CN208885447U - 一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，涉及风力发电领域，其结构包括轮毂和叶片，该叶片包括叶片平面板、张力板和上平面板等，且叶片平面板的迎风面既与风向垂直，又与叶片的旋转平面平行，则按照流体力学概念，可利用气流冲击而在迎风面上形成风压强和对四周的空气张力；同时，张力板和上平面板采用无缝结构一体连接在叶片平面板迎风面运动方向的前边缘，从而利用张力板推动叶片单向运动，以实现风能到旋转机械能的转化，以及对空气压强的有效利用，并大幅度提高风电的转化效率和低风速时的发电量，上平面板还能减少叶片旋转时的空气阻力。改进后的叶片结构还具有制造简单、安装方便、成本低廉等优点。

Description

一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机叶片，具体是指一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片。

背景技术

通过风力发电机上安装的叶片，风能首先转化为旋转机械能，再通过发电机转化为电能。在风能到电能的转化过程中，叶片起到至关重要的作用，它的形状设计直接影响风力发电机的发电量与风电转化效率。目前，相对空气气流方向而言，水平轴式风力发电机叶片的迎风面均设有一定的倾角，业内人士称之为攻角，当空气气流冲击到有倾角的叶片后，叶片在气流的作用下，使叶片产生围绕水平轴旋转的切向圆周力，从而把风能转化为旋转机械能。利用倾角改变力的方向，是刚体力学概念，风是空间开放条件下的具有很好流动性的空气流体，从流体力学概念来讲，流体是通过压强传递动能，改变力的方向不需要设置倾角。另外，作为风能的空气气流是一种势能，把有一定势能的气流转变为动能，唯一的方法是使气流减速到停止，当气流完全停止运动，势能才能实现到动能的完全转化，达到动能能量的最大值。当气流冲击到设有倾角的叶片后，这时的气流实质是减速流过叶片，气流不能完全停止，叶片也不可能得到更大的动能，按伯努利风压方程：，计算风压的前提条件就是，阻挡气流的平面必须垂直于气流方向。

当前的水平轴风力发电机经过几十年的发展，现已是较成熟的发电机械，但通过上述对叶片倾角的分析，风电转化效率仍有较大的提高空间。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种利用气流冲击张力来推动叶轮旋转的风力发电机叶片。

一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，包括轮毂和多个以轮毂为中心圆周均布的叶片，所述的叶片包括叶片平面板，该叶片平面板的迎风面与风向垂直，又与叶片的旋转平面平行；所述的叶片平面板迎风面运动方向的前边缘设有无缝连接的张力板，该张力板的顶部设有向前延伸并平行于叶片平面板的上平面板。

所述的张力板为竖直张力板或斜面张力板。

所述的竖直张力板底边缘无缝垂直连接在叶片平面板迎风面的前边缘，竖直张力板顶边缘无缝垂直连接在上平面板的后边缘。

所述的斜面张力板底边缘无缝连接在叶片平面板迎风面的前边缘，斜面张力板顶边缘向外倾斜，并无缝连接在上平面板的后边缘。

所述的无缝连接在竖直张力板顶边缘的上平面板宽度大于无缝连接在斜面张力板顶边缘的上平面板宽度。

所述的叶片平面板迎风面的上边缘、下边缘和后边缘均为贯通设计。

所述的轮毂外围设有多根呈辐射状圆周均布的轮辐，该多根轮辐的外端设有均以轮毂为中心的内环轮辋和外环轮辋，所述的叶片固定安装在轮辐、内环轮辋和外环轮辋的三者连接之间、或内环轮辋和外环轮辋之间。

所述的叶片平面板为倒等腰梯形板，该倒等腰梯形板的长度方向与轮辐的延伸方向一致；所述的倒等腰梯形板两侧边为梯形斜边，并分别设为叶片平面板的前边缘和后边缘，所述的倒等腰梯形板的上端边为梯形底边，并设为叶片平面板的上边缘，所述的倒等腰梯形板的下端边为梯形顶边，并设为叶片平面板的下边缘。

与现有技术相比，本实用新型主要设计了一款结构更新的叶片，它是由无缝连接的叶片平面板、张力板和上平面板等构成，该叶片平面板的迎风面既与风向垂直，又与叶片的旋转平面平行，按照流体力学概念，当气流垂直冲击叶片平面板的迎风面时，就能得到当时风能的最高风压强，同时也在叶片平面板的迎风面上产生了向四周的空气张力，该空气张力即可接触并推动张力板形成单方向转动，也就是驱动了叶轮的旋转；另外，上平面板是由张力板的顶部向前延伸而成，该上平面板同时平行于叶片平面板，故能减少叶片旋转时的空气阻力。因此，通过设计这种单向运动的叶片结构，能更好实现风能到旋转机械能的转化，进而对空气压强进行有效利用，并大幅度提高风电的转化效率，尤其是大幅度提高低风速时的发电量。改进后的叶片还具有结构制造简单、安装方便、成本低廉等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A—A剖视图（竖直张力板）。

图3为图1的A—A剖视图（斜面张力板）。

具体实施方式

下面将按上述附图对本实用新型实施例再作详细说明。

如图1~图3所示，1.叶片、11.叶片平面板、12.张力板、121.竖直张力板、122.斜面张力板、13.上平面板、2.外环轮辋、3.内环轮辋、4.轮辐、5.轮毂。

一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，如图1所示，属于一种风力发电机叶片的改进结构，主要包括轮毂5、轮辐4、内环轮辋3、外环轮辋2和叶片1等。

