)裝在葉片(2)的吸力面(8)的葉頂處，該凸臺(1)的側(cè)面(10)型 線與葉片(2)的吸力面(8)型線一致；或者該凸臺(1)裝在葉片(2)的壓 力面(7)的葉頂處，該凸臺(1)的側(cè)面型線與葉片(2)的壓力面(7)型線 一致。
3、 如權利要求l的帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，其特征在于所述 的葉片(2)的壓力面(7)和吸力面(8)的葉頂處均裝有凸臺(1)，所述的凸 臺(1)的側(cè)面型線與其對應的葉片(2)的壓力面(7)或者吸力面(8)型線 一致。
4、 如權利要求l的帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，其特征在于所述 凸臺(1)的上表面(9)、側(cè)面(10)或底面(11)采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)；或者 是所述凸臺(1)的上表面(9)、側(cè)面(10)和底面(11)均采用魚鱗型仿生結(jié) 構(gòu)。
5、 如權利要求4的帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，其特征在于所述 的凸臺(1)的頂部、底部以及側(cè)面采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)，該魚鱗形式采用扇形 結(jié)構(gòu)，魚鱗結(jié)構(gòu)的半徑W為風力機葉片頂部葉片最大厚度的1/3,魚鱗結(jié)構(gòu)的仰 角a為3~5°，其尾部的仰角B為70 80°，其厚度大約l~2mm，其尾部的張角 0在120~150°之間。
6.如權利要求l的帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，其特征在于所述 的凸臺(1)與葉片(2)為整體式結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種帶仿生型葉頂凸臺的水平軸風力機，包括葉片(2)、主傳動軸(3)、機艙(4)、尾翼(5)、塔架(6)，葉片(2)裝在主傳動軸(3)上，在所述的葉片(2)的葉頂處裝有凸臺(1)，且該凸臺(1)的側(cè)面型線與葉片(2)的同向側(cè)面型線一致。所述凸臺(1)的表面采用魚鱗型仿生結(jié)構(gòu)。本實用新型通過在葉片的葉頂處增加仿生型凸臺不但消弱了葉尖渦，而且可以改善葉頂處的流動損失，減少葉頂損失、減小誘導阻力、減小葉尖渦，以及降低風力機葉片與葉尖渦相互干涉的噪聲，具有更高的氣體動力學性能，并且能降低風力機的氣動噪聲，節(jié)約能源，提高效率。
文檔編號F03D1/06GK201428550SQ200920162078
公開日2010年3月24日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權日2009年7月6日
發(fā)明者鐘振海 申請人:鐘振海