CN212867764U - 一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，涉及风力发电机组气动翼型技术领域。本实用新型包括叶桨本体，所述叶桨本体由翼型前缘、翼型尾缘、C形单向曲线翼缘、S形双向曲线翼缘、内部空间桁架结构、连接接点和变角调桨系统构成，所述该翼型相对厚度为D/C＝0.183。本实用新型通过叶桨具有的特别空气动力特性的翼缘曲面体，使叶桨在低风速区与变角调桨系统相结合，提高风轮旋转扭矩值，解决低风速起动问题并维持缓慢加速运动，不仅使得风力发电机能够在更低的风速条件下启动发电，而且提高低风速风力发电机的风能利用率和发电效率。

Description

一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨

技术领域

本实用新型属于风力发电机组气动翼型技术领域，特别是涉及一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨。

背景技术

风力发电机是将风的动能转换成电能的机械装置，这个转化过程的第一步就是由叶桨将风能转化为机械能，第二步通过连接传递装置把机械能传递给发电机，第三步由发电机将机械能转化成电能由电气系统对外输出；因此能源转换的首要研究对象之一就是叶桨，叶桨气动性能的好坏决定了它的捕风能力的强弱，决定了风电机组的风能利用效率。

垂直轴风力发电机组通常是指旋转轴垂直于地面的风力发电机组。垂直轴风力发电机组无需对风，在风向利用上具有天然的优势，随着风能产业高速发展，低风速地区的风电开发方兴未艾，低风速启动的高效风力发电机组的市场潜力很大，但是对于大型垂直轴风力发电机组而言，其结构部分最为关键，结构部分的成败就是大型垂直轴风力发电机组的成败。

在低风速风场，风速小、风的动能小、风叶在风的作用下单位面积获取的能量少，要使风力发电机在不同风力条件下能够打破低风速启动的困局，解决在不同风况条件下不能持续发电的技术问题，使垂直轴风力发电机组适用于年平均风速在3m/s～8m/s的低风速风场，同时提高垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组的发电效率和风能利用率，就得从多方面做出创新和改进，现有技术中的桨叶存在低风速风力发电机组发电效率低、风能利用率低、装机功率小的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，解决了现有技术中低风速风力发电机组发电效率低、风能利用率低、装机功率小的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，包括叶桨本体，所述叶桨本体由翼型前缘、翼型尾缘、C形单向曲线翼缘、S形双向曲线翼缘、内部空间桁架结构、连接接点和变角调桨系统构成，所述该翼型相对厚度为D/C＝0.183。

进一步地，所述内部空间桁架结构为空间三维桁架。

进一步地，所述相对厚度是翼型两侧两个翼面之间的最大距离D与弦长C的比值，所述弦长是翼型前缘与尾缘的连线长度C，当弦长C＝1时，翼缘点距弦长线的距离为d，当d为正值时表明翼缘点未越过弦长线，当d为 0时表明翼缘点在弦长线上，当d为负值时表明翼缘点已越过弦长线。

进一步地，所述叶桨在高度方向分为单一断面型和下宽上窄变断面型两种。

进一步地，所述翼缘尺寸的二维参数Xc/c、Xs/c、Y/c，所述Xc/c为 C形单向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Xs/c为S形双向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Y/c为翼缘控制点在弦线上的对应点到原点的距离，叶桨翼缘控制点无量纲二维坐标见下表1。

进一步地，所述连接接点为六个，其中二个所述连接接点为变角调浆点，另外四个为支臂点。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过叶桨具有的特别空气动力特性的翼缘曲面体，使叶桨在低风速区与变角调桨系统相结合，提高风轮旋转扭矩值，解决低风速起动问题并维持缓慢加速运动，不仅使得风力发电机能够在更低的风速条件下启动发电，而且提高低风速风力发电机的风能利用率和发电效率。

2、本实用新型提出的低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨为六点连接，控制叶桨振动和摆动的能力强，效果好，为平稳运行提供了基础条件。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨断面图；

图2为本实用新型低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨单一断面型主视图；

图3为本实用新型低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨下宽上窄变断面型主视图-1；

图4为本实用新型低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨下宽上窄变断面型主视图-2；

图5为本实用新型低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨构造示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-翼型前缘，2-C形单向曲线翼缘，3-S形双向曲线翼缘，4-S形双向曲线翼缘，5-内部空间桁架结构，6-连接接点，601-变角调浆点，602-支臂点，7-变角调桨系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1～图2所示，作为本实用新型的一种优选实施例，单一断面型适用于常年一般风速为2～8m/s，最大风速15m/s的风区，图3～图4为变断面型适用于常年一般风速为3～10m/s，最大风速25m/s的风区。

