CN104989591A - 扑翼可调式叶片 - Google Patents

扑翼可调式叶片 Download PDF

Info

Publication number
CN104989591A
CN104989591A CN201510386565.2A CN201510386565A CN104989591A CN 104989591 A CN104989591 A CN 104989591A CN 201510386565 A CN201510386565 A CN 201510386565A CN 104989591 A CN104989591 A CN 104989591A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
flapping wing
gears
rack
adjustable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510386565.2A
Other languages
English (en)
Inventor
陈文朴
李春
杨阳
汤金桦
缪维跑
卜庆东
刘天亮
张蕴宁
叶柯华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201510386565.2A priority Critical patent/CN104989591A/zh
Publication of CN104989591A publication Critical patent/CN104989591A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

一种扑翼可调式叶片，包括叶尖、叶片根部以及位于二者之间的叶片主体，叶片通过叶片根部安装在风力机风轮上，其特征在于，还包括：扑翼组件，可伸缩的安装在叶片主体上，包括至少一个扑翼；驱动单元，位于叶片主体内部，和扑翼组件连接，用于驱动扑翼组件的伸缩。

Description

扑翼可调式叶片
技术领域
本发明涉及一种风力机叶片，特别是一种能自动调节形状的扑翼可调式叶片。
背景技术
风力机是将风能转化为机械能的动力机械，叶片决定了风力机风能利用效率的高低，是整个风力机的核心部件。叶片的气动性能直接影响风力机的运行情况，也影响风力机的风能利用效率。图1为传统风力机叶片翼型绕流示意图，传统风力机叶片在攻角(流体力学中，攻角，也称迎角，对于分飞行器翼形或叶片来说，攻角定义为翼弦与来流速度之间的夹角，抬头为正，低头为负)增大到一定程度时，叶片表面会产生流动分离，导致升阻比急剧下降，同时降低风力机的风能转换效率。因此设计和制作合适立体形状的叶片是风力机的风能转换效率的关键。然而，风力机叶片在设计制作和安装时，往往只能考虑一定范围内的攻角情况，也就是其无法适应多变的空气流动情况，从这个角度来说，一种能主动根据空气流动状况或风力机工作环境进行叶片立体形状调节的叶片是解决叶片适应性的关键。
对于这个问题，调节的对象和方式较多，调节迎风面积：如中国发明专利“风力发电机叶轮的捕风面可调叶片及其叶片调节方法”(公开号CN101718251，公开日2012.06.02)公开了一种可调节受风面积的风力机叶片，其通过设计专门的可动式四边形叶片支架，通过叶片内部的驱动机构使叶片的四边形叶片支架发生伸缩，从而改变叶片形状和受风面积，进而保持设计的风能转换效率；调节叶片的工作攻角：中国发明专利“一种可调叶片攻角式垂直轴 风力机”(公开号CN103573553，公开日2014.02.12)公开了一种可调节叶片攻角的垂直轴风力机，其叶片可以随着空气流动的情况而自我调节，无需设置动力的电机的结构，简单实用。然而对于现在大型的风力机的叶片而言，为了产生较大的功率，其结构十分巨大：小到几米，大到几十米，甚至上百米的风力机已经出现了，显然上述方案就不适合了：可动式四边形叶片支架应用与大型叶片后，其驱动机构会因驱动对象的庞大而十分复杂，且必然带来高成本；调节叶片攻角的垂直轴风力机只适合于小功率场合。另外，现有的固定式风力机叶片在大攻角下运行时，叶片表面会出现流动分离的情况，导致风力机叶片的风能利用率降低，因此采用简单实用的结构来实时调整风力机叶片的立体形状，从而适应风力机叶片在攻角变化情况下能自动做成调整，从而提高风力机叶片的风能利用率是本技术领域内研究人员需要解决的一个问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用在现有的风力机叶片的结构上进行改造，加装可伸缩扑翼组件，具体的本发明采用如下的技术方案：
一种扑翼可调式叶片，包括叶尖、叶片根部以及位于二者之间的叶片主体，叶片通过叶片根部安装在风力机风轮上，其特征在于，还包括：扑翼组件，可伸缩的安装在叶片主体上，包括至少一个扑翼；驱动单元，位于叶片主体内部，和扑翼组件连接，用于驱动扑翼组件的伸缩。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征：叶片主体具有空腔，驱动单元位于叶片主体空腔内。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征还包括：检测和控制单元，包括：监测仪，位于叶片主体空腔内，用于检测叶片工作时所处的攻角大小；控制器，位于叶片主体空腔内，同检测仪相连，用于根据监测仪测得 的攻角数据控制驱动装置的启停。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征：其中，驱动单元包括电机、转轴以及至少一组齿轮齿条组件，电机位于叶片根部，和转轴连接，转轴和齿轮齿条组件的一端连接，齿轮齿条组件的另一端和扑翼的尾端连接，电机带动转轴转动，进而带动齿轮齿条组件运动，用于扑翼的伸缩。