一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片。

背景技术：

随着世界经济的高速发展，能源的需求也在不断增加，尤其是进入21世纪以来，煤炭、石油的价格持续上涨，消耗急剧增加，传统能源已经远远不能满足当今社会的发展需要。而风能、太阳能、水能等可再生能源开始走进人们的视野，其中风能则以储量大、分布广、开发门槛低、利用率高的特点，成为了目前世界能源结构中的重要组成部分。

风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，空气流速越高则动能越大，风能的大小决定于风速和空气的密度，而全球的风能约为2.74×10⁹mw，其中可利用的风能约为2×10⁷mw，这比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

目前，垂直轴风力机有三种利用风能的形式，包括升力型垂直轴风力机、阻力型垂直轴风力机和升阻混合型垂直轴风力机，其中升力型垂直轴风力机是目前应用比较广的，因为可以有更高的风能利用系数，但是作为升力型垂直轴风力机，由于叶片周期性运动，叶片只有在与来流呈正攻角的范围内才能做正功，才能为叶轮提供旋转动力，但在叶片圆周运动中叶片正攻角的范围是很小的，所能提供的升力有限，启动性能较差，因此升力型垂直轴风力机的发电效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片，能够有效提高升力型垂直轴风力机的启动性能和发电效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片，包括静叶和动叶，在静叶的后缘侧开设有动叶安装槽，所述动叶位于动叶安装槽内，所述静叶与动叶共同构成完整叶片；所述动叶顶端固装有第一转轴，第一转轴通过第一轴承与静叶相连；所述动叶底端固装有第二转轴，第二转轴通过第二轴承与静叶相连；在所述第二轴承下方的静叶内部开设有动力机构安装槽，所述第二转轴下端延伸至动力机构安装槽内；在所述动力机构安装槽内竖直安装有调速电机，且调速电机的电机轴朝上设置，在调速电机的电机轴上固装有主动凸轮，在所述第二转轴下端固装有从动凸轮，从动凸轮的大径端朝向主动凸轮，主动凸轮与从动凸轮进行传动配合，在从动凸轮与静叶之间连接有复位弹簧。

所述动叶的弦长为静叶弦长的25％～35％。

所述动叶的展长为静叶展长的70％～80％，动叶正上方的静叶展向厚度为静叶展长的5％～10％，动叶正上方的静叶展向厚度为静叶展长的15％～20％。

本发明的有益效果：

本发明提供一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片，动叶模仿鱼尾的摆动，摆动频率可根据风速进行调整，当升力型垂直轴风力机采用了本发明的叶片后，能够有效提高升力型垂直轴风力机的启动性能和发电效率。

附图说明

图1为本发明的一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片的结构示意图；

图2为图1中a-a剖视图(动叶未发生摆动)；

图3为图1中a-a剖视图(动叶发生摆动)；

图中，1—静叶，2—动叶，3—第一转轴，4—第一轴承，5—第二转轴，6—第二轴承，7—动力机构安装槽，8—调速电机，9—主动凸轮，10—从动凸轮，11—复位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片，包括静叶1和动叶2，在静叶1的后缘侧开设有动叶安装槽，所述动叶2位于动叶安装槽内，所述静叶1与动叶2共同构成完整叶片；所述动叶2顶端固装有第一转轴3，第一转轴3通过第一轴承4与静叶1相连；所述动叶2底端固装有第二转轴5，第二转轴5通过第二轴承6与静叶1相连；在所述第二轴承6下方的静叶1内部开设有动力机构安装槽7，所述第二转轴5下端延伸至动力机构安装槽7内；在所述动力机构安装槽7内竖直安装有调速电机8，且调速电机8的电机轴朝上设置，在调速电机8的电机轴上固装有主动凸轮9，在所述第二转轴5下端固装有从动凸轮10，从动凸轮10的大径端朝向主动凸轮9，主动凸轮9与从动凸轮10进行传动配合，在从动凸轮10与静叶1之间连接有复位弹簧11。

