CN104421108A - 水平轴式风力机变形叶片 - Google Patents

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Abstract

一种水平轴式风力机变形叶片，属于新能源技术领域。它有主叶片(1)和副叶片(4)，主叶片(1)和副叶片(4)可以相对移动其位置，从而变化叶片迎风表面积大小，其特征在于：副叶片(4)与绳索(3)相连接，绳索(3)由定滑轮(2)限位转向，副叶片(4)是在绳索(3)的作用下，沿着主叶片(1)纵方向相对移动其位置的。它保持了现有大中型水平轴式风力机叶片全部主要优点，改装只是位于不重要地方的影响极小的“微创”，较大程度上能按需要按风速大幅度变化副叶片(4)宽度，叶片对迎风面的投影面积的大小和分布也随该宽度变而变，中低风速时的风能利用系数大幅度提高，风电机发电量相应大增，增加的相对成本很小，风险小而效益巨大。

Description

水平轴式风力机变形叶片
技术领域
本发明创造涉及一种将风动能转换为机械转动能的装置，属于清洁新能源技术领域。 
背景技术
西安交通大学的专利申请号为201010192074.1的一种风力发电机叶片折叠结构，具有调节叶片迎风面积的功能，它包括叶片主体、叶片前段、连接杆、铰链等。该叶片结构新、风能利用系数有所提高，能扩大风力发电机经济速度的适用范围，还能提高输出电压的稳定性。但是该项叶片能调节的迎风面积不够大，而对原叶片是一种影响较大的“开肠剖肚”，所增加的成本较大，经济效益不很明显。 
发明内容
本发明创造提供了一种大中型水平轴式风力机变形叶片(简称变形叶片)，它有主叶片和副叶片，主叶片和副叶片可以相对移动其位置，从而变化叶片迎风表面积大小，其特征在于：副叶片与绳索相连接，绳索由定滑轮限位转向，副叶片是在绳索的作用下，沿着主叶片纵方向相对移动其位置的。副叶片可以是围绕着主叶片部分身段的薄板环套，该环套横向剖面在水平状并只受重力作用时呈薄翼形。变形叶片很好克服了专利申请号为201010192074.1的叶片结构之上述缺点，较大程度上能按需要按风速大幅度变化副叶片宽度，叶片对迎风面投影面积的大小和分布也随该宽度变而变，保持了现有水平轴式风力机翼式叶片全部主要优点，改装成变形叶片只是在原叶片位于不重要地方的影响极小的“微创”，而不是影响较大的“开肠剖肚”，虽然，变形叶片工作转动阻力稍为增大，但在中低风速时的风能利用系数仍大幅度提高，风电机年发电量相应大增；在野外的大中型风电场，有 可能现场对旧叶片进行变形改造安装，增加的相对成本很小，风险小而效益巨大，容易得到大规模推广应用。 
附图说明
图1是水平轴式风力机变形叶片第一个实施例在表面积最大时的结构图(图中部分细小结构省略不画，以避免图面线条过密而看不清，下同)。 
图2是水平轴式风力机变形叶片第一个实施例在表面积最小时的结构图。 
图3是图1所示副叶片处的结构剖面图。 
图4是图3的B-B局部结构剖面图。 
图5是图3的C-C局部结构剖面图。 
图6是图3的D-D剖面图。 
图7是图2的A-A剖面图。 
图8是图1或图2的叶片根部结构纵向剖面图。 
图9是水平轴式风力机变形叶片第二个实施例表面积最小时、主叶片和副叶片结合处结构的纵向剖面图。 
图10是图9的E-E剖面图。 
图11是第二个实施例叶片根部结构的纵向剖面图。 
具体实施方式
从图1、2、3和图9可见，这二个实施例都有主叶片(1)和副叶片(4)，主叶片(1)和副叶片(4)可以相对移动其位置，从而变化叶片迎风表面积大小，其特征在于：副叶片(4)与绳索(3)相连接，绳索(3)由定滑轮(2)限位转向，副叶片(4)是在绳索(3)的作用下，沿着主叶片(1)纵方向相对移动其位置的。显然，一般来说，绳索(3)材料最好是不锈钢。 
从图1、2、3、4、5、6、7可见，第一个实施例副叶片(4)是围绕着主叶片(1)部分身段的薄板环套，在受外力较小时该环套横向剖面为图6所示薄翼形。图6所示主叶片(1)和副叶片(4)的形状和长宽比， 与实际情况接近。显而易见，副叶片(4)在绳索(3)的作用下，可以移动至图1、2所示的二种位置之一，或者可以移动至这二种位置之间的位置。副叶片(4)在上述不同位置时，其宽度不同，对迎风面的投影面积大小不同，这样，只要用电力机构拖动绳索(3)，人和由不同风速自动控制该电力机构，就能较大程度地能按需要按风速，大幅度变化叶片迎风表面积大小和分布。一般，制造副叶片(4)环套的材料是厚度不到1毫米不锈钢薄板，而副叶片(4)宽度约1米以上，所以其有足够的弹性使得副叶片(4)环套可以变形而位于主叶片(1)厚度不一样的不同身段，其横向剖面可呈现出厚度不同的翼形。为了降低主叶片(1)和副叶片(4)环套相对移动阻力，副叶片(4)环套开口边沿要向外稍为翻卷；为了减少相对移配合面之间的灰尘，这翻卷边沿可装上用柔软材料制成的条状除尘刷。 
从图3、4、5、6、7可见，第一个实施例主叶片(1)和副叶片(4)之间有用于使二者只能在纵方向相对移动其位置的限位轨道(5)和限位条(6)，限位轨道(5)和限位条(6)分别与主叶片(1)和副叶片(4)相固定。这样，加上副叶片(4)环套以预定的弹力夹着主叶片(1)产生的作用，在设定的副叶片(4)尺寸和预定的中低速风力下，安装副叶片(4)前叶片能承受的强度是可以不超过的，叶片在表面积最大时都能够正常工作。图3、5显示，限位轨道(5)和限位条(6)分别与主叶片(1)和副叶片(4)的相固定，是用螺钉(8)和铆钉(7)来完成的，当然，最好还应增加粘结固定法，以更加牢固。为了提高安全系数，近叶尖的限位轨道(5)尾端最好有凸起的止位卡，以确保万一绳索(3)断开时，副叶片(4)不离开限位轨道(5)。限位轨道(5)和限位条(6)应当足够长，以确保对副叶片(4)的限位控制。由图7可见，主叶片(1)和副叶片(4)的形状和长宽比，与实际情况接近，限位轨道(5)位于主叶片(1)前沿，其断面尺寸相对于主叶片(1)来说很小，而且可尽量设计为风阻系数最小的形状，从而对主叶片(1)的气动性能影响极小。为获得较多风能，不同的中低速风力时，副叶片(4)环套应位于主叶片(1)不同身段。风速越高，副叶片(4)环套位于主叶片(1)叶尖越远，风速接近风机的额定风速时，变成如图2 所示的叶片表面积和外形与主叶片(1)十分相同。从这里也可见，安装副叶片(4)后，安装副叶片(4)前叶片能承受的强度是可以不超过的。 
由图3、8可见，第一个实施例主叶片(1)叶尖旁有一对定滑轮(2)，主叶片(1)最宽处外沿有一个定滑轮(2)，主叶片(1)叶根处有一对定滑轮(2)和绳索绞车（10）一条绳索(3)的二端分别通过限位条(6)二端与副叶片(4)固定连接。当绳索绞车（10）顺时针转动时，图3所示绳索(3)带动副叶片(4)环套向主叶片(1)根部方向移动，之后，当绳索绞车（10）逆时针转动时，绳索(3)带动副叶片(4)环套向主叶片(1)叶尖方向移动。为了防止水气进入叶片内，在各定滑轮处，也基本就是绳索(3)进出叶片的开口处，应设置密封盖(11)。为了使绳索(3)保持较正确的形态，在绳索(3)所经过的主叶片(1)左右边沿上，固定有多个限位套(9)。 
为了第一个实施例副叶片(4)环套在变形弹力符合要求的条件下，重量尽量小，可以使副叶片(4)环套表面为瓦楞状。 
由图9、10可见，第二个实施例副叶片(4)部分身段是可以在主叶片(1)部分身段内动配合纵向滑动的，副叶片(4)横剖面呈翼形。这样，当副叶片(4)部分身段在主叶片(1)内移出时，具有较好的气动性能。 
由图9、11可见，第二个实施例主叶片(1)近叶尖旁有一个定滑轮(2)，主叶片(1)叶根处有一个定滑轮(2)和绳索绞车（10）一条绳索(3)的二端均通过接头(12)与副叶片(4)远离叶尖的一端相连接。当图11所示的绳索绞车（10）顺时针转动时，图9所示的绳索(3)就带动副叶片(4)向叶尖方向移动，之后，当绳索绞车（10）逆时针转动时，绳索(3)带动副叶片(4)向主叶片(1)根部方向移动。为了防止水气进入，在各定滑轮处，也就是绳索(3)进出叶片的开口处，应设置密封盖(11)；在主叶片(1)和副叶片(4)动配合处，应有密封圈。为了使绳索(3)保持较正确的形态，在其所经过的主叶片(1)边沿上，固定有多个限位套(9)。为了防冰冻影响气动性能和绳索(3)，在叶片边沿可装置电热线或电热管。 

