狹管聚風型風力發電裝置用葉片的製作方法

2023-04-27 13:33:36

狹管聚風型風力發電裝置用葉片的製作方法
【專利摘要】狹管聚風型風力發電裝置用葉片，包括從葉根部沿著葉片跨度方向向葉尖部延展的安裝段、順延工作段及外工作段，順延工作段平滑連接於安裝段與外工作段之間，所述三段的翼型均採用圓頭的非對稱翼型，且所述三段的翼型後緣均採用光滑圓弧曲線來連接翼型的上弧面及下弧面；安裝段的葉型為扭曲等截面葉型，順延工作段及外工作段葉型均為扭曲變截面葉型，所述三段的扭轉方向相同，均為翼型後緣相對於翼型前緣向葉片葉面方向扭轉，且外工作段的扭轉角大於或等於順延工作段的扭轉角；葉片形狀從葉尖部到安裝段與順延工作段的過渡連接處逐漸變窄，葉片各截面厚度從翼型前緣到翼型後緣逐漸增大。本實用新型符合逐縮式有限密封體內流體特性及動能轉換的要求。
【專利說明】狹管聚風型風力發電裝置用葉片
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風力發電設備【技術領域】，具體涉及應用於聚風型風力發電裝置狹管中的葉片。
【背景技術】
[0002]根據狹管效應而產生的聚風型風力發電機，由於聚風型風力發電機將進風口設置成一個聚縮狹管，相較於傳統的水平軸風力發電機和垂直軸風力發電機而言，具有聚集風能、提壓增速、提高風能利用率的優點，因此，在風力發電【技術領域】具有廣泛的應用前景。正是由於聚風型風力發電機中狹管的設置，狹管為一個逐縮式有限密封體，因此，作為風力發電過程中將風能轉換為機械能的核心部件的葉片，是在逐縮式的有限密封體內做功，而逐縮式有限密封體內存在做功隨氣流流速變化而變化、做功力點的變遷、葉輪與發電機的同步度等氣流特性，就汽輪機、水輪機、風輪機及目前一切應市的各種各樣的推進器組件而言，無一例可直接應用到狹管型風力發電系統中來，如中國專利CN101619709A公開的「水平軸風力機風輪」，其公開的葉片為長條形的矩形板片，或者梯形板片，或者兩頭窄中間為圓弧形邊的板片，又如中國專利CN202209250U公開的「一種前突型水平軸風力機葉片」，其公開的葉片包括圓柱狀葉根以及按一定序列攻角排列的葉展，並且葉片在前緣方向前突，這些葉片結構並不適用於狹管聚風發電系統中。而涉及狹管聚風發電技術的專利文件也多以發電系統的主體結構為主要保護對象，鮮少有涉及與之技術相適配的專用葉片，從專利相應的說明書附圖來看，也以採用安裝葉片數量較少的渦槳型葉片方式為主，如中國專利ZL201220394391.6所公開的名稱為「一種自啟動式狹管聚風風力發電系統」的風力發電裝置，其公開了在狹管發電系統中使用龜背形葉片，然而就龜背式葉片的具體造型及幾何參數，並沒有做具體說明，因此，何為龜背式葉片以及龜背式葉片的應用效果如何，我們無從得知。隨著狹管聚風發電技術越來越多的應用，設計符合逐縮式有限密封體內流體特性並能夠提高動能轉換效率的專用葉片，是進一步提升狹管聚風發電技術的研究重點。
實用新型內容
[0003]本 申請人:針對現有技術中的上述缺點進行改進，提供一種符合逐縮式有限密封體內流體特性的狹管聚風型風力發電裝置用葉片，其改善了發電裝置的啟動性能，提高了風能轉換率，且製作方便、可靠耐用。
[0004]本實用新型的技術方案如下:
[0005]狹管聚風型風力發電裝置用葉片，包括從葉根部沿著葉片跨度方向向葉尖部延展的安裝段、順延工作段及外工作段，順延工作段平滑連接於安裝段與外工作段之間，所述安裝段、順延工作段及外工作段的翼型均採用圓頭的非對稱翼型，且所述三段的翼型後緣均採用光滑圓弧曲線來連接翼型的上表面及下表面，所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面；安裝段的葉型部分為扭曲等截面葉型，順延工作段及外工作段葉型部分均為扭曲變截面葉型，所述三段的扭轉方向相同，均為翼型後緣相對於翼型前緣向葉片葉面方向扭轉，且外工作段的扭轉角α大於或等於順延工作段的扭轉角β ;葉片的形狀從葉尖部到安裝段與順延工作段的過度連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型後緣逐漸增大。
[0006]其進一步技術方案為:
[0007]所述外工作段的扭轉角α為35°?45°，所述順延工作段的扭轉角β為O?35°，所述安裝段的安裝角Θ為16°?22°。
[0008]所述安裝段、順延工作段及外工作段均為空心殼體，在順延工作段及外工作段的空心殼體內沿葉片跨度方向設有多個加強筋。