如图5所示，本实用新型提供一种低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨，低风速垂直轴风力发电机组的升力叶桨包括翼型前缘1，翼型尾缘2， C形单向曲线翼缘3，S形双向曲线翼缘4，叶桨内部空间桁架结构5，叶桨与空间结构转轮臂连接接点6，变角调桨系统7，构成叶桨的整体结构形状。

翼型前缘1，是叶桨运转的前端迎风尖端部，其粗糙程度对风速敏感度高，为减少风阻采用密实度高、光滑、自清洁性能好的材料制作。

翼型尾缘2，是运转叶桨的尾端部，需要平顺，对空气的粘性敏感度高。

C形单向曲线翼缘3，是翼缘获取升力的主要面，安装方式是内侧安装。

S形双向曲线翼缘4，是翼缘获取升力的主要面，安装方式是外侧安装， S曲线面外侧安装能有效减少大攻角条件下的阻力系数，同时外侧采用S形双向曲线翼缘能有效地将升力的合力向前偏转一定的角度，达到增加扭矩值的目的，此时的偏转角与阻力具有共生关系，只能采用一个合理的值才能达到较大的增加扭矩值而又不增加过大的阻力，本翼型的S形双向曲线翼缘是合理的曲线之一，达到了低风速起动，风能利用率提高的目的。

叶桨本体翼缘尺寸的二维参数Xc/c、Xs/c、Y/c，所述Xc/c为C形单向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Xs/c为S形双向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Y/c为翼缘控制点在弦线上的对应点到原点的距离，叶桨线翼控制点无量纲二位坐标见下表1。

由翼缘曲线组成的翼缘边缘断面几何尺寸的二维参数Xc/c、Xs/c、Y/c， Xc/c为C形单向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Xs/c为S形双向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Y/c为翼缘控制点在弦线上的对应点到原点的距离，叶桨翼缘控制点无量纲二维坐标见下表2。

表1：叶桨翼缘控制点无量纲二维坐标

表2：叶桨翼缘控制点无量纲二维坐标

叶桨面由玻璃纤维或碳纤维和脂环族环氧树脂制成。

叶桨内部空间桁架结构5，内部结构为空间三维桁架，在所有方向受力合理，能全面抵抗各个方向的运动载荷。材料采用钢管、T型钢和T型压型玻璃钢的组合空间结构，钢材之间采用焊接连接，钢材与玻璃钢之间采用胶结和螺栓组合连接，满足强度高，质量轻的要求。

叶桨与空间结构转轮臂连接接点6，叶桨通过支臂点602与转轮连接，使叶桨处于正常的工作状态，变角调浆点用于连接变角调浆机构对叶桨的角度进行调节。

变角调桨系统7，是叶桨变角调节的关键系统，能完善地根据自动管理系统的指令调整攻角，克服了长期以来垂直轴风力发电机组叶桨在低风速状态下不能改变攻角的固疾，变角调桨系统通过叶桨上的齿轮钢梁窗口用齿轮钢梁与支臂上的铰接机构连接，活动范围保证叶桨变角的需要。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，包括叶桨本体，其特征在于：所述叶桨本体由翼型前缘(1)、翼型尾缘(2)、C形单向曲线翼缘(3)、S形双向曲线翼缘(4)、内部空间桁架结构(5)、连接接点(6)和变角调桨系统(7)构成，所述翼型相对厚度为D/C＝0.183；

所述相对厚度是翼型两侧两个翼面之间的最大距离D与弦长C的比值，所述弦长是翼型前缘与尾缘的连线长度C。

2.根据权利要求1所述的一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，其特征在于，所述内部空间桁架结构(5)为空间三维桁架。

3.根据权利要求1所述的一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，其特征在于，当所述弦长C＝1时，翼缘点距弦长线的距离为d，当d为正值时表明翼缘点未越过弦长线，当d为0时表明翼缘点在弦长线上，当d为负值时表明翼缘点已越过弦长线。

4.根据权利要求1所述的一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，其特征在于，所述叶桨本体在高度方向分为单一断面型和下宽上窄变断面型两种。

5.根据权利要求1所述的一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，其特征在于，所述叶桨本体翼缘尺寸的二维参数Xc/c、Xs/c、Y/c，所述Xc/c为C形单向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Xs/c为S形双向曲线翼缘控制点到弦线的距离，Y/c为翼缘控制点在弦线上的对应点到原点的距离。

6.根据权利要求1所述的一种用于垂直轴风力发电机组的升力叶桨，其特征在于，所述连接接点(6)为六个，其中二个所述连接接点(6)为变角调浆点(601)，另外四个为支臂点(602)。

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