CN201436385U - 风力发动机叶片 - Google Patents

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杰拉尔德·安格尔
詹姆斯·E·史密斯
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Abstract

本实用新型公开了一种风力发动机叶片，包括外表面，位于外表面内的内部空腔，其中所述外表面上沿翼展方向设置有与内部空腔连通的狭槽。由于在叶片上开设狭槽，在靠近叶片翼型前缘的部分吸入空气，可以使附面层向后移，从而使附面层分离点后移，提高升力，在靠近翼型尾缘的部分吹出空气，以吹出的层流空气取代附面层分离后产生的湍流，使分离点后移，从而也可以提高升力；因此可以变相提高非变桨型风力发动机捕捉风能的效率。

Description

风力发动机叶片
技术领域
本实用新型涉及一种风力发动机，特别涉及一种垂直轴风力发动机的叶片。
背景技术
传统的垂直轴风力发动机分两种，一种是变桨型风力发动机，一种是非变桨型风力发动机，其中非变桨型风力发动机相对变桨型风力发动机来说，捕捉风能的效率要大大降低，因为通过变桨可以使风力发动机的叶片相对风速始终维持在最佳的攻角范围之内，从而能更高效率的利用风能。但是，变桨型风力发动机中叶片和叶片支撑架之间由于加入了变桨装置，使得叶片和支撑架变成了活动连接，这种连接通常采用铰链连接，而风力发动机的工况非常复杂，有时会面临非常恶劣的台风，这种铰链连接很难承受由此带来的巨大载荷，因此变桨机构的可靠性大大降低，而且很容易产生叶片断下的后果，使风力发动机的寿命大大降低。因此在考虑如何能提高风能利用效率的同时，又能保证风力发动机的使用寿命成为当下一个重要的课题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型的非变桨型风力发动机的叶片，它所采用的技术方案是：一种风力发动机叶片，包括外表面，位于外表面内的内部空腔，其中所述外表面上沿翼展方向设置有与内部空腔连通的狭槽。
本实用新型更进一步的技术特征是：
所述狭槽位于叶片的前缘；
所述狭槽位于叶片的后缘；
所述狭槽位于叶片的前缘和后缘；
所述狭槽位于叶片的上下表面；
所述狭槽位于叶片的前缘、后缘和叶片上下表面；
所述叶片的上下表面在与狭槽垂直的方向上设置有翼刀；
所述狭槽内设置有用来控制气流的气流控制件；
所述内部空腔中设置有用来控制通过狭槽的气流的气流控制件。
本实用新型的有益效果是：
根据空气动力学理论，空气在流过翼型时，在翼型表面有附面层，由于逆压梯度的存在，附面层无法在整个弦长上紧贴翼型表面，在叶片靠近尾缘的部分会出现附面层分离，在分离点处转捩，并在下游产生湍流，湍流会减小升力、增大阻力，从而影响风能的利用效率。本实用新型通过在叶片上开设狭槽，在靠近叶片翼型前缘的部分吸入空气，可以使附面层向后移，从而使附面层分离点后移，提高升力，也可以在靠近翼型尾缘的部分吹出空气，以吹出的层流空气取代附面层分离后产生的湍流，使分离点后移，从而也可以提高升力、减小阻力，提高升力可以增大风能捕捉系数，这样就可以变相提高非变桨型风力发动机捕捉风能的效率，达到与变桨型风机变桨相同的效果，也可以反过来使叶片前缘的狭槽在气流控制件的控制下吹出空气而靠近叶片翼型后缘的狭槽吸入空气，从而使附面层分离点前移，减小升力，用于刹车或者在大风情况下保护机组，而且由于并未加入类似变桨装置的机构，叶片和叶片支撑架之间仍采用固定连接，因此抗载荷能力依然保持很强。为了更好地控制风机捕捉风能的能力，进一步技术特征中提到还可以在狭槽中设置控制气流的气流控制件或在内部空腔中设置用来控制通过狭槽的气流的气流控制件。该气流控制件可以通过智能操控系统来指挥运行，使特定的狭槽按照理想设置吹出或吸入空气，从而改变叶片周围的流场，进而改变叶片的空气动力载荷。而且该智能操控系统可以安装在叶片内部，所受载荷小，所以可靠性更高。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的立体图；
图2是图1所示实施例的A-A方向剖视图；
图3是本实用新型中所述气流控制件的第一实施例结构示意图；
图4是本实用新型中所述气流控制件的第二实施例结构示意图；
图5是本实用新型中所述气流控制件设置在叶片内部空腔中的一个实施例的剖视图；
图6是本实用新型另一实施例的立体图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的说明：