[0009]所述安裝段的空心殼體內部的中空槽為與輪轂配合的安裝槽。
[0010]本實用新型的技術效果:
[0011]1、本實用新型所述葉片的形狀從葉尖部到安裝段與順延工作段的過渡連接處逐漸變窄，葉片的安裝端的形狀一致，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型後緣逐漸增大，且所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面，這種葉型結構設計使得葉片整體上大下小，葉片上部為帶有弧形扁平寬面的扇型，這一設計有效地增加了流體做功處的受風面積，最大限度地利用流體動能做功在葉片端部產生槓桿力，驅動葉輪旋轉，完成風能到機械能的轉換過程，實現了「易啟動、高轉換」的目的，改善了發電裝置的啟動性能，提高了風能轉換率。
[0012]2、通過將葉片扭轉，且扭轉方向為翼型後緣相對於翼型前緣向葉片葉面方向扭轉，並外工作段的扭轉角α大於或等於順延工作段的扭轉角β，通過扭轉在葉片葉型上形成引導流體流動的凹槽，葉片經扭轉形成凹槽後又逐步縮小成安裝段的渦槳型，這種葉片上部扇型葉片端面向下成凹槽流線型逐步縮小成渦槳型的形狀設計，有效減少了因葉片旋轉而產生風屏的成因因素，利於流體的穿透。
[0013]3、本實用新型所述葉片翼型模仿了飛機機翼的升力型翼型，採用圓頭的非對稱翼型，並且在此基礎上進行翼型改進，即使所述三段的翼型後緣均採用光滑圓弧曲線來連接翼型的上表面及下表面，使翼型形成圓鈍後緣，這樣解決了翼型的結構強度問題，同時圓滑過渡的翼型下表面後緣的形阻減小，改進了翼型的升阻比，這種翼型設計具有良好的空氣動力學特性。
[0014]4、本實用新型通過使外工作段的扭轉角α大於或等於順延工作段的扭轉角β，採用葉片外工作段與順延工作段不同的扭轉角度，以及安裝段小斜面渦槳型安裝角的設計，尾風由葉片平面扭轉形成的凹槽處引導流體自然往葉輪中心流動，再由小斜面的安裝角渦槳型葉根處順暢排出，進一步地，根據逐縮式有限密封體內流體特性，精確地確立了葉片各段的扭轉角的優選範圍，由此能夠保證逐縮式有限密封體內流體流動順暢。
[0015]5、葉片採用空心殼體及內部加強筋結構，在保證葉片強度、剛度、動態性能和使用壽命的前提下，大大減少了葉片的自重，滿足葉片材料密度輕且具有最佳的疲勞強度和力學性能的要求，且能經受暴風等極端惡劣條件和隨機負載的考驗，同時，由於其應用環境的特殊性，降低了對工裝模具及加工設備的要求，節省了葉片製造、運輸和安裝成本，更易於實現機組的大型化發展。
[0016]本實用新型通過獨特的葉型結構設計以及精準的扭轉角度的設計，使得葉片的整體結構符合逐縮式有限密封體內流體特性及動能轉換的要求。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的主視圖。
[0018]圖2為圖1的左視圖。
[0019]圖3為圖1的俯視圖。
[0020]圖4為圖1中A-A剖視圖，即本實用新型所述外工作段的葉片翼型圖。
[0021]圖5為圖1中B-B剖視圖，即本實用新型所述順延工作段的葉片翼型圖。
[0022]圖6為圖1中C-C剖視圖，即本實用新型所述安裝段的葉片翼型圖。
[0023]圖7為本實用新型所述安裝段安裝在葉輪輪轂的安裝角示意圖，圖中還示出了輪轂上與葉根部安裝槽配合安裝的凸塊。
[0024]圖8為本實用新型的軸測視圖，其中葉尖部位於視圖方向正面。
[0025]圖9為本實用新型的另一軸測視圖，其中葉根部位於視圖方向正面。
[0026]其中:1、安裝段；101、安裝槽；2、順延工作段；3、外工作段；4、葉根部；5、葉尖部；
6、葉面；7、加強筋；8、輪轂；801、凸塊。
【具體實施方式】
[0027]本申請所使用的概念為本領域所公知，以下對相關概念進行說明:
[0028]葉根部:與輪轂連接的葉片端；
[0029]葉尖部:葉片上與葉根部的相對端，即葉片的最外段。
[0030]葉片跨度:葉尖部到葉根部或者葉根部到葉尖部的長度方向。
[0031]翼型:葉片剖面形狀。
[0032]翼弦:即翼型弦線，是指翼型前緣與後緣之間的直線連線。
[0033]非對稱翼型:翼型的中弧線和翼型弦線不相重合的翼型。
[0034]翼型前緣:翼型的前部邊緣。
[0035]翼型後緣:翼型的後部邊緣。
[0036]扭曲等截面葉型:葉片斷面型線和截面積沿葉高方向是相同的。
[0037]扭曲變截面葉型:葉片斷面型線和截面積沿葉高方向按一定規律變化。
[0038]葉型部分:葉片的工作部分，相鄰葉片的葉型部分之間構成氣流通道。
