CN114576087A - 前叶片、风轮组件以及双风轮发电装置 - Google Patents

前叶片、风轮组件以及双风轮发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叶片、风轮组件以及双风轮发电装置，所述前叶片包括依次连接的内段叶展、中段叶展以及外段叶展，所述中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，并且沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，所述前叶片的弦线与所述前叶片的旋转面的夹角逐渐增加。本发明的双风轮发电装置具有发电效率高、可紧凑布置、节约用地的优点。

Description

前叶片、风轮组件以及双风轮发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种前叶片、风轮组件以及双风轮发电装置。
背景技术
叶片是风力发电装置中最基础和最关键的部件，叶片的设计、质量以及性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。由于叶片需要在恶劣的环境中长期不停地运转，因此，通常都会要求叶片具有密度轻且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负载的考验，另外，叶片的弹性、旋转时的惯性、振动频率特性以及其材料都必须得到有效的保证，从而能够保证运转时的稳定性以及减小风阻。
虽然现有技术的双风轮发电装置具有清洁、环境效益好、可再生、基建周期短、装机规模灵活等优点，但是，由于现有的双风轮发电装置的叶片设计还存在问题，因此导致现有的双风轮发电装置还存在发电效率低、占地面积广、不稳定的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种前叶片、风轮组件以及双风轮发电装置，该前叶片用于双风轮发电装置的前风轮，能够使得双风轮发电装置提高发电效率以及稳定性。
根据本发明实施例的前叶片，所述前叶片包括依次连接的内段叶展、中段叶展以及外段叶展，所述中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，并且沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，所述前叶片的弦线与所述前叶片的旋转面的夹角逐渐增加。
可选的，所述内段叶展的弦长与所述中段叶展的弦长相同。
可选的，所述中段叶展与所述外段叶展之间为平滑曲线过渡。
通过上述技术方案，由于所述前叶片的中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，使得所述前叶片在转动过程中所受到的阻力减小，从而提高前叶片的转动速度，另一方面，由于沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，所述前叶片的弦线与所述前叶片的旋转面的夹角逐渐增加，即，该前叶片的扭角逐渐增加，这使得从该前叶片流过的气流会被前叶片的扭角带动而减少能量损耗，因此，当该前叶片应用于双风轮发电装置的前风轮时，其能够最大程度地保证流过前风轮的气流的动能损耗较少，从而有足够的动能带动后风轮旋转。因此，当双风轮发电装置将本发明的前叶片应用于前风轮时，能够在保证前风轮转速的情况下提高后风轮的转速，从而提高发电效率以及发电稳定性。
本发明还提供一种风轮组件，所述风轮组件包括前风轮和后风轮；所述前风轮包括上述的多个前叶片；所述后风轮包括多个后叶片，所述后叶片的内段叶展的最大弦长大于所述前叶片的内段叶展的最大弦长。
可选的，所述后叶片的内段叶展的纵截面呈隆起的曲线形，所述后叶片的内段叶展的最小弦长分别大于所述后叶片的中段叶展、外段叶展的最大弦长。
可选的，所述后叶片的内段叶展的最大弦长为所述前叶片的内段叶展的最大弦长的1.5至2倍。
可选的，沿内段叶展至外段叶展的方向，所述前叶片的厚度逐渐减小；和/或，沿内段叶展至外段叶展的方向，所述后叶片的厚度逐渐减小。
