垂直轴风力机使用开槽技术提高风能利用的叶片的制作方法
【专利摘要】垂直轴风力机使用开槽技术提高风能利用的叶片，在垂直轴风力机叶片下表面上距前缘35%弦长处开槽，一直到叶片尾缘处；深度为叶片厚度的60%，风力机叶片与风机水平支撑杆连接，支撑杆通过连接盘与旋转轴相连。本实用新型效果和益处是：本实用新型采用叶片开槽技术弥补升力型叶片的不足，使叶片在全攻角内做正功，同时降低了风机的启动风速，大大提高了叶片使用性能，具有降低风机启动风速，提高风能利用系数等优点。
【专利说明】垂直轴风力机使用开槽技术提高风能利用的叶片
[0001]【技术领域】:本实用新型涉及一种提高风力机性能的叶片，尤其涉及一种在垂直轴风力机使用开槽技术提高风能利用的叶片，属于风能利用等应用【技术领域】。
[0002]【背景技术】:随着环境和能源问题日益突出，可再生能源的开发和利用得到世界各国的重视。风能在可再生能源的利用中占有很大的比例，风力发电作为对风能利用的主要形式受到越来越多的重视。现代用于并网运行的大型风力发电机组，大多为水平轴风力发电机组，并且技术已经很成熟。但风能的最早利用形式就是垂直轴风车，但是垂直轴风力发电机出现较晚，主要是由于人们普遍认为垂直轴风力发电机的风能利用率低于水平轴，因而导致垂直轴风力发电机长期得不到重视。随着升力型风轮技术的发展，使得垂直轴风力发电机的风能利用率不再低于水平轴，并且与水平轴风力发电机相比，其具有维护方便，叶片设计制造简单，造价低，不需要对风装置等优点。
[0003]目前风力机叶片阻力有两个来源:一是由于流体与物体表面摩擦所产生的剪应力，另一是物体表面非对称压强分布所产生的压差阻力。如果是无粘流，物体前后受到的压力总的作用是相等的，因此不存在压差阻力。实际中，边界层的作用类似于减小了流动通道(或可理解为增加了物体的等效厚度)，使物体后部压力比无粘流时小，形成压差阻力。当流动发生分离时，分离区速度很小，从分离点开始，压力基本不变。分离将在物体的后部形成分离区和尾流，它们都是低压区，将导致很强的压差阻力(分离阻力)。因此，为了使阻力减小就应把边界层的发展控制在最小的限度内，并设法防止发生分离。流线型的采用和扩压器最适宜的扩散角的选择等，都是建立在这个观点上的，特别是在翼型的设计中更是如此。例如把机翼最厚的位置向后挪动，使机翼吸力面的压力梯度尽可能地变小，这时边界层会更加稳定，且容易保持层流。层流边界层的壁面剪切应力较湍流的小，所以形成了阻力比较小的翼型(层流翼型)。上述方法是通过对边界层以外的主流流动控制来防止边界层发展和分离。与此相反，不改变主流状态而通过直接改变边界层性质来实现流动分离控制是可以实现的。
[0004]叶片开槽技术是在风机叶片背部开深槽，当叶片与来流成正攻角范围内，风机叶片采用上翼面产生的升力做功，来提供风机带动发电装置的扭矩，当叶片与来流处于负攻角时，叶片的背部开槽成为阻力型叶片，吸收更高的风能。垂直轴风机叶片数目一般在3片以上，这样3个叶片上翼面和下翼面轮流做功，就可以提供源源不断的能量。
[0005]目前垂直轴风力机有三种利用风能的形式:1)升力型，是目前应用比较广的，因为可以有更高的风能利用系数；2)阻力型，尖速比较小，但容易起动；3)升阻混合型，该种组合是结合了以上两种的弊端，取其优点，但在大的尖速比下，阻力单元会成为整个风机的阻力。如果把阻力单元与升力叶片结构混合，既可以解决阻力单元造成的负面影响，也可以提高升力型叶片的不足。因此这种升力型混合阻力式的叶片的应用发展是很有潜力的。
[0006]实用新型内容:本实用新型为了解决垂直轴升力型风力机在旋转发电过程中，吸收风能的叶片相对于旋转轴旋转，而风向与叶片的弦线夹角随着风轮的旋转角度是周期性变化的。每个叶片发出有用功仅在很小的一个角度范围，当叶片正攻角时做正功，负攻角是做负功。为改变负攻角时做负功这一缺陷，在叶片背部开槽，使叶片在负攻角时也做正功，进而提高风力机的性能，吸收更多的风能。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:垂直轴风力机使用开槽技术提高风能利用的叶片，在垂直轴风力机叶片下表面上距前缘35%弦长处开槽，一直到叶片尾缘处；深度为叶片厚度的60%，风力机叶片与风机水平支撑杆连接，支撑杆通过连接盘与旋转轴相连。
[0008]本实用新型效果和益处是:本实用新型采用叶片开槽技术弥补升力型叶片的不足，使叶片在全攻角内做正功，同时降低了风机的启动风速，大大提高了叶片使用性能，具有降低风机启动风速，提闻风能利用系数等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是叶片的结构示意图。
[0010]图2是图1的俯视图。
[0011]图3是垂直轴风力机的结构示意图。
【具体实施方式】:
[0012]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。给予本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的一个具体实施例。
[0013]如图1和图2所示:查取翼型手册，选取对称翼型0018为实验翼型，叶片采用木质制成，为防止叶片开缝强度受到影响。在叶片内部设计预埋金属钢构件，每片叶片预埋3个，并且每片叶片钢件位置一样，以免风机转动不平衡。叶片开缝保证不要改变翼型原有的气动外形。把做好的叶片组装成实验框架，套在旋转轴上，最后连接外部实验仪器进行实验。垂直轴风机应用开槽技术，主要实验方案由风机叶片1、开槽口 2组成。在垂直轴风力机叶片I上距前缘35%弦长处开槽，一直到叶片尾缘处；深度为叶片厚度的60%。
[0014]工作原理
[0015]垂直轴升力型风力机叶片工作时，依靠叶片本身的升力在旋转圆周切向力分力来产生动力，而叶片在旋转过程中，叶片的与来流的攻角在不断变化。随着攻角的增大，叶片吸力面气流分离逐渐加剧，升力逐渐降低，切向分力也随之减小，叶片的做功能力也随之下降。为了使叶片在负攻角范围内做功，采用叶片背部开槽，把叶片变为阻力型，这样可以增加叶片的风能利用，从而提高发电量。
[0016]如图3所示:风机安装轴7与风机实验装置固定座相连，使用连轴器与测量风机参数扭矩仪连接。风机实验装置采用4片叶片，周向均匀布置，叶片I上有与连接杆4连接的螺栓孔，使用螺栓3与连接杆4相连，连接杆通过螺栓与安装盘5相连接，组成一个风机框架。风机框架的安装盘内有通孔，套在旋转轴6上，使用顶丝与轴固定。风机安装轴7与旋转轴6连接。
【权利要求】
1.垂直轴风力机使用开槽技术提高风能利用的叶片，其特征在于:在垂直轴风力机叶片下表面上距前缘35%弦长处开槽，一直到叶片尾缘处；深度为叶片厚度的60%，风力机叶片与风机水平支撑杆连接，支撑杆通过连接盘与旋转轴相连。
【文档编号】F03D3/06GK203532157SQ201320636848
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】李国文, 赵国昌, 朱建勇, 王国鹏, 田晶 申请人:沈阳航空航天大学