一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片的制作方法
【专利摘要】一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，包括顶部的两片活动叶片、根部的固定叶片、连接活动叶片与固定叶片的电动合页、安装在固定叶片的顶部且布置于两片活动叶片之间的中空骨架，还包括安装在风力发电机塔架上的风速传感器和以计算机为载体的电动合页控制系统。风力发电机工作时，风速传感器适时地测量风速，并将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统根据当前风速确定能够保持额定输出功率的叶片扫掠面积范围，并控制电动合页分别带动连接在其上的两片活动叶片旋转至合适的角度档位，使叶片扫掠面积能够满足保持风力发电机在当前风速下处于额定输出功率范围的条件，大大拓展了风力发电机风速的适用范围。
【专利说明】—种自动调节迎风面积的风力发电机叶片
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风力发电机叶片，具体涉及一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片。
【背景技术】
[0002]风力发电的原理是利用风力带动风力发电机叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升来促使发电机发电，风力发电机输出功率的公式如下所示:
[0003]P = jCppAV:
[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]根据风力发电机输出功率的公式，风力发电机的输出功率与风速的三次方成正比，说明风速的变化对于风力发电机的输出功率有很大的影响，同时风力发电机的输出功率与叶片扫掠面积成正比，因此叶片扫掠面积的大小也会对风力发电机的输出功率产生影响。依据现在的风力发电技术，大约每秒3米的微风风速就可以开始发电，然而风速是不受人为控制的，在风速过大的情况下风力发电机容易发生输出功率过载，因此需要新的技术使风力发电机在不同风速下都能保持一个较为稳定的输出功率。
【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自动调节迎风面积的风力发电机叶片，不仅可以满足常规风力发电机叶片的性能要求，还能够根据风速的变化自动调节叶片的迎风面积，从而使风力发电机能够保持一个较为稳定的输出功率。
[0012]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0013]一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，包括顶部的两片活动叶片1、根部的固定叶片2、连接活动叶片I与固定叶片2的电动合页3、安装在固定叶片2的顶部且布置于两片活动叶片I之间的中空骨架4，还包括安装在风力发电机塔架上的风速传感器5和以计算机为载体的电动合页控制系统6，风力发电机工作时，风速传感器5适时地测量风速，并将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统6根据当前风速确定能够保持额定输出功率的叶片扫掠面积范围，并控制电动合页3分别带动连接在其上的两片活动叶片I旋转至合适的角度档位，使叶片扫掠面积能够满足保持风力发电机在当前风速下处于额定输出功率范围的条件。
[0014]所述活动叶片I由常规风力发电机叶片顶部的一段改装而成，即将常规风力发电机顶部的一段叶片沿径向一分为二地变为两片活动叶片1，活动叶片I的厚度为常规风力发电机叶片厚度的一半，所述固定叶片2为常规风力发电机叶片根部的叶片，活动叶片I占整个叶片长度的六分之一，固定叶片2占整个叶片长度的六分之五，两片活动叶片I和固定叶片2共同构成一根完整的自动调节迎风面积的风力发电机叶片。
[0015]从外形来看，所述中空骨架4是固定叶片2的结构的延伸，但中空骨架4的内部是镂空的，边缘上的结构使两片活动叶片I能够贴在中空骨架4之上。
[0016]所述电动合页3将活动叶片I和固定叶片2连接起来，使两片活动叶片I能以电动合页3为旋转轴在O?180度内不同的角度档位上旋转，即电动合页3能够通过电动合页控制系统6的控制来旋转特定的角度从而使风力发电机叶片获得不同的迎风面积，两片活动叶片I既能够闭合在一起贴在中空骨架4上，也能够旋转至预设的角度档位上起到调整叶片扫掠面积的目的，还能够完全翻折贴在固定叶片2上从而将叶片扫掠面积降到最小。