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征：齿轮齿条组件，包括两个齿轮以及位于两个齿轮之间且和齿轮相啮合的齿条，齿条的一端和两个齿轮相啮合，另一端和扑翼的尾端连接，两个齿轮分别和转轴连接，在转轴的带动下转动，当两个齿轮均逆时针转动时，齿条在两个齿轮的带动下驱动扑翼的伸长；当两个齿轮均顺时针转动时，齿条在两个齿轮的带动下驱动扑翼的缩短。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征：其中，齿轮齿条组件为3组，分别位于扑翼尾端的两端以及中间位置。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征：其中，齿条与扑翼尾端相连的方式为螺栓连接。
本发明提供的扑翼可调式叶片，还可以具有这样的特征：其中，齿轮为直齿轮
发明作用与效果
根据本发明提供的扑翼可调式叶片，由于在一般叶片上设置有扑翼组件，其可伸缩的安装在叶片主体上，可以实现扑翼的伸缩控制，来来影响叶片在工作时的气体流动情况，从而减少风力机叶轮的叶片表面产生流动分离的情况发生，提高风力机的风能转换效率。
附图说明
图1为传统风力机叶片翼型绕流示意图；
图2为风力机结构示意图；
图3是本发明的扑翼可调式叶片横截面的结构示意图；
图4无扑翼叶片仿真流线图；
图5带扑翼叶片仿真流线图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图2是风力机结构示意图
图3是本实施例的扑翼可调式叶片横截面的结构示意图
如图2，图3所示，扑翼可调式叶片100包括包括叶尖10、叶片根部20以及位于二者之间的叶片主体30，其中的叶片根部20同风力机风轮的轮毂连接，叶片主体内部具有空腔31，叶片主体包括前缘32和后缘33，其中，在后缘33处设置有狭缝331，用于安装扑翼。
驱动单元40，位于叶片主体内部的空腔31内，其中，驱动单元包括安装于叶片根部20的电机(图中未画出)、两根转轴41以及均匀安装在转轴41上的三组齿轮齿条组件42，齿轮齿条组件42，包括两个直齿轮421以及一根齿条422，齿条422两面设置有齿，两个直齿轮421同位于他们之间的齿条422啮合；当电机40带动两根转轴41和连接在转轴上的两个直齿轮421转动，齿轮齿条组件42中齿条与扑翼尾端通过螺栓连接而相连固定在一起，用于驱动扑翼的伸缩。
扑翼组件50，包括一个扑翼51，其中，扑翼51尾端与齿条422相连， 由驱动单元控制伸缩，头端通过狭缝331突出于叶片主体30外；
检测和控制单元(图中未画出)，包括监测仪，位于叶片主体空腔31内，用于检测叶片工作时所处的攻角大小；控制器，也位于叶片主体空腔内，同检测仪相连，用于根据监测仪测得的攻角信号控制驱动单元40中的电机。
使用中当叶片旋转时，检测仪用于检测叶片的攻角大小。当检测仪检测到叶片处于小攻角的情况时，把信息传递到控制器，控制器就会发出指令给驱动单元40的电机，使其顺时针转动从而驱动扑翼51回归至原始位置。驱动单元40的电机的逆时针转动将带动齿条422向叶片内部方向移动，与齿条422相连接的扑翼51向叶片内部收缩，使扑翼51后端收缩至叶片后缘33处。此时，叶片的弦长与未增加扑翼的叶片弦长(弦长是指从叶片前缘32到叶片后缘33的距离)相同，叶片表面未出现流动分离现象。
叶片继续旋转，当检测仪检测到叶片开始处于大攻角的情况时，为避免叶片表面出现流动分离现象，把信息传递到控制器，控制器就会发出指令给给驱动单元40的电机，使其逆时针转动。此时，逆时针旋转的电机将带动齿条422向叶片后缘33方向移动，与齿条422相连的扑翼51头端向外伸长。此时，从后缘33处向外延伸的扑翼51相当于增加了叶片弦长，使叶片表面避免在大攻角情况下出现流动分离现象。检测仪把检测到的攻角变化传递到控制器，控制器根据叶片攻角的大小对电机发出指令，带动齿轮421转动，驱动齿条422移动，从而适当的调节扑翼51的伸缩量，保证叶片表面一直不出现流动分离现象。
图4无扑翼叶片仿真流线图
图5带扑翼叶片仿真流线图
下面为了说明本发明所提供的带可调扑翼的叶片对消弱叶片流动分离现象 的效果，使用计算机计算模拟了在不同攻角大小下，带可调扑翼的叶片和普通的无可调扑翼叶片的空气流动流线。
如图4，5所示，分别表示在16度和18度攻角情况下，扑翼可调式叶片(图5)和普通的无可调扑翼叶片(图4)的空气中流动的流线图，很明显的可以观察到，本发明提供的带可调扑翼的叶片叶片表面几乎没有流动分离现象，而普通的无可调扑翼叶片的叶片表面流动分离现象十分明显。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的扑翼可调式叶片，由于在一般叶片上设置有扑翼组件，其可伸缩的安装在叶片主体上，可以实现扑翼的伸缩控制，影响叶片在工作时的气体流动情况，从而减少风力机叶轮的叶片表面产生流动分离的情况发生，提高风力机的风能转换效率。所使用的扑翼和驱动单元结构简单，适合于大型叶片安装使用。
同时使用的检测和控制单元，具有自动检测攻角大小并控制驱动单元调整扑翼伸缩的功能，使得使用时根据工作情况自行调节适应，同时使用的。
以上仅为本发明的较佳实施方式而已，并非用来限定本发明的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的思路和范围内，当可作各种的更动与变通，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所界定范围为准。

