专利名称：可调叶片数量的风电叶轮的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及的是可调叶片数量的风电叶轮。
背景技术：
目前世上所有风力机械的叶片数量都是固定的，不能变动的，风 力提水机属大转动力矩，低转速风机，需要大的风轮实度产生大的转矩， 一般采 用4个以上的叶片叶轮。而发电，为满足工频所需，只要每分钟不超过3500转， 转速越高越好。高转速不但带来高效率，而且可减少为升速而产生的费用和机械 占用的效率，为此风电叶轮大都采用3个以下叶片的叶轮。随着叶片数量的减少，风能利用率，风电效率自然也就提高了。但后来发现，采用少叶片时产生的机械摇摆振动是对风力机的致命伤害。无奈，才形成了3个叶片的习惯。因3叶片可 布置空间互差120°角而对称于叶轮中心，能够获得动态平衡，较双叶片和单叶 片运转起来平稳得多。于是便把3叶片风轮锁定在选用的主要范围。因此也就基 本形成风电功率在2MW以卞比较经济合理。再大其速度太低，低速部分的零部件 会很大很重，增大初期投入，增大了成本。而实际上风电又必须较大地提高单机 功率，才能平稳地获得较大风能，较大地提高效率v以减少成本，才能和其它形 式的发电在市场角遂抗衡中稳操胜巻，使清洁的风力能源得到更广泛地应用，为 此，发明可调风叶片数的叶轮，意义非同一般。
发明内容
对称于叶轮中心设置两固定叶片，叶片实度较大称为大叶片。两 叶片中心线在一条直线上；对称于叶轮中心设置两伸縮的杆件，其一端和轮毂紧固，另一端和小叶片相连接，小叶片实度较小，和杆件构成活动叶片，两活动叶 片中心线在一条直线上，并垂直于大叶片中心线。靠两杆同时收縮或伸出同等长 度来改变叶片数量，同时也改变了活动叶片所形成的风轮直径。其叶片数量，同时也改变了活动叶片所形成的风轮直径。其中片数按式h-2(^"")...... (1)尺而变化。B:叶片数、1^=小叶片长度、U-大叶片长度、R:调定后的叶轮半径。
图l可调叶片数量的风电叶轮示意2风能利用率特性图 具体实施图l中1、杆件2、小叶片 3、大叶片 4、轮毂叶片数的调整因大、小叶片长度已为定值，其变量是靠杆件的伸长和縮短发生的 活动叶片形成的叶轮半径的变化。当叶轮半径调至等于大小叶片长度之和时，则 叶轮等于两个叶片在运转，当大、小叶片长度之和等于1.5R时，则叶轮等于3 个叶片在运转，当大、小叶片长度之和等于0.5R时。叶轮可能等于1个叶片在 运转(是否如此，有待实验后确定)。这里忽略了杆件对风能的影响来谈论的， 设计时应考虑这一点。
由风力理论公式c,w:-，~~," ……(2)
CL:升力系数、b:叶片数L:风轮半径上r处的弦长；i。叶尖速比 R:风轮半径
不难看出，升力系数和叶片数及弦长成反比关系，升力系数的大小，直接关
系到风能获取的多少，也就是直接影响风能利用率Cp的大小。此方案在调风力
发电机叶片数的同时，更可灵活地根据风速而调整风机的吸纳功率，以适应风速 变化，其调也就是杆件的伸长和缩短，很显然这种方法转变浆距改变叶片角度要 容易和方便。但也有不足的地方，就是对杆件的抗弯强度，稳定度要求高，也要 求质轻，为此杆件材料肯定较为昂贵。
由于本方案两固定叶片和活动叶片都对称于轮毂中心，设计时再尽量縮小固 定叶片和活动叶片的质量差，风轮是可以得到平衡的。如果叶轮采取充气方案， 且充入的高压气体是比重低于普通空气的氢或氦，再利用一下空气浮力就更妙 了。其运行时振动会大大缓解，即使调整到最少叶片时运转，其产生之振动也是 可以接受的(最少叶片情况下运转，其实是小风速下运转，其振动当然小)。
此案的另一重大意义在于缓解设计制造更大功率风力发电机的难度，为开发 大型或巨型风电开辟新的途径。风机功率取决于风速和风轮的扫掠面积，与风速
的3次方成正比关系，而风速随着离开地面的高度而增加，为此风机向大功率方
向发展是必须趁势。随着风机功率的增大，其叶片长度必须跟着增大。目前
1.5MW风机的叶片长度已在30 40M之间，如果超过100m，无论是设计、制造 难度非常之大，就算能行，其出厂后的运输、安装也极为困难，为此风机向大功率方向发展受到一定的限制，而采用本发明案是将风叶一分为二，用其长度之和， 甚至超出长度之和形成的扫掠面积，为此敢说将为开发更大功率风电开辟新的途 径。
如果大小叶片选为同样长度，则风叶扫掠面积，随着尺值的调动按
S扫=27rf /......... (3)变化。
Sfi:叶轮扫掠面积R:叶轮调定后半径L:叶片长度
本案若再配上多级调整功率的发电机，便可组成时时都处于最佳风能利用状 态下，较小风速也能获得接近额定功率输出的理想风力发电机。
随着风机功率的增大，保持较大的叶尖速比，叶尖线速度必然很大，就可能 产生人们不愿接受的啸叫噪音。由于本发明人学识有限对声学知之甚少，怎样解 决这一难题，实在无能为力。但有一种想法，不知是否现实，借专利公开之时， 广告天下有识之士来研究解决。记得儿时看大人们放风筝，.在风筝上固定一 弓弦， 弦是秸杆皮，极簿，当风筝升入空中之后，在风力作用下便发生有点象乐器发出 的嗡嗡声，远没有达到音乐的效果，但此声并不使人烦，为此连想到如果乐器大 师、音乐家、声学家能够根据扁钟、弦乐、管乐发出音乐之声原理，用纯铜制成 一种器件，用于叶片上，在叶片高速运转产生一种近似于音乐替盖啸叫之声，同 时又能下泄雷电之害，那该多好。如果通过上述人士不断努力，制成的器件能在 不同的风速下，发生不同的弦律的简易音乐之声那就更为美妙了，发明权属于他 们自己，人们还会感谢他，我将首先向其鞠躬致敬。
权利要求
1、一种可调叶片数量的风电叶轮，其特征在于它由杆件、小叶片、大叶片、轮毂构成。
2、 根据权力要求1所述，可调叶片数量的风电叶轮，其特征在于杆件一端 与小叶片相连，杆件可固定，可伸长或縮短构成活动叶片。
3、 根据权力要求1所述，可调叶片攀量的风电叶轮，其特征在于杆件另一 端与轮毂相连。
4、 根据权力要求1所述，可调叶片数量的风电叶轮，其特征在于大叶片与 轮毂相连。
全文摘要
本发明涉及的是一种可调叶片数量的风电叶轮，它由杆件、小叶片、大叶片、轮毂组成。大叶片为固定叶片，小叶片和杆件相连构成活动叶片。靠杆件的杆伸长与缩短调整实际运行中的叶片数量。在调整叶片数量的同时，更能灵活地调整叶轮的扫掠面积，从而更方便更有效地对风机吸纳功率进行调解以适应不同风速获得最大风能利用率，同时为设计制造大型巨型风力发电机开辟新的途径。
文档编号F03D1/06GK101225792SQ20071016673
公开日2008年7月23日 申请日期2007年11月1日 优先权日2007年11月1日
发明者陈亚洲 申请人:陈亚洲