一种可变截面的新型风电叶片的制作方法
【专利摘要】一种可变截面的新型风电叶片，包括叶片主体和可折叠结构，其特征在于：所述可折叠结构位于叶片主体两侧，并被划分为6个部分，每一部分可折叠结构包括两个转动叶片、转轴和尖端，所述尖端固定于叶片主体，所述两个转动叶片可以同步地绕各自转轴旋转至与叶片主体贴合或者与尖端贴合，当与尖端贴合时，转动叶片尖端构成稳定的三角形结构。本发明独特的带有尖端的叶片结构在活动叶片闭合时可以形成稳定的三角形受力结构，并且降低迎风阻力。活动叶片打开时，贴合在叶片主体上，也形成一种稳定的结构，并且不至于引起迎风阻力的较大变化。本发明可以通过控制活动叶片的旋转，灵活地调整叶片结构，改变叶片的扫掠面积。
【专利说明】
一种可变截面的新型风电叶片
技术领域
[0001] 本发明涉及风电叶片领域，具体涉及一种可变截面的新型风电叶片。
【背景技术】
[0002] 风能是一种清洁可再生能源，具有巨大的应用潜力。风力发电的原理是利用风电 叶片的旋转，带动发电机发电，风力发电机输出功率的公式如下所示：
[0004]式中：
[0005] P:风力发电机的输出功率；
[0006] CP:风能利用系数；
[0007] p:空气密度；
[0008] A:叶片扫掠面积；
[0009] V:风速。
[0010] 根据上式可知，风力发电机的输出功率与叶片扫掠面积成正比。风能具有风力大 小和风向任意变化的特点，因此风的日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很 大，很不稳定。如何让风电叶片更好地适应风的波动是风力发电领域一直存在的问题。
【发明内容】
[0011] 为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可变截面的新型 风电叶片，独特的带有尖端的叶片结构，降低了空气流过时的阻力，通过叶片两侧活动叶片 的旋转，可以根据风速灵活地改变叶片的扫掠面积，更好地捕捉风能。
[0012] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0013] -种可变截面的新型风电叶片，包括叶片主体7和可折叠结构，其特征在于:所述 可折叠结构位于叶片主体7两侧，并被划分为6个部分，每一部分可折叠结构包括转动叶片 a8、转动叶片b 12、转轴a9、转轴b 11和尖端a 10，所述尖端a 10固定于叶片主体7，所述转动叶 片a8和转动叶片bl2可以同步地绕各自的转轴a9和转轴bll旋转至与叶片主体7贴合或者与 尖端alO贴合，当与尖端alO贴合时，转动叶片bl2、转动叶片a8与尖端alO构成稳定的三角形 结构。
[0014] 所述转动叶片a8和转动叶片bl2其截面形状均是底角为15°的等腰三角形，所述尖 端alO的截面形状为等边三角形，并且上述等腰三角形的腰与等边三角形的边长相等。
[0015] 所述位于叶片主体7两侧的可折叠结构被划分为活动叶片al、活动叶片b2、活动叶 片c3、活动叶片d4、活动叶片e5和活动叶片f6,6个部分，其长度分别记为1^、1^、1^、1^丄5和 L6，MWL1:L3:L5 = 5:4:3，L2:L4:L6 = 5:4:3。
[0016] 所述活动叶片al、活动叶片b2、活动叶片c3、活动叶片d4、活动叶片e5和活动叶片 f6的转动是相互独立的，当风速升高时，两侧的活动叶片顺次打开，当风速降低时，两侧的 活动叶片顺次闭合。
[0017] 和现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0018] 1、本发明一种可变截面的新型风电叶片，独特的带有尖端的叶片结构在活动叶片 闭合时可以形成稳定的三角形受力结构，增强叶片的刚度，并且降低迎风阻力。而活动叶片 打开时，贴合在叶片主体上，也形成了一种较为稳定的结构，并且不至于引起迎风阻力的较 大变化。本发明通过控制活动叶片的打开和闭合，可以改变叶片截面的形状，并且同时改变 叶片整体的扫掠面积。