Claims (8)

1.一种扑翼可调式叶片，包括叶尖、叶片根部以及位于二者之间的叶片主体，所述叶片通过所述叶片根部安装在风力机风轮上，其特征在于，还包括：
扑翼组件，可伸缩的安装在所述叶片主体上，包括至少一个扑翼；
驱动单元，位于所述叶片主体内部，和所述扑翼组件连接，用于驱动所述扑翼组件的伸缩。
2.如权利要求1所述的扑翼可调式叶片，其特征在于：
所述叶片主体具有空腔，所述驱动单元位于所述叶片主体空腔内。
3.如权利要求1所述的扑翼可调式叶片，其特征在于还包括：
检测和控制单元，包括：
监测仪，位于所述叶片主体空腔内，用于检测叶片工作时所处的攻角大小；
控制器，位于所述叶片主体空腔内，同所述检测仪相连，用于根据所述监测仪测得的攻角数据控制所述驱动装置的启停。
4.如权利要求1所述的扑翼可调式叶片，其特征在于：
其中，所述驱动单元包括电机、转轴以及至少一组齿轮齿条组件，
所述电机位于所述叶片根部，和所述转轴连接，所述转轴和所述齿轮齿条组件的一端连接，所述齿轮齿条组件的另一端和所述扑翼的尾端连接，
所述电机带动所述转轴转动，进而带动所述齿轮齿条组件运动，用于所述扑翼的伸缩。
5.如权利要求4所述的扑翼可调式叶片，其特征在于：
所述齿轮齿条组件，包括两个齿轮以及位于所述两个齿轮之间且
和所述齿轮相啮合的齿条，所述齿条的一端和所述两个齿轮相啮合，另一端和所述扑翼的尾端连接，所述两个齿轮分别和所述转轴连接，在所述转轴的带动下转动，
当两个所述齿轮均逆时针转动时，所述齿条在两个齿轮的带动下驱动所述扑翼的伸长；
当两个所述齿轮均顺时针转动时，所述齿条在两个齿轮的带动下驱动所述扑翼的缩短。
6.如权利要求4所述的扑翼可调式叶片，其特征在于：
所述齿轮齿条组件为3组，分别位于所述扑翼尾端的两端以及中间位置。
7.如权利要求4所述的扑翼可调式叶片，其特征在于：
其中，所述齿条与所述扑翼尾端相连的方式为螺栓连接。
8.如权利要求4所述的扑翼可调式叶片，其特征在于：
其中，所述齿轮为直齿轮。
CN201510386565.2A 2015-06-30 2015-06-30 扑翼可调式叶片 Pending CN104989591A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510386565.2A CN104989591A (zh) 2015-06-30 2015-06-30 扑翼可调式叶片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510386565.2A CN104989591A (zh) 2015-06-30 2015-06-30 扑翼可调式叶片

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104989591A true CN104989591A (zh) 2015-10-21

