升力型葉輪的變槳距方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種升力型葉輪的變槳距方法，通過設置用以控制葉片運動的變槳連桿，使葉片的槳距角曲線為正弦曲線。本發(fā)明使葉輪在原本做功較高方位角上依然保持良好的做功，不會出現(xiàn)失速現(xiàn)象；同時，有效地增大了氣動攻角，明顯提高了效率；最后，現(xiàn)有技術僅使局部區(qū)域增大，并有可能降低該局部效率，而本發(fā)明充分發(fā)揮最大做功區(qū)域的做功能力，同時通過變槳技術使最小做功區(qū)域的做功能力得到根本性的改善，效果改善明顯。
【專利說明】升力型葉輪的變槳距方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及葉輪，尤其是可用于例如風力機或海流能發(fā)電的葉輪變槳方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有升力型立軸風力機葉輪具有無需對風偏航系統(tǒng)，對風向適應性更強等優(yōu)點。但是，升力型立軸風力機一直沒有像水平軸風力機一樣，在大型機組產品化方向有快速發(fā)展，其原因之一是升力型立軸風力機葉輪的氣動性能不及水平軸風力機的氣動性能。
[0003]同樣，升力型立軸葉輪也可用于潮流能水輪機，或者微水頭水力發(fā)電的水輪機，但是這種立軸的水輪機也因不及水平軸水輪機的出力效率高，所以產品化速度較慢。
【發(fā)明內容】
[0004]發(fā)明目的:提供一種升力型葉輪的變槳距方法，以解決現(xiàn)有技術性能不佳的缺陷，推動其產業(yè)化進程。
[0005]技術方案:一種升力型葉輪的變槳距方法，在葉輪轉軸上設置尾翼，并在尾翼上鏈接用以控制葉片運動的變槳連桿，使葉片的槳距角曲線為正弦曲線或余弦曲線。
[0006]所述槳距角曲線為:Q=CimaxSin (β)，其中，Θ為葉片變化的槳距角，β為葉片的方位角，Cimax為葉片旋轉角的最大值。
[0007]有益效果:通過調整葉片的角度，本發(fā)明能夠使葉輪在原本做功較高方位角上依然保持良好的做功，不會出現(xiàn)失速現(xiàn)象；同時，有效地增大了氣動攻角，明顯提高了效率；最后，現(xiàn)有技術僅使局部區(qū)域增大，并有可能降低該局部效率，而本發(fā)明充分發(fā)揮最大做功區(qū)域的做功能力，同時通過變槳技術使最小做功區(qū)域的做功能力得到根本性的改善，效果改善明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0009]為解決上文所述的技術問題，一般的技術思路是:根據升力型立軸風力機的氣動特性，結合水平軸風力機的一些氣動運行特點，設計一種變槳距運行的升力型立軸葉輪。其基本原理是:通過改變葉片在旋轉過程中的相對角度，從而達到改變葉片氣動攻角的目的，在一定程度上增大了葉片的出力。
[0010]但是，經發(fā)明人創(chuàng)造性地研究發(fā)現(xiàn):這種變槳距的結果是增大了本來就出力較好的部分的氣動攻角，而出力較弱的部分仍攻角較弱。因此，本來出力較好的地方因為氣動攻角較大，在變槳距過程中繼續(xù)增大，容易出現(xiàn)失速現(xiàn)象而達不到變槳距的目的，同時由于變槳距在出力較弱的部分變槳距較小，也沒有達到改善出力較弱部分葉片的出力效率?？傊?，現(xiàn)有改善氣動性能的變槳距方法改善立軸風力機葉輪性能的效果不佳。[0011]定義葉片與尾翼最近時為0°和360°方位，最遠時為180°方位，經0°位置旋轉經過90°位置為90°方位，經180°方位旋轉90°位置為270°方位。上述幾個方位角為典型方位角β，也是固定不變的方位角β。
[0012]定義以葉片固定軸為中心，逆時針旋轉為正值。四個方位角，確定葉片旋轉角度為180°和0°方位角為0°，在90°方位角的旋轉角度為負α_值，在270°方位角的旋轉角度為正值，這里Cimax值為葉片翼型的靜態(tài)失速攻角。這樣，定義Θ為葉片變化的槳距角，β為葉片旋轉一周不同的方位角。
[0013]如圖1所示，在葉輪轉軸I上設置尾翼4，并設置用以控制葉片運動的變槳連桿，使葉片3的槳距角曲線2為正弦曲線或余弦曲線。變槳連桿用來控制葉片在不同位置的變槳位置。尾翼用來定位，尾翼展向在風阻力的作用下，尾翼始終屬于順風位置，葉片始終保持者葉片的圓頭帶著尖尾運動。葉片在風升力的作用下，始終沿順時針(或逆時針)旋轉，這樣在一個圓周系統(tǒng)內，方向和方位基本確定。
[0014]葉片沿一周運動軌跡θ = α Μχ--η(β )，通過變槳連桿使葉片在0°方位角和180°方位角時不發(fā)生變槳，在90°和270°時變槳角最大。這樣變槳角的攻角曲線Θ =a maxsin( β ),與葉片本身氣動攻角曲線a = a maxcos ( β ),正好形成互補。二者疊加之和使得整個一周范圍內，氣動攻角都保持在較高水平。
[0015]在180°位置，變槳角為0°，但是，由于切向風速U和來流風速W合成的有效速度R與葉片形成的攻角最大，升力L與風輪轉軸之間的距離較大,產生的力矩也較大,此時所具有較好的氣動性能。在2 70°變化角度為正的α_角度，此瞬時雖然產生的升力與葉輪軸線為夾角為0°，但是只要葉片繼續(xù)運動或者在到達270°之前的少許角度，都有一個較大的攻角，這一攻角比固定槳距角的攻角大很多，瞬時產生非常好的氣動特性。在270°位置雖然不產生力矩，但是影響的范圍成零面積的形狀分布，所以影響極小。90°位置的原理與270°位置的做功原理相同。通過這樣變槳，葉片可在旋轉的一周任何一個方位角都具有較高的氣動攻角，較高的提高了升力型立軸葉輪的整體氣動性能。這種葉輪的變槳距方法也可適用于低水頭水力發(fā)電和潮流能發(fā)電水輪機中。
[0016]以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
【權利要求】
1.一種升力型葉輪的變槳距方法，其特征在于，設置用以控制葉片運動的變槳連桿，使葉片的槳距角曲線為正弦曲線。
2.如權利要求1所述的升力型葉輪的變槳距方法，其特征在于，所述槳距角曲線為:Θ = QmaxSin (β),其中，Θ為葉片變化的槳距角，β為葉片的方位角，α_為葉片旋轉角的最大值。
【文檔編號】F03B15/00GK103939285SQ201410118359
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】趙振宙, 鄭源, 李濤, 陳景茹, 葉芬, 趙振寧 申請人:河海大學