[0039]葉片扭轉角:葉片剖面弦線與葉輪旋轉平面之間的夾角。
[0040]葉片安裝角:葉片安裝在輪轂上的角度，葉片葉根部的翼弦與葉輪旋轉平面之間的夾角。
[0041]下面結合附圖，說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0042]見圖1、圖2、圖3，本實用新型包括從葉根部4沿著葉片跨度方向向葉尖部5延展的安裝段1、順延工作段2及外工作段3，順延工作段2平滑連接於安裝段I與外工作段3之間，見圖4、圖5、圖6，所述安裝段1、順延工作段2及外工作段3的翼型均採用圓頭的非對稱翼型，且所述三段的翼型後緣均採用光滑圓弧曲線來連接翼型的上表面及下表面，圖
4、圖5、圖6中所示的翼型右端的圓鈍邊緣即為翼型前緣，與翼型前緣相對的一端為翼型後緣，所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面；見圖1、圖9，所述安裝段I的葉型部分為扭曲等截面葉型，所述順延工作段2及外工作段3的葉型部分均為扭曲變截面葉型，所謂扭曲是指葉片沿葉高方向呈扭曲狀，即在葉片不同半徑處各截面的傾斜角度是不同的，見圖8、圖9，所述三段的扭轉方向相同，均為翼型後緣相對於翼型前緣向葉片葉面6方向扭轉，且外工作段3的扭轉角α大於或等於順延工作段2的扭轉角β，通過扭轉在葉片葉型上形成引導流體流動的凹槽；見圖1，本實用新型所述葉片的形狀從葉尖部5到安裝段I與順延工作段2的過度連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型後緣逐漸增大。
[0043]具體地，見圖4、圖5、圖7，所述外工作段3的扭轉角α優選為35°?45°，順延工作段2的扭轉角β優選為O?35°，安裝段I的安裝角Θ優選為16°?22°。
[0044]進一步地，見圖4、圖5，圖6，所述安裝段1、順延工作段2及外工作段3均為空心殼體，且在順延工作段2及外工作段3的空心殼體內沿葉片跨度方向設有多個加強筋7，而所述安裝段I的空心殼體內部的中空槽為與輪轂8上的凸塊801配合的安裝槽101，輪轂8上的凸塊801的橫剖面形狀與葉根部4的翼剖面形狀相同，具體，葉片安裝時，將輪轂8上的凸塊801嵌入葉根部4的安裝槽101內，並將二者緊固連接，由此實現葉片與輪轂的安裝。
[0045]以上描述是對本實用新型的解釋，不是對實用新型的限定，本實用新型所限定的範圍參見權利要求，在本實用新型的保護範圍之內，可以作任何形式的修改。
【權利要求】
1.狹管聚風型風力發電裝置用葉片，包括從葉根部(4)沿著葉片跨度方向向葉尖部(5)延展的安裝段(I)、順延工作段(2)及外工作段(3)，順延工作段(2)平滑連接於安裝段(I)與外工作段(3)之間，其特徵在於:所述安裝段(I)、順延工作段(2)及外工作段(3)的翼型均採用圓頭的非對稱翼型，且所述三段的翼型後緣均採用光滑圓弧曲線來連接翼型的上表面及下表面，所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面；安裝段(I)的葉型部分為扭曲等截面葉型，順延工作段(2)及外工作段(3)葉型部分均為扭曲變截面葉型，所述三段的扭轉方向相同，均為翼型後緣相對於翼型前緣向葉片葉面(6 )方向扭轉，且外工作段(3 )的扭轉角α大於或等於順延工作段(2)的扭轉角β ;葉片的形狀從葉尖部(5)到安裝段(I)與順延工作段(2)的過渡連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型後緣逐漸增大。
2.按權利要求1所述的狹管聚風型風力發電裝置用葉片，其特徵在於:所述外工作段(3)的扭轉角α為35°?45°，所述順延工作段(2)的扭轉角β為O?35°，所述安裝段(I)的安裝角Θ為16°?22°。
3.按權利要求1或2所述的狹管聚風型風力發電裝置用葉片，其特徵在於:所述安裝段(I)、順延工作段(2)及外工作段(3)均為空心殼體，在順延工作段(2)及外工作段(3)的空心殼體內沿葉片跨度方向設有多個加強筋(7)。
4.按權利要求3所述的狹管聚風型風力發電裝置用葉片，其特徵在於:所述安裝段(I)的空心殼體內部的中空槽為與輪轂配合的安裝槽(101)。
【文檔編號】F03D9/00GK203796503SQ201420079675
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】李勇強, 姚伯龍, 趙磊, 陳東輝, 徐莉 申請人:江蘇中蘊風電科技有限公司