可选的，所述前叶片的内段叶展的相对厚度D/L为50％的位置在距离叶片根部15％至17％处，所述前叶片的内段叶展的相对厚度D/L为40％的位置在距离叶片根部19％至21％处，所述前叶片的内段叶展的相对厚度D/L为35％的位置在距离叶片根部23％至25％处，其中，D为叶片的厚度，L为叶片的弦长。
可选的，所述前叶片的外段叶展的相对厚度D/L为25％的位置在距离叶片根部52％至54％处，所述前叶片的外段叶展的相对厚度D/L为21％的位置在距离叶片根部66％至72％处，所述前叶片的外段叶展的相对厚度D/L为15％的位置在叶片的末端。
可选的，所述后叶片的内段叶展的最小弦长大于所述后叶片的外段叶展的最大弦长。
可选的，所述后叶片的内段叶展的最大弦长处位于该叶片从叶根起整体展长的30％至45％处。
可选的，所述后叶片的展长为所述前叶片的展长的70％至90％。
可选的，所述前风轮和所述后风轮的间距为所述前风轮直径的0.25倍。
本发明还提供一种双风轮发电装置，所述双风轮发电装置包括发电机和上述的风轮组件，所述前风轮和所述后风轮均与所述发电机传动连接。
通过上述技术方案，由于双风轮发电装置的风轮组件包括同轴设置的前风轮和后风轮，所述前风轮和所述后风轮能够同时被风力驱动而旋转，当所述前风轮旋转时，其驱动与之连接第一转轴旋转，带动双轴电机中的第一转子转动进行发电，当所述后风轮旋转时，其驱动与之连接第二转轴旋转，带动双轴电机中的第二转子转动进行发电，因此当上述的前风轮和后风轮同时转动时，双轴电机的第一转子和第二转子同时转动进行发电，提高了发电量，并且由于前风轮和后风轮能够共同设置在同一个双风轮发电装置的支柱上，因此能够极大地减少双风轮发电装置的数量，使得风力发电所需面积减小。
在本发明中，由于所述前叶片的中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，使得所述前叶片在转动过程中所受到的阻力减小，从而提高前叶片的转动速度，另一方面，由于沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，前叶片的扭角逐渐增加，这使得从该前叶片流过的气流会被前叶片的扭角带动而减少能量损耗，最大程度地保证流过前风轮的气流的动能损耗较少，从而有足够的动能带动后风轮旋转。因此，双风轮发电装置将本发明的前叶片应用于前风轮时，能够在保证前风轮转速的情况下提高后风轮的转速，从而提高发电效率以及发电稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明的双风轮发电装置的一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明的前叶片的一种实施方式的示意图。
附图标记：
100-前风轮，101-前叶片，200-后风轮，201-后风轮，
D-叶片的厚度，L-叶片的展长
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本发明的所述前叶片包括依次连接的内段叶展、中段叶展以及外段叶展，所述中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，并且沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，所述前叶片的弦线与所述前叶片的旋转面的夹角逐渐增加。
在本发明中，由于所述前叶片101的中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，使得所述前叶片101在转动过程中所受到的阻力减小，从而提高前叶片101的转动速度，另一方面，由于沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，所述前叶片101的弦线与所述前叶片101的旋转面的夹角逐渐增加，即，该前叶片101的扭角逐渐增加，这使得从该前叶片101流过的气流会被前叶片101的扭角带动而减少能量损耗，因此，当该前叶片101应用于双风轮发电装置的前风轮时，其能够最大程度地保证流过前风轮的气流的动能损耗较少，从而有足够的动能带动后风轮旋转。因此，当双风轮发电装置将本发明的前叶片101应用于前风轮时，能够在保证前风轮转速的情况下提高后风轮的转速，从而提高发电效率以及发电稳定性。
