专利名称：可调迎风面积的风力机叶片的制作方法
技术领域：
本实用新型公开一种可调迎风面积的风力机叶片，属于风力机技术领域。
背景技术：
风能作为一种清洁可再生的能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球 的风能约为2. 74X IO9MW,其中可利用的风能为2X IO7MW,比地球上可开发利用的水能总量 还要大10倍，但是风能的利用率却不高，因此怎样有效充分地利用风能一直是人们所探究 的问题。以风力发电为例，国内外传统的风能的采集与使用都局限于贝茨(Betz)理论，其 风能利用系数的最大值为0. 593。2004年，印度研究员做出了风能利用系数达到0. 89的最 大值报告。但是，无论风能利用系数是0.593还是0.89，我们不得不承认将采集到的风能 转换成电能过程中存在巨大耗损，使得最后产生的电力远不足原来风能的1/4。现在所使用的风力发电机的风力采集设备以三个叶片为主，风轮直径都在数百英 尺以上。巨大的结构及装备，无论是设备成本、安装和维修的造价都十分昂贵。现有的风力机叶片存在以下技术不足1)叶片的迎风面积是一定的，一部分叶片处于迎风、准迎风状态，另一部分叶片则 处于逆风和半逆风状态，这样会抵消部分力矩，从而降低采集风能的效率。2)叶片的面积庞大，运输、架设和维修的成本普遍偏高，故障率也高。3)单位时间内，理想状态下风轮叶片A所能采集的风能为PA，PA = V2P XAXV3,其中，ρ为空气密度(单位kg/m3)，A为风轮叶片扫掠面积(单位m2)，V为风速， (单位:m/s)。由于风轮在风场中受到风速及风向波动的影响，使风力机输出的可用功率进一步 减少。考虑到此因素，风力机的实际采集有效风能为ΡΑ(|)，PA(有)=72p XAXV3XCPX η，其中η表示系统效率，一般η为0.7，Cp表示风能利用系数，最大值为0. 593， CpmaxX n = 0. 593X0. 7 0. 42，因此，真正从风力机所获得的功率很少超过风轮叶片采 集风能的40%。针对风轮叶片不能随风调整迎风面积的技术缺陷，中国专利CN101225796A公开 了可以调节迎风面积的叶片，每个风叶本体(相当于本实用新型中所述的叶片)是由两个 相互铰链的叶片(相当于本实用新型中所述的折叠叶片)组成，铰链叶片的迎风面采用弹 簧将两个叶片相连，目的在于，当风叶本体不迎风时，两个叶片可以在弹簧的弹力作用下闭 合，减少阻力。该专利的不足在于，整个风叶本体的张开是需要风能驱动的，因此难免会消 耗部分风能；其次整个风叶本体的张开时间也只是在风向与风叶本体完全垂直时才能完全 张开，时间相对较短，采集风能的效率比较低。发明内容为解决以上的技术问题，本实用新型公开一种能适用低风速地区、采集风能效率 高的可调迎风面积的风力机叶片。本实用新型的技术方案如下一种可调迎风面积的风力机叶片包括叶柄和折叠叶片，其特征在于，风力机叶片 还包括收展控制杆、联动杆、联动轴和配重块，在叶柄远离水平轴的端部两侧对称设有折叠 叶片，联动轴平行于叶柄；折叠叶片上设有骨架，两个联动杆的一端分别通过轴承与联动轴 垂直连接，另一端分别与两个折叠叶片上的与叶柄平行的骨架轴承连接；收展控制杆的一 端与联动轴垂直固定连接，在叶柄远离水平轴的末端设置一个轴向与叶柄垂直的筒套，收 展控制杆贯穿设置在筒套中，收展控制杆的另一端与配重块固定连接。本实用新型的风力 机叶片可固定安装在风力机的水平轴上，形成风轮；叶片可以根据风轮旋转角度的不同展 开或闭合，使叶片的迎风面积可随风轮的转动而改变例如当叶片旋转的角度处于迎风时， 叶片开展至最大，此时叶片处于完全采集风能阶段；当叶片旋转的角度处于逆风时，叶片闭 合至最小，此时叶片处于不完全采集风能阶段，同时也减小了逆向所产生的阻力，增加了风 能的利用率。所述的折叠叶片的材料为碳纤维布。所述叶柄的长度为2 3米。所述折叠叶片长1 1. 2米，宽0. 2 0. 4米。所述的配重块重0. 8 1. 5kg。增加配重块的目的在于使风轮在低风速时能产 生最大的力矩，以维持正常转动；其次；利用重力，使配重块牵拉收展控制杆控制叶片的自 动张合。所述风力机叶片的工作方法，过程如下5个风力机叶片固定设置在风力机的水平轴上，形成风轮，相邻风力机叶片的叶柄 的夹角度数为72度；当叶片由270度旋转至0度时，叶片的状态是由图4的虚线部分到实线部分的转 变过程当叶片逆时针旋转至0度时，配重块10因重力向叶片闭合的方向运动，随即带动收 展控制杆7向叶片闭合的方向运动，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被收 展控制杆7推离叶片，同时两个联动杆8之间的夹角变大，即叶片逐渐张开至最大张角；当叶片由0度旋转至90度时，叶片的状态是图4、5的实线部分配重块10因重力 的作用停滞在离叶片最近的地方，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被收展 控制杆7推离并停滞在离叶片最远的位置，两个联动杆8之间的夹角保持最大，即叶片保持 最大张角；当叶片由90度旋转至180度时，叶片的状态是由图4的实线部分到虚线部分的转 变过程当叶片逆时针旋转至180度时，配重块10因重力向叶片展开的方向运动，随即带动 收展控制杆7向叶片展开的方向运动，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被 收展控制杆7向叶片方向拉近，同时两个联动杆8之间的夹角变小，即叶片逐渐闭合至最小 角；当叶片由180度旋转至270度时，叶片的状态是图4的虚线部分配重块10因重 力的作用停滞在离叶片最远的地方，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被收展控制杆拉近并停滞在离叶片最近的位置，两个联动杆8之间的夹角保持最小，即叶片保
