狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片的制作方法
【專利摘要】狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，包括從葉根部沿著葉片跨度方向向葉尖部延展的安裝段、順延工作段及外工作段，順延工作段平滑連接于安裝段與外工作段之間，所述三段的翼型均采用圓頭的非對(duì)稱翼型，且所述三段的翼型后緣均采用光滑圓弧曲線來(lái)連接翼型的上弧面及下弧面；安裝段的葉型為扭曲等截面葉型，順延工作段及外工作段葉型均為扭曲變截面葉型，所述三段的扭轉(zhuǎn)方向相同，均為翼型后緣相對(duì)于翼型前緣向葉片葉面方向扭轉(zhuǎn)，且外工作段的扭轉(zhuǎn)角大于或等于順延工作段的扭轉(zhuǎn)角；葉片的形狀從葉尖部到安裝段與順延工作段的過(guò)渡連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型后緣逐漸增大。本發(fā)明符合逐縮式有限密封體內(nèi)流體特性及動(dòng)能轉(zhuǎn)換的要求。
【專利說(shuō)明】狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及應(yīng)用于聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置狹管中的葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)狹管效應(yīng)而產(chǎn)生的聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置成一個(gè)聚縮狹管，相較于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，具有聚集風(fēng)能、提壓增速、提高風(fēng)能利用率的優(yōu)點(diǎn)，因此，在風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】具有廣泛的應(yīng)用前景。正是由于聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中狹管的設(shè)置，狹管為一個(gè)逐縮式有限密封體，因此，作為風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的核心部件的葉片，是在逐縮式的有限密封體內(nèi)做功，而逐縮式有限密封體內(nèi)存在做功隨氣流流速變化而變化、做功力點(diǎn)的變遷、葉輪與發(fā)電機(jī)的同步度等氣流特性，就汽輪機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)輪機(jī)及目前一切應(yīng)市的各種各樣的推進(jìn)器組件而言，無(wú)一例可直接應(yīng)用到狹管型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中來(lái)，如中國(guó)專利CN101619709A公開(kāi)的“水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪”，其公開(kāi)的葉片為長(zhǎng)條形的矩形板片，或者梯形板片，或者兩頭窄中間為圓弧形邊的板片，又如中國(guó)專利CN202209250U公開(kāi)的“一種前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片”，其公開(kāi)的葉片包括圓柱狀葉根以及按一定序列攻角排列的葉展，并且葉片在前緣方向前突，這些葉片結(jié)構(gòu)并不適用于狹管聚風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中。而涉及狹管聚風(fēng)發(fā)電技術(shù)的專利文件也多以發(fā)電系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)為主要保護(hù)對(duì)象，鮮少有涉及與之技術(shù)相適配的專用葉片，從專利相應(yīng)的說(shuō)明書附圖來(lái)看，也以采用安裝葉片數(shù)量較少的渦槳型葉片方式為主，如中國(guó)專利ZL201220394391.6所公開(kāi)的名稱為“一種自啟動(dòng)式狹管聚風(fēng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)”的風(fēng)力發(fā)電裝置，其公開(kāi)了在狹管發(fā)電系統(tǒng)中使用龜背形葉片，然而就龜背式葉片的具體造型及幾何參數(shù)，并沒(méi)有做具體說(shuō)明，因此，何為龜背式葉片以及龜背式葉片的應(yīng)用效果如何，我們無(wú)從得知。