为了使气流在流经内段叶展和中段叶展时所损耗的能量尽可能地减少，在本发明的一种实施方式中，将前叶片101设置为：所述内段叶展的弦长与所述中段叶展的弦长相同。由于内段叶展和所述中段叶展采用相同的弦长，使得气流在流经内段叶展和中段叶展时尽可能地减少沿叶片叶展方向的流动，也就是说，气流在流经内段叶展和中段叶展时，能够被引导，以更加高效地沿叶片的厚度方向流动，即，向后叶片的方向流动，从而使得后叶片能够接收到更多的气流。
同样的，为了进一步降低气流在流经中段叶展和外段叶展时所损耗的能量，在本发明的一种实施方式中，所述中段叶展与所述外段叶展之间为平滑曲线过渡。
本发明还提供一种风轮组件，所述风轮组件包括前风轮100和后风轮200；所述前风轮100包括上述的多个前叶片101；所述后风轮200包括多个后叶片201，所述后叶片201的内段叶展的最大弦长大于所述前叶片101的内段叶展的最大弦长。由于后叶片201的内段叶展的最大弦长大于所述前叶片101的内段叶展的最大弦长，因此当气流流经前风轮100时，一部分未能与前叶片101的内段叶展所接触的气流可以直接流向后风轮200，从而提高前风轮100和后风轮200组合发电的效率。
为了提高后叶片201的机械强度，在本发明的一种实施方式中，可选的，所述后叶片201的内段叶展的纵截面呈隆起的曲线形，所述后叶片201的内段叶展的最小弦长分别大于所述后叶片201的中段叶展、外段叶展的最大弦长。这种方式能够使得后叶片201的根部具有较长的弦长，从而保证根部的机械强度，防止发生弯曲、折断。
可选的，所述后叶片的内段叶展的最大弦长为所述前叶片101的内段叶展的最大弦长的1.5至2倍，优选地，后叶片的内段叶展的最大弦长为所述前叶片101的内段叶展的最大弦长的1.7倍。这样既能够保证前风轮100的转动速度，又能够保证后风轮200接触到足够的气流，从而进一步优化前风轮100和后风轮200的组合效率。
为了降低叶片的重量，提高叶片的转动效率，在本发明的一种实施方式中，沿内段叶展至外段叶展的方向，前叶片101的厚度逐渐减小，同样的，沿内段叶展至外段叶展的方向，后叶片201的厚度也逐渐减小。借助于逐渐减小的厚度，叶片的重量得以有效地降低，并且，叶片的根部(即内段叶展的最大厚度部位)具有一定的厚度以防止叶片发生弯折、断裂。
为了提高后风轮200的转动速度，在本发明的一种实施方式中，前叶片101的内段叶展的相对厚度D/L为50％的位置在距离叶片根部15％至17％处，前叶片101的内段叶展的相对厚度D/L为40％的位置在距离叶片根部19％至21％处，前叶片101的内段叶展的相对厚度D/L为35％的位置在距离叶片根部23％至25％处，其中，D为叶片的厚度，L为叶片的弦长。这样设置使得内段叶展的相对厚度的变化速率较快，进一步减少内段叶展给气流造成的能量衰减，从而给后风轮200更多的气流以提高其转速。
另一方面，也可以对前叶片101的外段叶展进行设计，例如，前叶片101的外段叶展的相对厚度D/L为25％的位置在距离叶片根部52％至54％处，前叶片101的外段叶展的相对厚度D/L为21％的位置在距离叶片根部66％至72％处，前叶片101的外段叶展的相对厚度D/L为15％的位置在叶片的末端。这样设置使得前叶片101的外段叶展的相对厚度的变化速率较慢，进一步提高外段叶展与气流的接触时间，从而增加前风轮100的转速。
为了进一步提高后叶片201的机械强度，在本发明的一种实施方式中，所述后叶片201的内段叶展的最小弦长大于所述后叶片201的外段叶展的最大弦长。
应当理解的是，后叶片201的内段叶展具有最大弦长处，该最大弦长处可以位于内段叶展的任意位置，例如，该最大弦长处可以位于内段叶展的起始端，也就是说，该最大弦长处可以位于整个叶片的根部。在本发明的一种实施方式中，后叶片101的内段叶展的最大弦长处位于该叶片从叶根位置起整体展长的20％至30％处，优选地，后叶片101的内段叶展的最大弦长处位于该叶片从叶根位置起整体展长的30％处。
