转子叶片的几何描述的制作方法
【专利说明】转子叶片的几何描述 1.技术领域
[0001] 本发明涉及可再生能源发电，特别是利用流体动能的那些。本发明更具体地涉及 属于从运动流体中的动能的转化发电的机器的转子叶片的形状的非常规设计。
[0002] 2?现有技术的描述
[0003] 当前，风力发电行业正在寻找将使发电过程更高效的技术，并因此集中精力于研 究领域，例如具有允许更好地捕获风能的更高效的形状的叶片的开发。这导致了具体问题 的创新，例如空气动力学改进，新型材料、控制系统和叶片制造方法的使用，前者是本发明 的工作定位。
[0004] 迄今为止，存在可以包括在本发明的范畴内的发展和文件，它们给出的结果是非 常规叶片形状；然而，它的操作改进在于完全不同的特征。US2007/0013194A1描述了一种 非常规形状，其几何目的是减少转子在运行期间产生的气动噪声，在本发明中曲率的目的 是着眼于减小转子的直径，使它通过具有更大的空气动力学面积促进从流体更高效的动能 获取。US2011/0070094A1描述了一项发明，其形状具有遵循不同于气动力的原则的曲率， 例如面积减少和牛顿第三作用反作用定律，促进旋转叶片运动，此外，它的横截面是由在凹 面内输送流体的恒定厚度片形成的，与本发明的横截面不同，本发明中使用可变的空气动 力学轮廓作为对一旦流体通过轮廓的劣势和优势区域产生的流体动力的利用的函数。与非 常规叶片类别相关的其他文件是CN101846042A和JP2010261431A，它们与本发明的操作或 配置没有任何相似之处，与本发明的唯一关系在于风力发电机的非常规叶片形状的实施。
[0005] 本发明包含小规模风力发电产业的一些问题和需要的解决方法，其中当前世界范 围内安装的设备大多数提供了 20至30%的效率范围；所述值预期会随着新技术和设计方 法的使用而提高。本发明恰恰针对提高所述效率，效率值达到45和55%之间。 3.【附图说明】
[0006] 错误！未找到引用源。示出了叶片的优选实施例和在本发明中流体移动的方向。
[0007] 错误！未找到引用源。示出了叶片的总体三维视图和它的包括在平面P中的主中 性轴。
[0008] 错误！未找到引用源。示出了具有各个弯曲半径的第一部分的详细视图。
[0009] 错误！未找到引用源。示出了空气动力学轮廓PAij的二维视图。
[0010] 错误！未找到引用源。示出了叶片的第一部分沿着平面的二维视图。
[0011] 错误！未找到引用源。示出了叶片的横截面的详细三维视图。
[0012] 错误！未找到引用源。示出了叶片的第二部分的三维视图。
[0013] 图8示出了叶片的第三部分的三维视图。
[0014] 图9示出了用于风力发电系统的优选实施例中的结构的三维视图。
[0015] 图10示出了流体流过风力发电系统的视图。
[0016] 图11示出了风力发电系统的旋转方向。 4.【具体实施方式】
[0017] 本发明公开了一种起源于旋转运动的流体的动能的转化产生电能的叶片。所述旋 转运动向耦接到发电机的中心水平轴移动。所述水平轴通过笛卡尔轴定义，笛卡尔轴 和笛卡尔轴]一起形成间隙面的总体正交结构。
[0018] 叶片具有特定的几何形状，其沿着轴延伸，当它继续延伸时远离轴I，并且由 纵向上底部（a)和尖端（b)限制，通过一系列称为截面中性轴（SectionalNeutralAxis) 截面曲率和常曲率获得叶片的连接，截面中性轴Eni所有一起产生连续的或不连续的 主曲率，称为主中性轴（PrimaryNeutralAxis)En。就横截面来说，它由冲击边缘（f)和 逃逸边缘（d)限定，当由连接几个点的一个或多个连续曲线结合时，在他们之中，对应于冲 击边缘和逃逸边缘的点形成具有可变的或恒定厚度的空气动力学轮廓PAu。由这五个边界 (底部、顶端、冲击边缘、逃逸边缘、空气动力学轮廓）限定的体积产生叶片的形状。