隨著狹管聚風(fēng)發(fā)電技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用，設(shè)計(jì)符合逐縮式有限密封體內(nèi)流體特性并能夠提高動(dòng)能轉(zhuǎn)換效率的專用葉片，是進(jìn)一步提升狹管聚風(fēng)發(fā)電技術(shù)的研究重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本 申請(qǐng)人:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種符合逐縮式有限密封體內(nèi)流體特性的狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，其改善了發(fā)電裝置的啟動(dòng)性能，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)換率，且制作方便、可靠耐用。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，包括從葉根部沿著葉片跨度方向向葉尖部延展的安裝段、順延工作段及外工作段，順延工作段平滑連接于安裝段與外工作段之間，所述安裝段、順延工作段及外工作段的翼型均采用圓頭的非對(duì)稱翼型，且所述三段的翼型后緣均采用光滑圓弧曲線來(lái)連接翼型的上表面及下表面，所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面；安裝段的葉型部分為扭曲等截面葉型，順延工作段及外工作段葉型部分均為扭曲變截面葉型，所述三段的扭轉(zhuǎn)方向相同，均為翼型后緣相對(duì)于翼型前緣向葉片葉面方向扭轉(zhuǎn)，且外工作段的扭轉(zhuǎn)角α大于或等于順延工作段的扭轉(zhuǎn)角β ;葉片的形狀從葉尖部到安裝段與順延工作段的過(guò)度連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型后緣逐漸增大。
[0005]其進(jìn)一步技術(shù)方案為:
所述外工作段的扭轉(zhuǎn)角α為35。?45°，所述順延工作段的扭轉(zhuǎn)角β為O?35°，所述安裝段的安裝角Θ為16°?22°。
[0006]所述安裝段、順延工作段及外工作段均為空心殼體，在順延工作段及外工作段的空心殼體內(nèi)沿葉片跨度方向設(shè)有多個(gè)加強(qiáng)筋。
[0007]所述安裝段的空心殼體內(nèi)部的中空槽為與輪轂配合的安裝槽。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)效果:
1、本發(fā)明所述葉片的形狀從葉尖部到安裝段與順延工作段的過(guò)渡連接處逐漸變窄，葉片的安裝端的形狀一致，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型后緣逐漸增大，且所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面，這種葉型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得葉片整體上大下小，葉片上部為帶有弧形扁平寬面的扇型，這一設(shè)計(jì)有效地增加了流體做功處的受風(fēng)面積，最大限度地利用流體動(dòng)能做功在葉片端部產(chǎn)生杠桿力，驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，完成風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了“易啟動(dòng)、高轉(zhuǎn)換”的目的，改善了發(fā)電裝置的啟動(dòng)性能，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)換率。
[0009]2、通過(guò)將葉片扭轉(zhuǎn)，且扭轉(zhuǎn)方向?yàn)橐硇秃缶壪鄬?duì)于翼型前緣向葉片葉面方向扭轉(zhuǎn)，并外工作段的扭轉(zhuǎn)角α大于或等于順延工作段的扭轉(zhuǎn)角β，通過(guò)扭轉(zhuǎn)在葉片葉型上形成引導(dǎo)流體流動(dòng)的凹槽，葉片經(jīng)扭轉(zhuǎn)形成凹槽后又逐步縮小成安裝段的渦槳型，這種葉片上部扇型葉片端面向下成凹槽流線型逐步縮小成渦槳型的形狀設(shè)計(jì)，有效減少了因葉片旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生風(fēng)屏的成因因素，利于流體的穿透。
[0010]3、本發(fā)明所述葉片翼型模仿了飛機(jī)機(jī)翼的升力型翼型，采用圓頭的非對(duì)稱翼型，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行翼型改進(jìn)，即使所述三段的翼型后緣均采用光滑圓弧曲線來(lái)連接翼型的上表面及下表面，使翼型形成圓鈍后緣，這樣解決了翼型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，同時(shí)圓滑過(guò)渡的翼型下表面后緣的形阻減小，改進(jìn)了翼型的升阻比，這種翼型設(shè)計(jì)具有良好的空氣動(dòng)力學(xué)特性。
