一種可變截面的新型風(fēng)電葉片的制作方法
【專利摘要】一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，包括葉片主體和可折疊結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述可折疊結(jié)構(gòu)位于葉片主體兩側(cè)，并被劃分為6個(gè)部分，每一部分可折疊結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片、轉(zhuǎn)軸和尖端，所述尖端固定于葉片主體，所述兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片可以同步地繞各自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至與葉片主體貼合或者與尖端貼合，當(dāng)與尖端貼合時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片尖端構(gòu)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明獨(dú)特的帶有尖端的葉片結(jié)構(gòu)在活動(dòng)葉片閉合時(shí)可以形成穩(wěn)定的三角形受力結(jié)構(gòu)，并且降低迎風(fēng)阻力。活動(dòng)葉片打開(kāi)時(shí)，貼合在葉片主體上，也形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且不至于引起迎風(fēng)阻力的較大變化。本發(fā)明可以通過(guò)控制活動(dòng)葉片的旋轉(zhuǎn)，靈活地調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)，改變?nèi)~片的掃掠面積。
【專利說(shuō)明】
一種可變截面的新型風(fēng)電葉片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電葉片領(lǐng)域，具體涉及一種可變截面的新型風(fēng)電葉片。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能是一種清潔可再生能源，具有巨大的應(yīng)用潛力。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)電 葉片的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的公式如下所示：
[0004]式中：
[0005] P:風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率；
[0006] CP:風(fēng)能利用系數(shù)；
[0007] p:空氣密度；
[0008] A:葉片掃掠面積；
[0009] V:風(fēng)速。
[0010] 根據(jù)上式可知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與葉片掃掠面積成正比。風(fēng)能具有風(fēng)力大 小和風(fēng)向任意變化的特點(diǎn)，因此風(fēng)的日變化、季變化以至年際的變化都十分明顯，波動(dòng)很 大，很不穩(wěn)定。如何讓風(fēng)電葉片更好地適應(yīng)風(fēng)的波動(dòng)是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域一直存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可變截面的新型 風(fēng)電葉片，獨(dú)特的帶有尖端的葉片結(jié)構(gòu)，降低了空氣流過(guò)時(shí)的阻力，通過(guò)葉片兩側(cè)活動(dòng)葉片 的旋轉(zhuǎn)，可以根據(jù)風(fēng)速靈活地改變?nèi)~片的掃掠面積，更好地捕捉風(fēng)能。
[0012] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0013] -種可變截面的新型風(fēng)電葉片，包括葉片主體7和可折疊結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 可折疊結(jié)構(gòu)位于葉片主體7兩側(cè)，并被劃分為6個(gè)部分，每一部分可折疊結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)葉片 a8、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片b 12、轉(zhuǎn)軸a9、轉(zhuǎn)軸b 11和尖端a 10，所述尖端a 10固定于葉片主體7，所述轉(zhuǎn)動(dòng)葉 片a8和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2可以同步地繞各自的轉(zhuǎn)軸a9和轉(zhuǎn)軸bll旋轉(zhuǎn)至與葉片主體7貼合或者與 尖端alO貼合，當(dāng)與尖端alO貼合時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8與尖端alO構(gòu)成穩(wěn)定的三角形 結(jié)構(gòu)。
[0014] 所述轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2其截面形狀均是底角為15°的等腰三角形，所述尖 端alO的截面形狀為等邊三角形，并且上述等腰三角形的腰與等邊三角形的邊長(zhǎng)相等。
[0015] 所述位于葉片主體7兩側(cè)的可折疊結(jié)構(gòu)被劃分為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉 片c3、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng)葉片e5和活動(dòng)葉片f6,6個(gè)部分，其長(zhǎng)度分別記為1^、1^、1^、1^丄5和 L6，MWL1:L3:L5 = 5:4:3，L2:L4:L6 = 5:4:3。
[0016] 所述活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片c3、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng)葉片e5和活動(dòng)葉片 f6的轉(zhuǎn)動(dòng)是相互獨(dú)立的，當(dāng)風(fēng)速升高時(shí)，兩側(cè)的活動(dòng)葉片順次打開(kāi)，當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，兩側(cè)的 活動(dòng)葉片順次閉合。
[0017] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、本發(fā)明一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，獨(dú)特的帶有尖端的葉片結(jié)構(gòu)在活動(dòng)葉片 閉合時(shí)可以形成穩(wěn)定的三角形受力結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)葉片的剛度，并且降低迎風(fēng)阻力。而活動(dòng)葉片 打開(kāi)時(shí)，貼合在葉片主體上，也形成了一種較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且不至于引起迎風(fēng)阻力的較 大變化。本發(fā)明通過(guò)控制活動(dòng)葉片的打開(kāi)和閉合，可以改變?nèi)~片截面的形狀，并且同時(shí)改變 葉片整體的掃掠面積。