[0019] 叶片的主要几何特征是曲率，由上述提到的截面中性轴Er^限定，当接合形成主中 性轴En时，给定曲率长度L处于0.01m彡L彡30m的范围内。为了创建这个曲率，连接一 系列点Pcij;这些点沿着描述空气动力学轮廓PA^的底部曲线构造，在距离冲击边缘点c/4 距离处，c是空气动力学轮廓线的长度。
[0020] 所述主中性轴En包括在平面P内，平面P与平面重合。主中性轴En起始点 (底部）通过辅助参考结构定位；起始于平面爲fjP平面〒的交线，平面 平行于平面且垂直于旋转轴平面平行于平面;到与平面和平 面P(如果在优选实施例中有平面P的话）重合的平面。辅助平面之间的交点1就是 主中性轴En开始的地方，也被认为是En的三个分割部分中的第一部分的初始点。
[0021] 在叶片的优选实施例中，第一分割部分1^对应于L的20 % ;然而，它可以在 0. 15*L彡L# 0. 25*L之间的范围内。这部分由点1和2限定，由此后者在截面中性轴En^ 上朝向长度U的末端。第二分割部分定义为L2;这部分开始于点2并且结束于位于截面中 性轴Ervt上的点3,根据优选实施例，这部分具有对应于L的40%的长度，但是，然而它可 以在0. 3*L彡L2> 0. 5*L之间变化。叶片的最后分割部分对应于1^3且由点3和4限定；如在 优选实施例中定义的它的长度为L的40%，并且和其他部分一样具有0. 3*L彡L3> 0. 5*L 之间的长度。限定这些部分中的每一个的弧形是在连接点中的每一个处的切线，即部分U 与部分L2在点2处相切且部分L2与部分L3在3点处相切。
[0022] 叶片的形状经历了一系列横截面变化，其沿着主中性轴En从点1至点4发展并 且和曲率L一样，这些变化在相同的三个部分UL2L3进行分析。经证明的第一变化是横截 面的长度，如所看到的空气动力学轮廓PAU的线c的长度的减小或增加。对于位于叶片 的底部和顶部的空气动学轮廓，所述横截面的长度分别受范围〇, 15*L>cn> 0,3*L和 0，3*L>c33> 0，3*L约束。
[0023] 第二几何变化对应于转矩，其沿着主中性轴En从点1到点4变化，且和曲率L一 样，这些变化在相同的三个部分UL2L3进行分析。测量该转矩为每个PAu轮廓的线c和与 平面P垂直的轴u之间形成的角a^的函数，平面P与主中性轴En相交于点Pc^。这个角 度可以是正的以及负的，当拐点时角度为〇°，当u轴平行于c线时形成。当所述角顺时针 增加时，正的角度存在且当逆时针方向增大时，负的角度存在。
[0024]在叶片的底部，扭转角可以在以下值之间的范围内，-38°彡a148°，并且顶 部的扭转角可以在-46°彡a40°之间的范围。然而，在优选实施例中，对于底部和顶 部，分别形成-31°彡a30°和-44°彡a16°之间的转矩。
[0025] 对于具有更好的性能的结构，对于底部和顶部，所述转矩分别处于以下范围： 5° 彡a> 25° 和-5° 彡a> 15°。
[0026] 5.本发明的详细说明
[0027] 本发明公开了一种用于从流体的动能和旋转运动的转化发电的叶片，其中，动能 转化到旋转运动的容量与叶片和空气流动之间的有效接触面积直接相关。本发明提供了相 比于常规平叶片所述有效面积的增加，考虑到对于相等的有效直径，曲线形状可以提供更 大的接触面积，从而产生更多的能量。
[0028] 此外，叶片的曲率在此允许相比于使用常规的以平状为主的叶片获得的更大比例 地使用的流体流动的动能。以上由于空气流动撞击叶片不和通常发生在常规设计中的垂直 撞击一样，在常