图1是本实用新型一实施例立体图，图2是图1所示实施例的A-A方向剖视图，在本实施例中，风力发动机叶片包括外表面1，位于外表面内的内部空腔2，其中所述叶片上下表面101、102沿翼展方向设置有与内部空腔2连通的狭槽3。
所述狭槽3还可以设置在叶片的前缘。
所述狭槽3还可以设置在叶片的后缘。
所述狭槽3还可以设置在叶片的前缘和后缘。
所述狭槽3还可以设置在叶片的前缘、后缘和叶片上下表面101、102。
为了更好地控制风机捕捉风能的能力，所述狭槽3内可以设置有用来控制气流的气流控制件4，也可以在所述内部空腔2中设置用来控制通过狭槽的气流的气流控制件4。为方便作图，图1、图2中未示。
图3是本实用新型中所述气流控制件4的第一实施例的结构示意图，它是一个带有中心沟槽并能在狭槽内转动的转动件，转动件4还可以被分成多个单个元件置于狭槽3中，每个元件可以被分开单独控制，也可以选择性地连在一起控制。转动件4绕其中心轴转动，中心沟槽连通外部空气和叶片内部空腔，在转动过程中中心沟槽可以使内外气体全部畅通、部分畅通或完全封闭，从而控制气体流量以及流速。
图4是实用新型中所述气流控制件4的第二实施例的结构示意图，他由两层多孔板组成，其工作原理类似滑板窗，其中一个相对另一个移动可以改变通过其中通孔的气体流量以及流速。
图5是本实用新型中在内部空腔中设置控制通过狭槽的气流的气流控制件的实施例的剖视图，在本实施例中，内部空腔被分成201、202、203三部分，其中空腔201和202之间、空腔202和203之间均设置有阀门401，并且在所述空腔202中设置有气泵402，气泵402和阀门401协作可以控制靠近叶片翼型前缘的狭槽301吸气、同时靠近叶片翼型后缘的狭槽302吹气，从而增大升力，也可以反过来控制靠近叶片翼型前缘的狭槽301吹气、同时靠近叶片翼型后缘的狭槽302吸气从而减小升力，用于刹车或者在大风情况下保护机组。本实施例中阀门401和气泵402共同组成气流控制件4。
图6是本实用新型另一实施例的立体图，在本实施例中上下表面均设置有狭槽3，并且为了减弱沿翼展方向上不同狭槽3吹风时相互之间的影响，在叶片的上下表面并与狭槽3垂直的方向上设置有翼刀5。
本实用新型的气流控制件4并不局限于以上两种，任何本领域普通技术人员所能知道的可以控制气体流量以及流速的装置均可采用。而且本实用新型狭槽3及气流控制件4的设置也不局限于附图中所示的实施例，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种风力发动机叶片，包括外表面，位于外表面内的内部空腔，其特征在于：外表面上沿翼展方向设置有与内部空腔连通的狭槽。
2.如权利要求1所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述狭槽位于叶片的前缘。
3.如权利要求1所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述狭槽位于叶片的后缘。
4.如权利要求1所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述狭槽位于叶片的前缘和后缘。
5.如权利要求1所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述狭槽位于叶片的上下表面。
6.如权利要求5所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述叶片的上下表面在与狭槽垂直的方向上设置有翼刀。
7.如权利要求1所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述狭槽位于叶片的前缘、后缘和叶片上下表面。
8.如权利要求7所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述叶片的上下表面在与狭槽垂直的方向上设置有翼刀。
9.如权利要求1-8任一权利要求所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述狭槽内设置有用来控制气流的气流控制件。
10.如权利要求1-8任一权利要求所述的风力发动机叶片，其特征在于：所述内部空腔中设置有用来控制通过狭槽的气流的气流控制件。
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