一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片。

背景技术：

目前，能源紧缺和环境污染是已经成为威胁人类发展的两大主要问题，积极开发和利用新能源则是缓解上述问题的有效途径之一。风能作为一种可再生无污染的清洁能源，经过几十年的发展，风电技术现已成为发展和应用最成熟的技术之一。风力机是利用风能的主要设备，而风力机叶片气动性能的优劣直接影响风力机的输出功率。升力型风力机是依靠风力机叶片升力做功的风力机，主要结构型式包括水平轴风力机和垂直轴达里厄型风力机，也是应用较为广泛的两种风力机机型。

然而，升力型风力机普遍存在自启动困难的技术难题，尤其在低风速环境下，自启动困难更加明显。大型升力型风力机尚可采用电动机驱动或者变桨技术促使风力机启动，但是对于小型升力型风力机来说，出于节约成本的角度，叶片通常为定桨距安装。小型升力型风力机完全依赖叶片自身所产生的气动扭矩进行启动，而小型升力型风力机较低的工作雷诺数是导致叶片气动性能恶化的主要因素，其产生的较小气动扭矩将不足以使风力机启动。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片，能够应用在各种型式的升力型风力机上，在风力机启动阶段，能够明显提升风力机的启动性能，并保证风力机在启动后的运行阶段拥有较高的功率输出。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片，包括叶片主体部分、叶片前缘部分及叶片后缘部分；在所述叶片主体部分内部开设有若干条滑道，滑道与叶片弦长方向相平行，若干条滑道在叶片展长方向上均匀分布；在所述滑道内分别安装有前滑块和后滑块；所述前滑块通过传力杆与叶片前缘部分相固连，前滑块与后滑块之间通过传力弹簧相连，后滑块上固连有一根顶杆；所述叶片后缘部分通过弹簧铰链与叶片主体部分相连；所述顶杆的头部与叶片后缘部分顶靠接触配合。

在风力机启动阶段，所述叶片前缘部分与叶片主体部分处于分离状态，所述叶片后缘部分在弹簧铰链作用下与叶片主体部分之间具有夹角。

在风力机启动后的运行阶段，所述叶片前缘部分与叶片主体部分处于合并状态，所述叶片后缘部分与叶片主体部分之间的夹角为0。

本发明的有益效果：

本发明的可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片，能够应用在各种型式的升力型风力机上，在风力机启动阶段，能够明显提升风力机的启动性能，并保证风力机在启动后的运行阶段拥有较高的功率输出。

附图说明

图1为本发明的一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片的结构示意图；

图2为图1中a向视图(风力机启动阶段)；

图3为图1中a向视图(风力机启动后的运行阶段)；

图中，1—叶片主体部分，2—叶片前缘部分，3—叶片后缘部分，4—滑道，5—前滑块，6—后滑块，7—传力杆，8—传力弹簧，9—顶杆，10—弹簧铰链。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片，包括叶片主体部分1、叶片前缘部分2及叶片后缘部分3；在所述叶片主体部分1内部开设有若干条滑道4，滑道4与叶片弦长方向相平行，若干条滑道4在叶片展长方向上均匀分布；在所述滑道4内分别安装有前滑块5和后滑块6；所述前滑块5通过传力杆7与叶片前缘部分2相固连，前滑块5与后滑块6之间通过传力弹簧8相连，后滑块6上固连有一根顶杆9；所述叶片后缘部分3通过弹簧铰链10与叶片主体部分1相连；所述顶杆9的头部与叶片后缘部分3顶靠接触配合。

在风力机启动阶段，所述叶片前缘部分2与叶片主体部分1处于分离状态，所述叶片后缘部分3在弹簧铰链10作用下与叶片主体部分1之间具有夹角。

在风力机启动后的运行阶段，所述叶片前缘部分2与叶片主体部分1处于合并状态，所述叶片后缘部分3与叶片主体部分1之间的夹角为0。

风力机的气动效率可以通过风能利用系数随着尖速比的变化曲线进行评价，其中，风能利用系数的计算公式为cp＝2pm/ρav³，尖速比的计算公式为λ＝wr/v，式中，pm＝2πnm/60，cp为风能利用系数，pm为风轮机械功率，ρ为空气密度，a为风轮扫掠面积，v为来流风速，λ为尖速比，w为风轮旋转角度速，r为风轮旋转半径，n为风轮转速，m为风轮轴扭矩。

在叶片处于初始状态时，仅由弹簧铰链10输出弹簧力，会使叶片后缘部分3与叶片主体部分1之间形成一定的夹角，此时相当于增大了叶片的有效弯度；当叶片后缘部分3与叶片主体部分1处于具有夹角的状态时，叶片后缘部分3会迫使顶杆9处于后退状态，而后退状态的顶杆9会依次通过后滑块6、传力弹簧8、前滑块5及传力杆7将叶片前缘部分2顶离叶片主体部分1，使叶片前缘部分2与叶片主体部分1之间产生一定的间隙，此时相当于增大了叶片的有效弦长。

在风力机启动阶段，由于初始状态的叶片在有效弯度和有效弦长均处于增大状态，能够有效缩短风力机的启动时间，进而有效提高风力机的启动性能。

当风力机启动后，风力机转速逐渐增大，此时的叶片前缘部分2受到的压力也逐渐增大，而叶片前缘部分2受到的压力将依次通过传力杆7、前滑块5、传力弹簧8、后滑块6及顶杆9传递到叶片后缘部分3上，并迫使叶片后缘部分3克服弹簧铰链10所输出的弹簧力的阻碍，此时叶片后缘部分3将产生绕弹簧铰链10转动的趋势。

当叶片前缘部分2受到的压力超过弹簧铰链10输出的弹簧力时，叶片后缘部分3将在顶杆9的顶靠作用下逐渐进行偏转，直到叶片后缘部分3与叶片主体部分1之间的夹角变为0为止，此时叶片前缘部分2与叶片主体部分1之间的间隙消失，使两者完全合并在一起，叶片截面也形成了弯度为0的完整翼型，在此状态下，可以使风力机在启动后的运行阶段具有较高的功率输出。

风力机在从启动阶段转换到运行阶段的过程中，叶片的变形过程无需人为干涉，完全实现了自适应变形。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：

技术总结
一种可提高风力机启动性能的前缘及后缘自适应变形叶片，包括叶片主体部分、叶片前缘部分及叶片后缘部分；叶片主体部分内部设有若干滑道，若干滑道在叶片展长方向上均匀分布，滑道与叶片弦长方向相平行；滑道内设有前滑块和后滑块；前滑块通过传力杆与叶片前缘部分相固连，前滑块与后滑块之间通过传力弹簧相连，后滑块上固连有一根顶杆；叶片后缘部分通过弹簧铰链与叶片主体部分相连；顶杆头部与叶片后缘部分顶靠接触配合；风力机启动阶段，叶片前缘部分与叶片主体部分处于分离状态，叶片后缘部分在弹簧铰链作用下与叶片主体部分之间具有夹角；风力机运行阶段，叶片前缘部分与叶片主体部分处于合并状态，叶片后缘部分与叶片主体部分之间夹角为0。

技术研发人员：朱建勇;张瑞清
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2019.03.14
技术公布日：2019.05.10