Family

ID=54301455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510386565.2A Pending CN104989591A (zh) 2015-06-30 2015-06-30 扑翼可调式叶片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104989591A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108298062A (zh) * 2018-01-15 2018-07-20 上海理工大学 可自动约束的自适应襟翼
CN108590978A (zh) * 2018-04-09 2018-09-28 方高健 一种可收缩的风力发电塔
CN109555642A (zh) * 2019-01-09 2019-04-02 沈阳航空航天大学 一种膜片启动增阻式水平轴风力机叶片
WO2020260485A1 (de) * 2019-06-27 2020-12-30 Wobben Properties Gmbh Rotor für eine windenergieanlage, windenergieanlage und zugehöriges verfahren
CN112874781A (zh) * 2021-02-08 2021-06-01 哈尔滨工业大学 一种仿蝙蝠扑翼飞行器的翅膀拍动机构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3129769A (en) * 1962-09-21 1964-04-21 Kaman Aircraft Corp Fail safe device for servo flap controlled rotor blades
JP2005248935A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Haruo Fujiwara 風力発電用の風車
JP2007146851A (ja) * 2007-01-10 2007-06-14 Seabell International Co Ltd 風力発電用の風車及び風力発電装置
US20090028705A1 (en) * 2007-06-22 2009-01-29 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Wind turbine blade with deflectable flaps
US20120141269A1 (en) * 2011-09-09 2012-06-07 General Electric Company Extension for rotor blade in wind turbine
CN102734083A (zh) * 2012-05-16 2012-10-17 东南大学 一种可抗强风的风力发电机桨叶
KR20130024612A (ko) * 2011-08-31 2013-03-08 대우조선해양 주식회사 풍력 발전기용 가변형 블레이드

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3129769A (en) * 1962-09-21 1964-04-21 Kaman Aircraft Corp Fail safe device for servo flap controlled rotor blades
JP2005248935A (ja) * 2004-03-03 2005-09-15 Haruo Fujiwara 風力発電用の風車
JP2007146851A (ja) * 2007-01-10 2007-06-14 Seabell International Co Ltd 風力発電用の風車及び風力発電装置
US20090028705A1 (en) * 2007-06-22 2009-01-29 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Wind turbine blade with deflectable flaps
KR20130024612A (ko) * 2011-08-31 2013-03-08 대우조선해양 주식회사 풍력 발전기용 가변형 블레이드
US20120141269A1 (en) * 2011-09-09 2012-06-07 General Electric Company Extension for rotor blade in wind turbine
CN102734083A (zh) * 2012-05-16 2012-10-17 东南大学 一种可抗强风的风力发电机桨叶

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108298062A (zh) * 2018-01-15 2018-07-20 上海理工大学 可自动约束的自适应襟翼
CN108298062B (zh) * 2018-01-15 2021-03-12 上海理工大学 可自动约束的自适应襟翼
CN108590978A (zh) * 2018-04-09 2018-09-28 方高健 一种可收缩的风力发电塔
CN108590978B (zh) * 2018-04-09 2019-07-09 青岛昂吉利钢构有限公司 一种可收缩的风力发电塔
CN109555642A (zh) * 2019-01-09 2019-04-02 沈阳航空航天大学 一种膜片启动增阻式水平轴风力机叶片
WO2020260485A1 (de) * 2019-06-27 2020-12-30 Wobben Properties Gmbh Rotor für eine windenergieanlage, windenergieanlage und zugehöriges verfahren
CN112874781A (zh) * 2021-02-08 2021-06-01 哈尔滨工业大学 一种仿蝙蝠扑翼飞行器的翅膀拍动机构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104989591A (zh) 扑翼可调式叶片
US7581926B1 (en) Servo-controlled extender mechanism for extendable rotor blades for power generating wind and ocean current turbines
CN104314757B (zh) 一种风力发电机组偏航控制方法及系统
US10024300B2 (en) Turbine blades and systems with forward blowing slots
AU2007278980B2 (en) Retractable rotor blade structure
US20120020803A1 (en) Turbine blades, systems and methods
CN110094302B (zh) 一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机
CN108457795B (zh) 自动变桨和失能保护的风力发电机风轮
CN202991352U (zh) 叶片自动调控的升阻结合型垂直轴风力发电机
WO2014006542A2 (en) Turbine arrangement
RU2392490C1 (ru) Ветросиловая установка (всу) карусельного типа с циклично плавно крутящимися, в противофазе ротору, симметричными лопастями
CN104234929A (zh) 一种控制风力机叶片载荷与变形的装置
CN203770017U (zh) 水平轴风力发电机门扇形叶片及可伸缩风轮
CN102996367A (zh) 一种风力机叶片可动小翼装置
EP3667082A1 (en) Wind turbine blade flow regulation
CN204548496U (zh) 涵道动力装置及飞行器
CN104929858A (zh) 一种直齿条式风轮叶片调节机构
CN201874748U (zh) 风力发电机离心式调速变桨距机构
CN209818209U (zh) 一种风力发电机组的变桨系统
CN204310041U (zh) 共轴直升机电控变桨距结构
CN202545314U (zh) 用于矿井风机的齿轮齿条式动叶调节装置
CN106401867B (zh) 叶片、叶轮及风力发电机组
CN104192296B (zh) 可变大倾角的平移式平直翼增升装置
CN115419612A (zh) 一种轴流风机的自动变桨叶装置
CN210371018U (zh) 一种用于大型垂直轴风力机的横撑装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151021