由于前风轮100首先与气流接触，因此，前风轮100对于气流动能的利用率最大，为此，在本发明的一种实施方式中，将前风轮100设计成比后风轮200更大的形式，例如，后叶片201展长为前叶片101展长的70％至90％，优选地，后叶片201展长为前叶片101展长的80％。
进一步的，在本发明的一种实施方式中，前风轮100和后风轮200的间距为前风轮100直径的0.25倍。在该范围内，能够满足前后风轮的安装要求，且前后风轮的相互干扰较小，提高风能的利用率。
本发明还提供一种双风轮发电装置，所述双风轮发电装置包括发电机和上述的风轮组件，前风轮100和后风轮200均与发电机传动连接。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“展长”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种前叶片，其特征在于，所述前叶片包括依次连接的内段叶展、中段叶展以及外段叶展，所述中段叶展的弦长到所述外段叶展的弦长逐渐减小，并且沿所述内段叶展到所述外段叶展的方向，所述前叶片的弦线与所述前叶片的旋转面的夹角逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的前叶片，其特征在于，所述内段叶展的弦长与所述中段叶展的弦长相同。
3.根据权利要求1或2所述的前叶片，其特征在于，所述中段叶展与所述外段叶展之间为平滑曲线过渡。
4.一种风轮组件，其特征在于，所述风轮组件包括前风轮(100)和后风轮(200)；
所述前风轮(100)包括多个如权利要求1-3中任意一项的所述前叶片(101)；
所述后风轮(200)包括多个后叶片(201)，所述后叶片(201)的内段叶展的最大弦长大于所述前叶片(101)的内段叶展的最大弦长。
5.根据权利要求4所述的风轮组件，其特征在于，所述后叶片(201)的内段叶展的纵截面呈隆起的曲线形，所述后叶片(201)的内段叶展的最小弦长分别大于所述后叶片(201)的中段叶展、外段叶展的最大弦长。
6.根据权利要求5所述的风轮组件，其特征在于，所述后叶片(201)的内段叶展的最大弦长为所述前叶片(101)的内段叶展的最大弦长的1.5至2倍。
7.根据权利要求5所述的风轮组件，其特征在于，沿内段叶展至外段叶展的方向，所述前叶片(101)的厚度逐渐减小；和/或，沿内段叶展至外段叶展的方向，所述后叶片(201)的厚度逐渐减小。
8.根据权利要求4所述的风轮组件，其特征在于，所述前叶片(101)的内段叶展的相对厚度D/L为50％的位置在距离叶片根部15％至17％处，所述前叶片(101)的内段叶展的相对厚度D/L为40％的位置在距离叶片根部19％至21％处，所述前叶片(101)的内段叶展的相对厚度D/L为35％的位置在距离叶片根部23％至25％处，其中，D为叶片的厚度，L为叶片的弦长。
9.根据权利要求8所述的风轮组件，其特征在于，所述前叶片(101)的外段叶展的相对厚度D/L为25％的位置在距离叶片根部52％至54％处，所述前叶片(101)的外段叶展的相对厚度D/L为21％的位置在距离叶片根部66％至72％处，所述前叶片(101)的外段叶展的相对厚度D/L为15％的位置在叶片的末端。
10.根据权利要求4所述的风轮组件，其特征在于，所述后叶片(201)的内段叶展的最小弦长大于所述后叶片(201)的外段叶展的最大弦长。
11.根据权利要求10所述的风轮组件，其特征在于，所述后叶片(201)的内段叶展的最大弦长处位于该叶片从叶根起整体展长的30％至45％处。
12.根据权利要求4所述的风轮组件，其特征在于，所述后叶片(201)的展长为所述前叶片(101)的展长的70％至90％。
13.根据权利要求4-12中任意一项所述的风轮组件，其特征在于，所述前风轮(100)和所述后风轮(200)的间距为所述前风轮(100)直径的0.25倍。
14.一种双风轮发电装置，其特征在于，所述双风轮发电装置包括发电机和如权利要求4-13中任意一项所述的风轮组件，所述前风轮(100)和所述后风轮(200)均与所述发电机传动连接。
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