[0019] 2、本發(fā)明一種可變截面的新型風(fēng)電葉片的可折疊結(jié)構(gòu)位于葉片主體7兩側(cè)，并沿 葉片長(zhǎng)度方向被劃分為6個(gè)部分，各部分可以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，根據(jù)風(fēng)速的變化，順次打開(kāi)和閉 合活動(dòng)葉片，能夠調(diào)整葉片的結(jié)構(gòu)和掃掠面積，在較大的范圍內(nèi)適應(yīng)風(fēng)速、風(fēng)向的變化，兼 顧了葉片結(jié)構(gòu)的可靠性和調(diào)整的靈活性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖la為6個(gè)活動(dòng)葉片都閉合時(shí)的示意圖。
[0021] 圖lb為活動(dòng)葉片al和活動(dòng)葉片b2打開(kāi)，其余葉片閉合時(shí)的示意圖。
[0022]圖lc為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片c3、活動(dòng)葉片d4打開(kāi)，活動(dòng)葉片e5和活 動(dòng)葉片f6閉合時(shí)的示意圖。
[0023]圖Id為6個(gè)活動(dòng)葉片都打開(kāi)時(shí)的示意圖。
[0024]圖le為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片c3和活動(dòng)葉片e5打開(kāi)，而活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片d4、 活動(dòng)葉片f6閉合時(shí)的示意圖。
[0025] 圖If為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片c3和活動(dòng)葉片e5閉合，而活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片d4、 活動(dòng)葉片f6閉合時(shí)的示意圖。
[0026] 圖2a為圖la的A-A斷面圖。
[0027] 圖2b為圖Id的B-B斷面圖。
[0028] 圖2c為圖le的C-C斷面圖。
[0029] 圖2d為圖If的D-D斷面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]如圖la所示，本發(fā)明一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，包括葉片主體7和可折疊結(jié) 構(gòu)，所述可折疊結(jié)構(gòu)位于葉片主體7兩側(cè)，并被劃分為6個(gè)部分。
[0032]作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，所述可折疊結(jié)構(gòu)被劃分為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片b2、 活動(dòng)葉片c3、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng)葉片e5和活動(dòng)葉片f6,其長(zhǎng)度分別記為1^1、1^、1^3、1^4、1^5和 L6,有1^1:1^3:1^5 = 5:4:3兒2:1^4:1^6 = 5:4:3。實(shí)際葉片從根部到外端葉片逐漸收窄，設(shè)置這 樣的葉片長(zhǎng)度比例使得折疊葉片的積分面積較為接近。
[0033] 圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別為圖la、圖ld、圖le、圖If的斷面圖，均顯示了活動(dòng)葉 片c3和活動(dòng)葉片d4所在截面的結(jié)構(gòu)圖?；顒?dòng)葉片d4包括轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2、轉(zhuǎn)軸a9、 轉(zhuǎn)軸b 11和尖端a 10，所述尖端a 10固定于葉片主體7，所述轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片b 12可以分 別繞轉(zhuǎn)軸a9和轉(zhuǎn)軸bll旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2的旋轉(zhuǎn)是同步的，以保證獲得穩(wěn)定 的葉片結(jié)構(gòu)。當(dāng)二者旋轉(zhuǎn)至與尖端alO貼合時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8與尖端alO構(gòu)成穩(wěn) 定的三角形結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了葉片的剛度，并且降低了葉片的迎風(fēng)阻力，而活動(dòng)葉片打開(kāi)時(shí)，貝占 合在葉片主體上，也形成了一種較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且不會(huì)引起迎風(fēng)阻力的較大變化。
[0034]作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2其截面形狀均是底 角為15°的等腰三角形，所述尖端alO的截面形狀為等邊三角形，并且上述等腰三角形的腰 與等邊三角形的邊長(zhǎng)相等。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置可以保證轉(zhuǎn)動(dòng)葉片bl2、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a8與尖端alO完 全貼合，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
[0035] 如圖2a、圖2b、圖2c和圖2d所示，在同一截面上，活動(dòng)葉片d4的另一側(cè)，活動(dòng)葉片c3 由轉(zhuǎn)動(dòng)葉片cl3、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片dl7、轉(zhuǎn)軸cl4、轉(zhuǎn)軸dl6和尖端bl5組成，其構(gòu)成和作用原理與活動(dòng) 葉片d4相同?；顒?dòng)葉片c3與活動(dòng)葉片d4的轉(zhuǎn)動(dòng)是相互獨(dú)立的，二者的共同作用可以改變所 在葉片截面的形狀和掃掠面積。同一截面上的兩個(gè)活動(dòng)葉片可以組合出多種結(jié)構(gòu)的葉片截 面，從而靈活地調(diào)整葉片的結(jié)構(gòu)，圖2a、圖2b、圖2c和圖2d給出了同一截面上兩個(gè)活動(dòng)葉片 打開(kāi)和閉合的4種不同組合的結(jié)構(gòu)圖，二者的不同組合產(chǎn)生具有不用結(jié)構(gòu)的葉片截面形狀， 具有不同的氣動(dòng)特性，可適用于更廣泛的工況。