[0019] 2、本发明一种可变截面的新型风电叶片的可折叠结构位于叶片主体7两侧，并沿 叶片长度方向被划分为6个部分，各部分可以独立地旋转，根据风速的变化，顺次打开和闭 合活动叶片，能够调整叶片的结构和扫掠面积，在较大的范围内适应风速、风向的变化，兼 顾了叶片结构的可靠性和调整的灵活性。
【附图说明】
[0020] 图la为6个活动叶片都闭合时的示意图。
[0021] 图lb为活动叶片al和活动叶片b2打开，其余叶片闭合时的示意图。
[0022]图lc为活动叶片al、活动叶片b2、活动叶片c3、活动叶片d4打开，活动叶片e5和活 动叶片f6闭合时的示意图。
[0023]图Id为6个活动叶片都打开时的示意图。
[0024]图le为活动叶片al、活动叶片c3和活动叶片e5打开，而活动叶片b2、活动叶片d4、 活动叶片f6闭合时的示意图。
[0025] 图If为活动叶片al、活动叶片c3和活动叶片e5闭合，而活动叶片b2、活动叶片d4、 活动叶片f6闭合时的示意图。
[0026] 图2a为图la的A-A断面图。
[0027] 图2b为图Id的B-B断面图。
[0028] 图2c为图le的C-C断面图。
[0029] 图2d为图If的D-D断面图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0031]如图la所示，本发明一种可变截面的新型风电叶片，包括叶片主体7和可折叠结 构，所述可折叠结构位于叶片主体7两侧，并被划分为6个部分。
[0032]作为本发明优选的实施方式，所述可折叠结构被划分为活动叶片al、活动叶片b2、 活动叶片c3、活动叶片d4、活动叶片e5和活动叶片f6,其长度分别记为1^1、1^、1^3、1^4、1^5和 L6,有1^1:1^3:1^5 = 5:4:3儿2:1^4:1^6 = 5:4:3。实际叶片从根部到外端叶片逐渐收窄，设置这 样的叶片长度比例使得折叠叶片的积分面积较为接近。
[0033] 图2a、图2b、图2c和图2d分别为图la、图ld、图le、图If的断面图，均显示了活动叶 片c3和活动叶片d4所在截面的结构图。活动叶片d4包括转动叶片a8、转动叶片bl2、转轴a9、 转轴b 11和尖端a 10，所述尖端a 10固定于叶片主体7，所述转动叶片a8和转动叶片b 12可以分 别绕转轴a9和转轴bll旋转，转动叶片a8和转动叶片bl2的旋转是同步的，以保证获得稳定 的叶片结构。当二者旋转至与尖端alO贴合时，转动叶片bl2、转动叶片a8与尖端alO构成稳 定的三角形结构，增强了叶片的刚度，并且降低了叶片的迎风阻力，而活动叶片打开时，贝占 合在叶片主体上，也形成了一种较为稳定的结构，并且不会引起迎风阻力的较大变化。
[0034]作为本发明优选的实施方式，所述转动叶片a8和转动叶片bl2其截面形状均是底 角为15°的等腰三角形，所述尖端alO的截面形状为等边三角形，并且上述等腰三角形的腰 与等边三角形的边长相等。这种结构设置可以保证转动叶片bl2、转动叶片a8与尖端alO完 全贴合，形成稳定的结构。
[0035] 如图2a、图2b、图2c和图2d所示，在同一截面上，活动叶片d4的另一侧，活动叶片c3 由转动叶片cl3、转动叶片dl7、转轴cl4、转轴dl6和尖端bl5组成，其构成和作用原理与活动 叶片d4相同。活动叶片c3与活动叶片d4的转动是相互独立的，二者的共同作用可以改变所 在叶片截面的形状和扫掠面积。同一截面上的两个活动叶片可以组合出多种结构的叶片截 面，从而灵活地调整叶片的结构，图2a、图2b、图2c和图2d给出了同一截面上两个活动叶片 打开和闭合的4种不同组合的结构图，二者的不同组合产生具有不用结构的叶片截面形状， 具有不同的气动特性，可适用于更广泛的工况。