[0017]在风力发电机的工作过程中，风速较低时，活动叶片I位于电动合页3的零度档位，与固定叶片2处于同一平面，整个叶片是一个整体，外形与常规风力发电机叶片相同；风速逐渐变大时，风速传感器5适时地将风速信号传递给电动合页控制系统6，从而控制活动叶片I以电动合页3为旋转轴向外旋转，随着风速的增加，转动角度不断增大，叶片扫掠面积逐渐减小，当风速增大到极限值时，活动叶片I由电动合页3的零度档位向外转动180度，两片活动叶片I均贴在固定叶片2的表面上，此时叶片扫掠面积最小，抵消了高风速所带来的风力发电机功率过载；若风速继续增大，则无论活动叶片I处于何种角度档位，风力发电机均无法保持在额定输出功率范围之内，此时风力发电机只能停止工作。
[0018]和现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0019]本发明自动调节迎风面积的风力发电机叶片在风力发电机的工作过程中，风速较低时，活动叶片位于电动合页的零度档位，与固定叶片处于同一平面，整个叶片是一个整体，外形与常规风力发电机叶片相同；风速逐渐变大时，风速传感器适时地将风速信号传递给电动合页控制系统，从而控制活动叶片以电动合页为旋转轴向外旋转，随着风速的增加，转动角度不断增大，叶片扫掠面积逐渐减小，当风速增大到极限值时，活动叶片由电动合页的零度档位向外转动180度，两片活动叶片均贴在固定叶片的表面上，此时叶片扫掠面积最小，抵消了高风速所带来的风力发电机功率过载；若风速继续增大，则无论活动叶片处于何种角度档位，风力发电机均无法保持在额定输出功率范围之内，此时风力发电机只能停止工作，但是相比于常规风力发电机叶片，本发明大大拓展了风力发电机风速的适用范围，使风力发电机的工作过程更加灵活，增强了风力发电机的适应性，达到了根据风速的变化自动调节叶片的迎风面积从而使风力发电机保持较为稳定的输出功率的目的，具有很好的推广和应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明自动调节迎风面积的风力发电机叶片的主视图，其中图1a为活动叶片贴在中空骨架上的主视图，图1b为活动叶片贴在固定叶片上的主视图。
[0021]图2为本发明自动调节迎风面积的风力发电机叶片的侧视图。
[0022]图3为本发明活动叶片的旋转过程示意图。【具体实施方式】
[0023]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。
[0024]本发明一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，包括顶部的两片活动叶片1、根部的固定叶片2、连接活动叶片I与固定叶片2的电动合页3、安装在固定叶片2的顶部且布置于两片活动叶片I之间的中空骨架4，还包括安装在风力发电机塔架上的风速传感器5和以计算机为载体的电动合页控制系统6。风力发电机工作时，风速传感器5适时地测量风速，并将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统6根据当前风速确定能够保持额定输出功率的叶片扫掠面积范围，并控制电动合页3分别带动连接在其上的两片活动叶片I旋转至合适的角度档位，使叶片扫掠面积能够满足保持风力发电机在当前风速下处于额定输出功率范围的条件。
[0025]作为本发明的优选实施方式，如图1和图2所示，所述活动叶片I由常规风力发电机叶片顶部的一段改装而成，即将常规风力发电机顶部的一段叶片沿径向一分为二地变为两片活动叶片1，活动叶片I的厚度为常规风力发电机叶片厚度的一半，所述固定叶片2为常规风力发电机叶片根部的叶片，活动叶片I占整个叶片长度的六分之一，固定叶片2占整个叶片长度的六分之五，两片活动叶片I和固定叶片2共同构成一根完整的自动调节迎风面积的风力发电机叶片，所述中空骨架4安装在固定叶片2的顶部且布置于两片活动叶片I之间，从外形来看中空骨架4是固定叶片2的结构的延伸，但中空骨架4的内部是镂空的，边缘上的结构使两片活动叶片I可以贴近在中空骨架4之上，所述电动合页3将活动叶片I和固定叶片2连接起来，使两片活动叶片I能以电动合页3为旋转轴在O?180度内不同的角度档位上旋转，即电动合页3可以通过电动合页控制系统6的控制来旋转特定的角度从而使风力发电机叶片能够获得不同的迎风面积，两片活动叶片I既可以闭合在一起贴在中空骨架4上，也可以旋转至预设的角度档位上起到调整叶片扫掠面积的目的，还可以完全翻折贴在固定叶片2上从而将叶片扫掠面积降到最小。