持最小角。优选的，所述叶片的张开角度最大为135度。本实用新型的优势在于1)本实用新型的风力机叶片设计紧凑、合理，故障率低，运输、安装和维护简单方 便，经济适用。2)本实用新型应用在风能采集时，通过机械方式控制叶片面积随风轮的转动而改 变，以减少运转时的阻力，使风能的利用率达80%以上。
图1是风力机叶片的张、合示意图；图2是可调迎风面积风力机叶片的结构示意图，其中实线部分为叶片完全张开的 状态，虚线部分为叶片完全闭合状态；图3是图2实线部分的右视图。在图1-3中:1、叶柄；2、水平轴；3、风轮；4、折叠叶片；5、风向；6、套筒；7、收展控 制杆；8、联动杆；9、联动轴；10、配重块；11、骨架；12、轴承。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但不限于此。实施例1、一种可调迎风面积的风力机叶片包括叶柄1和折叠叶片4，其特征在于，风力机叶 片还包括收展控制杆7、联动杆8、联动轴9和配重块10，在叶柄1远离水平轴2的端部两侧 对称设有折叠叶片4，联动轴9平行于叶柄1 ；折叠叶片4上设有骨架11，两个联动杆8的 一端分别通过轴承12与联动轴9垂直连接，另一端分别与两个折叠叶片4上的与叶柄平行 的骨架11轴承连接；收展控制杆7的一端与联动轴9垂直固定连接，在叶柄1远离水平轴 2的末端设置一个轴向与叶柄1垂直的筒套6，收展控制杆7贯穿设置在筒套6中，收展控 制杆7的另一端与配重块10固定连接。所述的折叠叶片4的材料为碳纤维布。所述叶柄1的长度为2 3米。所述折叠叶片4长1 1.2米，宽0. 2 0.4米。所述的配重块10重0. 8 1. 5kg。实施例1所述风力机叶片的工作方法，过程如下5个风力机叶片固定设置在风力机的水平轴2上，形成风轮3，相邻风力机叶片的 叶柄1的夹角度数为72度；当叶片由270度旋转至0度时，叶片的状态是由图2的虚线部分到实线部分的转 变过程当叶片逆时针旋转至0度时，配重块10因重力向叶片闭合的方向运动，随即带动收 展控制杆7向叶片闭合的方向运动，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被收 展控制杆7推离叶片，同时两个联动杆8之间的夹角变大，即叶片逐渐张开至最大张角；风 力机叶片开始进入采集风能阶段。
5[0046]当叶片由0度旋转至90度时，叶片的状态是图2、3的实线部分配重块10因重力 的作用停滞在离叶片最近的地方，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被收展 控制杆7推离并停滞在离叶片最远的位置，两个联动杆8之间的夹角保持最大，即叶片保持 最大张角；风力机叶片完全张开，与风向5的接触面积最大，因此处于完全采集风能阶段。当叶片由90度旋转至180度时，叶片的状态是由图2的实线部分到虚线部分的转 变过程当叶片逆时针旋转至180度时，配重块10因重力向叶片展开的方向运动，随即带动 收展控制杆7向叶片展开的方向运动，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被 收展控制杆7向叶片方向拉近，同时两个联动杆8之间的夹角变小，即叶片逐渐闭合至最小 角；风力机叶片开始进入不完全采集风能阶段。当叶片由180度旋转至270度时，叶片的状态是图3的虚线部分配重块10因重 力的作用停滞在离叶片最远的地方，收展控制杆7的另一端连接有联动轴9，联动轴9被收 展控制杆7拉近并停滞在离叶片最近的位置，两个联动杆8之间的夹角保持最小，即叶片保 持最小角。风力机叶片完全闭合，与风向5的接触面积最小，因此处于不采集风能阶段。所述叶片的张开角度最大为135度。
权利要求一种可调迎风面积的风力机叶片包括叶柄和折叠叶片，其特征在于，风力机叶片还包括收展控制杆、联动杆、联动轴和配重块，在叶柄远离水平轴的端部两侧对称设有折叠叶片，联动轴平行于叶柄；折叠叶片上设有骨架，两个联动杆的一端分别通过轴承与联动轴垂直连接，另一端分别与两个折叠叶片上的与叶柄平行的骨架轴承连接；收展控制杆的一端与联动轴垂直固定连接，在叶柄远离水平轴的末端设置一个轴向与叶柄垂直的筒套，收展控制杆贯穿设置在筒套中，收展控制杆的另一端与配重块固定连接。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述的折叠叶片的材料为碳纤维布。
3.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述叶柄的长度为2 3米。
4.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述折叠叶片长1 1.2米，宽 0. 2 0. 4 米。
5.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述的配重块重0.8 1. 5kg。
专利摘要本实用新型公开一种可调迎风面积的风力机叶片。风力机叶片根据整个风轮的旋转角度的不同展开或闭合，使叶片的迎风面积可随风轮的转动而改变，充分有效地采集风能。本实用新型设计紧凑、合理，故障率低，运输、安装和维护简单方便，适用于低风速地区，而且风能的利用率达到80％。
文档编号F03D3/06GK201763523SQ201020515769
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者许士泉, 许盟来 申请人:许士泉