[0036]對(duì)于不同截面上的活動(dòng)葉片，其轉(zhuǎn)動(dòng)也是彼此獨(dú)立的，活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片b2、 活動(dòng)葉片c3、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng)葉片e5和活動(dòng)葉片f6之間的協(xié)同作用靈活地調(diào)整葉片整體 的結(jié)構(gòu)和掃掠面積，提供了豐富的調(diào)整策略。作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，所述活動(dòng)葉片 al、活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片c3、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng)葉片e5和活動(dòng)葉片f6采用順次調(diào)整的方式， 當(dāng)風(fēng)速升高時(shí)，兩側(cè)的活動(dòng)葉片順次打開(kāi)，當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，兩側(cè)的活動(dòng)葉片順次閉合。具體 過(guò)程如圖la、圖lb、圖lc、圖Id所示，初始時(shí)6個(gè)活動(dòng)葉片都處于閉合的狀態(tài)，此時(shí)葉片的掃 掠面積最大，迎風(fēng)阻力最小，適用于風(fēng)速較低的工況，如圖la的整體視圖和圖2a的截面圖所 示;隨著風(fēng)速升高，活動(dòng)葉片al和活動(dòng)葉片b2打開(kāi)，其余葉片保持閉合，如圖lb所示，風(fēng)速繼 續(xù)升高，則活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片c3、活動(dòng)葉片d4打開(kāi)，活動(dòng)葉片e5和活動(dòng)葉片 f6保持閉合，如圖lc所示;風(fēng)速再升高，則6個(gè)活動(dòng)葉片都打開(kāi)，此時(shí)葉片的掃掠面積最小， 迎風(fēng)阻力最大。同樣地，當(dāng)風(fēng)速逐漸降低時(shí)，反向進(jìn)行上述過(guò)程即可。
[0037]需要指出的是，順次調(diào)整的控制方式并未限定本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明提供的 一種帶尖端而且兩側(cè)可折疊的葉片結(jié)構(gòu)，可以有多樣的調(diào)節(jié)和控制方式，滿足多種工況的 需要。圖le為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片c3和活動(dòng)葉片e5打開(kāi)，而活動(dòng)葉片b2、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng) 葉片f6閉合時(shí)的示意圖，圖If為活動(dòng)葉片al、活動(dòng)葉片c3和活動(dòng)葉片e5閉合，而活動(dòng)葉片 b2、活動(dòng)葉片d4、活動(dòng)葉片f6閉合時(shí)的示意圖，參考圖2c和圖2d的斷面圖，可以看出，本發(fā)明 還可以控制單側(cè)葉片閉合或者打開(kāi)，以達(dá)到調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)，改變?nèi)~片掃掠面積的目的。上述 描述和示例顯示，本發(fā)明兼顧了葉片結(jié)構(gòu)的可靠性和調(diào)整的靈活性，能夠較好地適應(yīng)風(fēng)速 的變化，從而提尚風(fēng)能利用的效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，包括葉片主體(7)和可折疊結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 可折疊結(jié)構(gòu)位于葉片主體(7)兩側(cè)，并被劃分為6個(gè)部分，每一部分可折疊結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)葉 片a(8)、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片b(12)、轉(zhuǎn)軸a(9)、轉(zhuǎn)軸b(ll)和尖端a(10)，所述尖端a(10)固定于葉片主 體(7 )，所述轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a(8)和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片b(12)可以同步地繞各自的轉(zhuǎn)軸a(9)和轉(zhuǎn)軸b(11)旋 轉(zhuǎn)至與葉片主體(7)貼合或者與尖端a( 10)貼合，當(dāng)與尖端a( 10)貼合時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片b( 12)、轉(zhuǎn) 動(dòng)葉片a (8)與尖端a (10)構(gòu)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)葉片a (8)和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片b(12)其截面形狀均是底角為15°的等腰三角形，所述尖端a(10)的截面形狀 為等邊三角形，并且上述等腰三角形的腰與等邊三角形的邊長(zhǎng)相等。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，其特征在于:所述位于葉片主 體(7)兩側(cè)的可折疊結(jié)構(gòu)被劃分為活動(dòng)葉片a(l)、活動(dòng)葉片b(2)、活動(dòng)葉片c(3)、活動(dòng)葉片d (4)、活動(dòng)葉片6(5)和活動(dòng)葉片汽6)6個(gè)部分，其長(zhǎng)度分別記為1^、1^丄3、1^丄5和1^，則有 Ll：L3：L5 = 5：4：3,L2：L4：L6 = 5：4：3〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變截面的新型風(fēng)電葉片，其特征在于:所述活動(dòng)葉片a (1)、活動(dòng)葉片b(2)、活動(dòng)葉片c(3)、活動(dòng)葉片d(4)、活動(dòng)葉片e(5)和活動(dòng)葉片f(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)是 相互獨(dú)立的，當(dāng)風(fēng)速升高時(shí)，兩側(cè)的活動(dòng)葉片順次打開(kāi)，當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，兩側(cè)的活動(dòng)葉片順 次閉合。
【文檔編號(hào)】F03D1/06GK106065847SQ201610653490
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年8月10日
【發(fā)明人】孔偉佳, 吳東垠
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)