[0026]如图3所示，在无风情况下，所述风速传感器5测量当前风速为零或者不足以维持风力发电机工作，然后将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统6根据风速信号命令电动合页3不旋转，此时风力发电机无法工作；在微风情况下，风速传感器5测量当前风速并将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统6根据风力发电机输出功率计算公式进行计算分析，得出此时不需要改变叶片的迎风面积，并发出命令使电动合页3不旋转，从而使两片活动叶片I闭合在一起贴在顶部的中空骨架4上，此时叶片的形态与常规风力发电机叶片相同，风力发电机正常工作，输出功率保持在额定范围内；随着风速的增大，风速传感器5测量不同的风速并将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统6根据风力发电机输出功率计算公式进行计算分析，首先得到能使风力发电机维持额定输出功率的叶片扫掠面积的范围，然后据此向电动合页3发出指令，使电动合页3带动连接在其上的活动叶片I旋转至合适的角度档位，使得叶片扫掠面积变化到上述的范围之内，从而使风力发电机的输出功率保持稳定而不会出现功率过载的现象；两片活动叶片I还可以由零度档位旋转180度后贴在固定叶片2上，此时风力发电机叶片具有最小的迎风面积，也就意味着具有最小的叶片扫掠面积，适合于风速达到极限值的情况；如果风速继续增大，即使两片活动叶片I贴在固定叶片2上，风力发电机的输出功率依然超过了额定范围而发生了功率过载，此时必须停机，风力发电机不能继续工作。但是相比于常规风力发电机叶片，本发明大大拓展了风力发电机风速的适用范围，使风力发电机的工作过程更加灵活，增强了风力发电机的适应性，达到了根据风速的变化自动调节叶片的迎风面积从而使风力发电机保持较为稳定的输出功率的目的。
【权利要求】
1.一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，其特征在于:包括顶部的两片活动叶片(I)、根部的固定叶片(2)、连接活动叶片(I)与固定叶片(2)的电动合页(3)、安装在固定叶片(2)的顶部且布置于两片活动叶片(I)之间的中空骨架(4)，还包括安装在风力发电机塔架上的风速传感器(5)和以计算机为载体的电动合页控制系统(6)，风力发电机工作时，风速传感器(5)适时地测量风速，并将风速信号传递至计算机，安装在计算机中的电动合页控制系统(6)根据当前风速确定能够保持额定输出功率的叶片扫掠面积范围，并控制电动合页(3)分别带动连接在其上的两片活动叶片(I)旋转至合适的角度档位，使叶片扫掠面积能够满足保持风力发电机在当前风速下处于额定输出功率范围的条件。
2.根据权利要求1所述的一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，其特征在于:所述活动叶片(I)由常规风力发电机叶片顶部的一段改装而成，即将常规风力发电机顶部的一段叶片沿径向一分为二地变为两片活动叶片(I)，活动叶片(I)的厚度为常规风力发电机叶片厚度的一半，所述固定叶片(2)为常规风力发电机叶片根部的叶片，活动叶片(I)占整个叶片长度的六分之一，固定叶片(2)占整个叶片长度的六分之五，两片活动叶片(I)和固定叶片(2)共同构成一根完整的自动调节迎风面积的风力发电机叶片。
3.根据权利要求1所述的一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，其特征在于:从外形来看，所述中空骨架(4)是固定叶片(2)的结构的延伸，但中空骨架(4)的内部是镂空的，边缘上的结构使两片活动叶片(I)能够贴在中空骨架(4)之上。
4.根据权利要求1所述的一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，其特征在于:所述电动合页(3)将活动叶片(I)和固定叶片(2)连接起来，使两片活动叶片(I)能以电动合页(3)为旋转轴在O~180度内不同的角度档位上旋转，即电动合页(3)能够通过电动合页控制系统(6)的控制来旋转特定的角度从而使风力发电机叶片获得不同的迎风面积，两片活动叶片(I)既能够闭合在一起贴在中空骨架(4)上，也能够旋转至预设的角度档位上起到调整叶片扫掠面积的目的，还能够完全翻折贴在固定叶片(2)上从而将叶片扫掠面积降到最小。
5.根据权利要求1所述的一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片，其特征在于:在风力发电机的工作过程中，风速较低时，活动叶片(I)位于电动合页(3)的零度档位，与固定叶片(2)处于同一平面，整个叶片是一个整体，外形与常规风力发电机叶片相同；风速逐渐变大时，风速传感器(5)适时地将风速信号传递给电动合页控制系统(6)，从而控制活动叶片⑴以电动合页⑶为旋转轴向外旋转，随着风速的增加，转动角度不断增大，叶片扫掠面积逐渐减小，当风速增大到极限值时，活动叶片(I)由电动合页(3)的零度档位向外转动180度，两片活动叶片⑴均贴在固定叶片(2)的表面上，此时叶片扫掠面积最小，抵消了高风速所带来的风力发电机功率过载；若风速继续增大，则无论活动叶片(I)处于何种角度档位，风力发电机均无法保持在额定输出功率范围之内，此时风力发电机只能停止工作。
【文档编号】F03D7/00GK104018996SQ201410240163
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】吴东垠, 王宇豪 申请人:西安交通大学