[0036]对于不同截面上的活动叶片，其转动也是彼此独立的，活动叶片al、活动叶片b2、 活动叶片c3、活动叶片d4、活动叶片e5和活动叶片f6之间的协同作用灵活地调整叶片整体 的结构和扫掠面积，提供了丰富的调整策略。作为本发明优选的实施方式，所述活动叶片 al、活动叶片b2、活动叶片c3、活动叶片d4、活动叶片e5和活动叶片f6采用顺次调整的方式， 当风速升高时，两侧的活动叶片顺次打开，当风速降低时，两侧的活动叶片顺次闭合。具体 过程如图la、图lb、图lc、图Id所示，初始时6个活动叶片都处于闭合的状态，此时叶片的扫 掠面积最大，迎风阻力最小，适用于风速较低的工况，如图la的整体视图和图2a的截面图所 示;随着风速升高，活动叶片al和活动叶片b2打开，其余叶片保持闭合，如图lb所示，风速继 续升高，则活动叶片al、活动叶片b2、活动叶片c3、活动叶片d4打开，活动叶片e5和活动叶片 f6保持闭合，如图lc所示;风速再升高，则6个活动叶片都打开，此时叶片的扫掠面积最小， 迎风阻力最大。同样地，当风速逐渐降低时，反向进行上述过程即可。
[0037]需要指出的是，顺次调整的控制方式并未限定本发明的实施方式，本发明提供的 一种带尖端而且两侧可折叠的叶片结构，可以有多样的调节和控制方式，满足多种工况的 需要。图le为活动叶片al、活动叶片c3和活动叶片e5打开，而活动叶片b2、活动叶片d4、活动 叶片f6闭合时的示意图，图If为活动叶片al、活动叶片c3和活动叶片e5闭合，而活动叶片 b2、活动叶片d4、活动叶片f6闭合时的示意图，参考图2c和图2d的断面图，可以看出，本发明 还可以控制单侧叶片闭合或者打开，以达到调整叶片结构，改变叶片扫掠面积的目的。上述 描述和示例显示，本发明兼顾了叶片结构的可靠性和调整的灵活性，能够较好地适应风速 的变化，从而提尚风能利用的效率。
【主权项】
1. 一种可变截面的新型风电叶片，包括叶片主体(7)和可折叠结构，其特征在于:所述 可折叠结构位于叶片主体(7)两侧，并被划分为6个部分，每一部分可折叠结构包括转动叶 片a(8)、转动叶片b(12)、转轴a(9)、转轴b(ll)和尖端a(10)，所述尖端a(10)固定于叶片主 体(7 )，所述转动叶片a(8)和转动叶片b(12)可以同步地绕各自的转轴a(9)和转轴b(11)旋 转至与叶片主体(7)贴合或者与尖端a( 10)贴合，当与尖端a( 10)贴合时，转动叶片b( 12)、转 动叶片a (8)与尖端a (10)构成稳定的三角形结构。2. 根据权利要求1所述的一种可变截面的新型风电叶片，其特征在于:所述转动叶片a (8)和转动叶片b(12)其截面形状均是底角为15°的等腰三角形，所述尖端a(10)的截面形状 为等边三角形，并且上述等腰三角形的腰与等边三角形的边长相等。3. 根据权利要求1所述的一种可变截面的新型风电叶片，其特征在于:所述位于叶片主 体(7)两侧的可折叠结构被划分为活动叶片a(l)、活动叶片b(2)、活动叶片c(3)、活动叶片d (4)、活动叶片6(5)和活动叶片汽6)6个部分，其长度分别记为1^、1^丄3、1^丄5和1^，则有 Ll：L3：L5 = 5：4：3,L2：L4：L6 = 5：4：3〇4. 根据权利要求1所述的一种可变截面的新型风电叶片，其特征在于:所述活动叶片a (1)、活动叶片b(2)、活动叶片c(3)、活动叶片d(4)、活动叶片e(5)和活动叶片f(6)的转动是 相互独立的，当风速升高时，两侧的活动叶片顺次打开，当风速降低时，两侧的活动叶片顺 次闭合。
【文档编号】F03D1/06GK106065847SQ201610653490
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年8月10日
【发明人】孔伟佳, 吴东垠
【申请人】西安交通大学