CN109779830A - 一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片 - Google Patents

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朱建勇
李国文
张瑞清
周瑞鸿
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Abstract

一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，包括叶片主体部分及叶片前缘部分；在叶片主体部分内部开设有若干条滑道孔，滑道孔与叶片弦长方向相平行，若干条滑道孔在叶片展长方向上均匀分布；在滑道孔内安装有滑块，滑块内端与滑道孔孔底之间连接有弹簧，滑块外端固连有一根传力杆，叶片前缘部分与传力杆外端相固连；在风力机启动阶段，叶片前缘部分与叶片主体部分处于分离状态，弹簧处于伸展状态；在风力机启动后的运行阶段，叶片前缘部分与叶片主体部分处于合并状态，所述弹簧处于压缩状态。本方案的前缘自适应变形叶片能够应用在各种型式的升力型风力机上，能够明显提升风力机启动性能，保证风力机在启动后的运行阶段拥有较高的功率输出。

Description

一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片。
背景技术
目前，能源紧缺和环境污染是已经成为威胁人类发展的两大主要问题，积极开发和利用新能源则是缓解上述问题的有效途径之一。风能作为一种可再生无污染的清洁能源，经过几十年的发展，风电技术现已成为发展和应用最成熟的技术之一。风力机是利用风能的主要设备，而风力机叶片气动性能的优劣直接影响风力机的输出功率。升力型风力机是依靠风力机叶片升力做功的风力机，主要结构型式包括水平轴风力机和垂直轴达里厄型风力机，也是应用较为广泛的两种风力机机型。
然而，升力型风力机普遍存在自启动困难的技术难题，尤其在低风速环境下，自启动困难更加明显。大型升力型风力机尚可采用电动机驱动或者变桨技术促使风力机启动，但是对于小型升力型风力机来说，出于节约成本的角度，叶片通常为定桨距安装。小型升力型风力机完全依赖叶片自身所产生的气动扭矩进行启动，而小型升力型风力机较低的工作雷诺数是导致叶片气动性能恶化的主要因素，其产生的较小气动扭矩将不足以使风力机启动。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，能够应用在各种型式的升力型风力机上，在风力机启动阶段，能够明显提升风力机的启动性能，并保证风力机在启动后的运行阶段拥有较高的功率输出。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，包括叶片主体部分及叶片前缘部分；在所述叶片主体部分内部开设有若干条滑道孔，滑道孔与叶片弦长方向相平行，若干条滑道孔在叶片展长方向上均匀分布；在所述滑道孔内安装有滑块，滑块内端与滑道孔孔底之间连接有弹簧，滑块外端固连有一根传力杆，所述叶片前缘部分与传力杆外端相固连。
在风力机启动阶段，所述叶片前缘部分与叶片主体部分处于分离状态，所述弹簧处于伸展状态。
在风力机启动后的运行阶段，所述叶片前缘部分与叶片主体部分处于合并状态，所述弹簧处于压缩状态。
本发明的有益效果：
本发明的可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，能够应用在各种型式的升力型风力机上，在风力机启动阶段，能够明显提升风力机的启动性能，并保证风力机在启动后的运行阶段拥有较高的功率输出。
附图说明
图1为本发明的一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片的结构示意图；
图2为图1中A向视图(风力机启动阶段)；
图3为图1中A向视图(风力机启动后的运行阶段)；
图中，1—叶片主体部分，2—叶片前缘部分，3—滑道孔，4—滑块，5—弹簧，6—传力杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，包括叶片主体部分1及叶片前缘部分2；在所述叶片主体部分1内部开设有若干条滑道孔3，滑道孔3与叶片弦长方向相平行，若干条滑道孔3在叶片展长方向上均匀分布；在所述滑道孔3内安装有滑块4，滑块4内端与滑道孔3孔底之间连接有弹簧5，滑块4外端固连有一根传力杆6，所述叶片前缘部分2与传力杆6外端相固连。
在风力机启动阶段，所述叶片前缘部分2与叶片主体部分1处于分离状态，所述弹簧5处于伸展状态。
在风力机启动后的运行阶段，所述叶片前缘部分2与叶片主体部分1处于合并状态，所述弹簧5处于压缩状态。
风力机的气动效率可以通过风能利用系数随着尖速比的变化曲线进行评价，其中，风能利用系数的计算公式为Cp＝2PM/ρAV3，尖速比的计算公式为λ＝wR/V，式中，PM＝2πnM/60，CP为风能利用系数，PM为风轮机械功率，ρ为空气密度，A为风轮扫掠面积，V为来流风速，λ为尖速比，w为风轮旋转角度速，R为风轮旋转半径，n为风轮转速，M为风轮轴扭矩。
在叶片处于初始状态时，弹簧5处于伸展状态，传力杆6处于外伸状态，从而使叶片前缘部分2与叶片主体部分1之间产生一定的间隙，此时相当于增大了叶片的有效弦长和受力面积，由于叶片前缘部分2与叶片主体部分1之间存在间隙，使得气流从叶片的压力面流向吸力面时，会对叶片吸力面的流动产生有利的干扰。
在风力机启动阶段，由于初始状态的叶片在有效弦长上处于增大状态，能够有效缩短风力机的启动时间，进而有效提高风力机的启动性能。
当风力机启动后，风力机转速逐渐增大，此时的叶片前缘部分2受到的压力也逐渐增大，而叶片前缘部分2受到的压力将依次通过传力杆6及滑块4传递给弹簧5，并迫使弹簧5产生压缩趋势。
当叶片前缘部分2受到的压力超过弹簧5的弹簧力时，弹簧5将被逐渐压缩，直至叶片前缘部分2与叶片主体部分1之间的间隙消失，此时叶片前缘部分2与叶片主体部分1完成合并，叶片截面也变为了完整翼型，在此状态下，可以使风力机在启动后的运行阶段具有较高的功率输出。
风力机在从启动阶段转换到运行阶段的过程中，叶片的变形过程无需人为干涉，完全实现了自适应变形。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，其特征在于：包括叶片主体部分及叶片前缘部分；在所述叶片主体部分内部开设有若干条滑道孔，滑道孔与叶片弦长方向相平行，若干条滑道孔在叶片展长方向上均匀分布；在所述滑道孔内安装有滑块，滑块内端与滑道孔孔底之间连接有弹簧，滑块外端固连有一根传力杆，所述叶片前缘部分与传力杆外端相固连。
2.根据权利要求1所述的一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，其特征在于：在风力机启动阶段，所述叶片前缘部分与叶片主体部分处于分离状态，所述弹簧处于伸展状态。
3.根据权利要求1所述的一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片，其特征在于：在风力机启动后的运行阶段，所述叶片前缘部分与叶片主体部分处于合并状态，所述弹簧处于压缩状态。
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CN209621517U (zh) * 2019-03-14 2019-11-12 沈阳航空航天大学 一种可提高风力机启动性能的前缘自适应变形叶片

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