其中，轮毂5与风力发电机水平轴及传动系统连接，可将风能转化的旋转机械能通过水平轴及传动系统输入并进行发电；所述的轮辐4需要根据实际使用需要选择数量，如本实施例设计了三根轮辐4，该三根轮辐4呈辐射状圆周均布设置在轮毂5外围；同时，三根轮辐4的外端还设有均以轮毂5为中心的内环轮辋3和外环轮辋2，并在内、外环轮辋之间设置六个以轮毂5为中心作圆周均布的叶片1，进而使得这六个叶片1得以固定安装在轮辐4、内环轮辋3和外环轮辋2的三者连接之间、或内环轮辋3和外环轮辋2之间，以保证整个叶片结构的稳定性，则整个叶片结构就能按照图1所示的顺时针方向进行旋转发电。

所述的叶片包括叶片平面板11，该叶片平面板为倒等腰梯形板，且倒等腰梯形板的长度方向与轮辐4的延伸方向一致；所述的倒等腰梯形板两侧边为梯形斜边，并分别设为叶片平面板11的前边缘和后边缘，以图1所示为例，视图右侧为叶片平面板11迎风面运动方向的前边缘，相应的视图左侧为叶片平面板1迎风面的后边缘；所述的倒等腰梯形板的上端边为梯形底边，并设为叶片平面板11的上边缘，所述的倒等腰梯形板的下端边为梯形顶边，并设为叶片平面板11的下边缘。

所述的叶片平面板11的迎风面设计为既与风向垂直，又与叶片的旋转平面平行；所述的叶片平面板11迎风面的前边缘设有张力板12，该张力板采用竖直张力板121或斜面张力板122，在张力板12的顶部设有向前延伸并平行于叶片平面板的上平面板13。

所述的竖直张力板121是一块如图2所示的竖板，其底边缘无缝垂直连接在叶片平面板11迎风面的前边缘，顶边缘无缝垂直连接在上平面板13的后边缘；所述的斜面张力板122是一块如图3所示的斜板，其底边缘无缝连接在叶片平面板11迎风面的前边缘，顶边缘向外倾斜，并无缝连接在上平面板13的后边缘。并且，无缝连接在竖直张力板121顶边缘的上平面板13宽度大于无缝连接在斜面张力板122顶边缘的上平面板13宽度。

因此，采用这种结构的叶片1，其叶片平面板11迎风面的上边缘、下边缘和后边缘均为贯通设计，前边缘与张力板12、上平面板13为一体式无缝连接结构，能保证不漏风和对空气压强的有效利用，并大幅度提高风电的转化效率，尤其是大幅度提高低风速时的发电量。

本实用新型的叶片1可安装到叶轮上，数量为两个或更多个，其工作过程按照图2、图3箭头方向所示：垂直于风向的叶片平面板11迎风面受到风能冲击时，在迎风面上就会产生风压强和对四周的空气张力，该空气张力就会推动张力板12向前单向运动，进而带动叶片平面板11也跟随运动，也就是将风能转化成旋转机械能，从而保证了叶片1的单向旋转。

以上所述仅是本实用新型的具体实施例，本领域技术人员应该理解，任何与该实施例等同的结构设计，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，包括轮毂（5）和多个以轮毂（5）为中心圆周均布的叶片（1），其特征在于所述的叶片（1）包括叶片平面板（11），该叶片平面板的迎风面与风向垂直，又与叶片（1）的旋转平面平行；所述的叶片平面板（11）迎风面运动方向的前边缘设有无缝连接的张力板（12），该张力板的顶部设有向前延伸并平行于叶片平面板（11）的上平面板（13）。

2.根据权利要求1所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的张力板（12）为竖直张力板（121）或斜面张力板（122）。

3.根据权利要求2所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的竖直张力板（121）底边缘无缝垂直连接在叶片平面板（11）迎风面的前边缘，竖直张力板（121）顶边缘无缝垂直连接在上平面板（13）的后边缘。

4.根据权利要求2所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的斜面张力板（122）底边缘无缝连接在叶片平面板（11）迎风面的前边缘，斜面张力板（122）顶边缘向外倾斜，并无缝连接在上平面板（13）的后边缘。

5.根据权利要求3或4所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的无缝连接在竖直张力板（121）顶边缘的上平面板（13）宽度大于无缝连接在斜面张力板（122）顶边缘的上平面板（13）宽度。

6.根据权利要求1所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的叶片平面板（11）迎风面的上边缘、下边缘和后边缘均为贯通设计。

7.根据权利要求1所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的轮毂（5）外围设有多根呈辐射状圆周均布的轮辐（4），该多根轮辐（4）的外端设有均以轮毂（5）为中心的内环轮辋（3）和外环轮辋（2），所述的叶片（1）固定安装在轮辐（4）、内环轮辋（3）和外环轮辋（2）的三者连接之间、或内环轮辋（3）和外环轮辋（2）之间。

8.根据权利要求6所述的一种利用气流冲击张力推动叶轮旋转的风力发电机叶片，其特征在于所述的叶片平面板（11）为倒等腰梯形板，该倒等腰梯形板的长度方向与轮辐（4）的延伸方向一致；所述的倒等腰梯形板两侧边为梯形斜边，并分别设为叶片平面板（11）的前边缘和后边缘，所述的倒等腰梯形板的上端边为梯形底边，并设为叶片平面板（11）的上边缘，所述的倒等腰梯形板的下端边为梯形顶边，并设为叶片平面板（11）的下边缘。