Claims (7)

1.一种水平轴式风力机变形叶片，有主叶片(1)和副叶片(4)，主叶片(1)和副叶片(4)可以相对移动其位置，从而变化叶片迎风表面积大小，其特征在于：副叶片(4)与绳索(3)相连接，绳索(3)由定滑轮(2)限位转向，副叶片(4)是在绳索(3)的作用下，沿着主叶片(1)纵方向相对移动其位置的。 
2.根据权利要求1所述的水平轴式风力机变形叶片，其特征在于：副叶片(4)是围绕着主叶片(1)部分身段的薄板环套，在受外力较小时该环套横向剖面呈薄翼形。 
3.根据权利要求1或2所述的水平轴式风力机变形叶片，其特征在于：主叶片(1)和副叶片(4)之间有用于使二者只能在纵方向相对移动其位置的限位轨道(5)和限位条(6)，限位轨道(5)和限位条(6)分别与主叶片(1)和副叶片(4)相固定。 
4.根据权利要求2所述的水平轴式风力机变形叶片，其特征在于：主叶片(1)叶尖旁有定滑轮(2)，主叶片(1)叶根处有定滑轮(2)和绳索绞车（10）。
5.根据权利要求2所述的水平轴式风力机变形叶片，其特征在于：副叶片(4)表面为瓦楞状。 
6.根据权利要求1所述的水平轴式风力机变形叶片，其特征在于：副叶片(4)部分身段是可以在主叶片(1)部分身段内纵向滑动的，副叶片(4)横向剖面为翼形。 
7.根据权利要求6所述的水平轴式风力机变形叶片，其特征在于：主叶片(1)叶尖旁有定滑轮(2)，主叶片(1)叶根处有定滑轮(2)和绳索绞车（10）。
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