所述动叶2的弦长为静叶1弦长的30％。

所述动叶2的展长为静叶1展长的80％，动叶2正上方的静叶1展向厚度为静叶1展长的5％，动叶2正上方的静叶1展向厚度为静叶1展长的15％。

下面结合附图说明本发明的一次动作过程：

首先启动调速电机8，带动主动凸轮9旋转，当主动凸轮9的大径端滑过从动凸轮10的大径端时，主动凸轮9会回转拨动从动凸轮10同步转动，当主动凸轮9的大径端完全越过从动凸轮10的大径端后，从动凸轮10在复位弹簧11的作用下被拉回原位，此时动叶2完成一次摆动，随着主动凸轮9的继续转动，主动凸轮9的小径端会转到从动凸轮10所在侧，但不会与从动凸轮10发生接触，直到主动凸轮9回转一周后，主动凸轮9的大径端再次转回到从动凸轮10所在侧，随着主动凸轮9的连续转动，就可以实现动叶2的连续摆动，而通过改变调速电机8的转向，就可以改变动叶2的摆转方向。通过动叶2的连续摆动，可以使叶片的尾缘获得额外的推力，从而提高了风能利用率和启动性能。在实际应用过程中，可以根据风速和风力机转速来设定动叶2的摆动频率，以实现节能的目的。

另外，当主动凸轮9的大径端滑过从动凸轮10的大径端时，在主动凸轮9回转拨动从动凸轮10转动一定角度后，锁定调速电机8，此时从动凸轮10的转动角度被固定下来，同时动叶2也会停留在一定的摆转角度下静止不动，此时的动叶2则相当于是格林襟翼。

通过查取翼型手册，选取叶片翼型为对称翼型naca0018，按照选取的翼型制作两组叶片，每组内的叶片数量均为四个；第一组叶片为传统叶片，第二组叶片为本发明的鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片两组叶片均为木质结构，叶片弦长为100mm，叶片展长为500mm。

上述准备工作结束后，分别将两组叶片组装到垂直轴风力试验机上，先对安装有传统叶片的垂直轴风力试验机进行试验。在试验过程中，传统叶片进行工作时，叶片与空气来流相遇后，需要依靠叶片本身的升力在旋转圆周切向分力来产生动力，只有在叶片正攻角范围内，叶片才能提供动力，做正功角度小，风力机启动风速大，启动后用转速仪测量转速，转速不高，而且在一定角度时，风力机处于死角位置，风机不能启动，此时决定了在传统叶片下，垂直轴风力试验机的风能利用率不高。

接下来，对安装有本发明叶片的垂直轴轴风力试验机进行试验。在试验过程中，启动调速电机8，使动叶2按照设定频率进行摆动，经实际测算，在同一风速下，与传统叶片相比，安装有本发明叶片的垂直轴轴风力试验机的风轮转速提高了近20％。因此，当垂直轴轴风力试验机安装了本发明的叶片后，能够进一步提高垂直轴风力试验机的风能利用率。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：

技术总结
一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片，包括静叶和动叶，静叶后缘侧设有动叶安装槽，动叶位于动叶安装槽内，静叶与动叶共同构成完整叶片；动叶顶端固装有第一转轴，第一转轴通过第一轴承与静叶相连；动叶底端固装有第二转轴，第二转轴通过第二轴承与静叶相连；第二轴承下方的静叶内部开设有动力机构安装槽，第二转轴下端延伸至动力机构安装槽内；在动力机构安装槽内竖直安装有调速电机，且调速电机的电机轴朝上设置，调速电机的电机轴上固装有主动凸轮，第二转轴下端固装有从动凸轮，从动凸轮的大径端朝向主动凸轮，主动凸轮与从动凸轮进行传动配合，从动凸轮与静叶之间连接有复位弹簧；动叶弦长为静叶弦长的25～35％；动叶展长为静叶展长的70～80％。

技术研发人员：李国文;朱建勇;王成军;张庆营
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2019.05.20
技术公布日：2019.08.09