[0011]4、本發(fā)明通過(guò)使外工作段的扭轉(zhuǎn)角α大于或等于順延工作段的扭轉(zhuǎn)角β，采用葉片外工作段與順延工作段不同的扭轉(zhuǎn)角度，以及安裝段小斜面渦槳型安裝角的設(shè)計(jì)，尾風(fēng)由葉片平面扭轉(zhuǎn)形成的凹槽處引導(dǎo)流體自然往葉輪中心流動(dòng)，再由小斜面的安裝角渦槳型葉根處順暢排出，進(jìn)一步地，根據(jù)逐縮式有限密封體內(nèi)流體特性，精確地確立了葉片各段的扭轉(zhuǎn)角的優(yōu)選范圍，由此能夠保證逐縮式有限密封體內(nèi)流體流動(dòng)順暢。
[0012]5、葉片采用空心殼體及內(nèi)部加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，在保證葉片強(qiáng)度、剛度、動(dòng)態(tài)性能和使用壽命的前提下，大大減少了葉片的自重，滿足葉片材料密度輕且具有最佳的疲勞強(qiáng)度和力學(xué)性能的要求，且能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機(jī)負(fù)載的考驗(yàn)，同時(shí)，由于其應(yīng)用環(huán)境的特殊性，降低了對(duì)工裝模具及加工設(shè)備的要求，節(jié)省了葉片制造、運(yùn)輸和安裝成本，更易于實(shí)現(xiàn)機(jī)組的大型化發(fā)展。
[0013]本發(fā)明通過(guò)獨(dú)特的葉型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及精準(zhǔn)的扭轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì)，使得葉片的整體結(jié)構(gòu)符合逐縮式有限密封體內(nèi)流體特性及動(dòng)能轉(zhuǎn)換的要求?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的主視圖。
[0015]圖2為圖1的左視圖。
[0016]圖3為圖1的俯視圖。
[0017]圖4為圖1中A-A剖視圖，即本發(fā)明所述外工作段的葉片翼型圖。
[0018]圖5為圖1中B-B剖視圖，即本發(fā)明所述順延工作段的葉片翼型圖。
[0019]圖6為圖1中C-C剖視圖，即本發(fā)明所述安裝段的葉片翼型圖。
[0020]圖7為本發(fā)明所述安裝段安裝在葉輪輪轂的安裝角示意圖，圖中還示出了輪轂上與葉根部安裝槽配合安裝的凸塊。
[0021]圖8為本發(fā)明的軸測(cè)視圖，其中葉尖部位于視圖方向正面。
[0022]圖9為本發(fā)明的另一軸測(cè)視圖，其中葉根部位于視圖方向正面。
[0023]其中:1、安裝段；101、安裝槽；2、順延工作段；3、外工作段；4、葉根部；5、葉尖部；
6、葉面；7、加強(qiáng)筋；8、輪轂；801、凸塊。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本申請(qǐng)所使用的概念為本領(lǐng)域所公知，以下對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行說(shuō)明:
葉根部:與輪轂連接的葉片端；
葉尖部:葉片上與葉根部的相對(duì)端，即葉片的最外段。
[0025]葉片跨度:葉尖部到葉根部或者葉根部到葉尖部的長(zhǎng)度方向。
[0026]翼型:葉片剖面形狀。
[0027]翼弦:即翼型弦線，是指翼型前緣與后緣之間的直線連線。
[0028]非對(duì)稱翼型:翼型的中弧線和翼型弦線不相重合的翼型。
[0029]翼型前緣:翼型的前部邊緣。
[0030]翼型后緣:翼型的后部邊緣。
[0031]扭曲等截面葉型:葉片斷面型線和截面積沿葉高方向是相同的。
[0032]扭曲變截面葉型:葉片斷面型線和截面積沿葉高方向按一定規(guī)律變化。
[0033]葉型部分:葉片的工作部分，相鄰葉片的葉型部分之間構(gòu)成氣流通道。
[0034]葉片扭轉(zhuǎn)角:葉片剖面弦線與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角。
[0035]葉片安裝角:葉片安裝在輪轂上的角度，葉片葉根部的翼弦與葉輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角。
[0036]下面結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0037]見(jiàn)圖1、圖2、圖3，本發(fā)明包括從葉根部4沿著葉片跨度方向向葉尖部5延展的安裝段1、順延工作段2及外工作段3，順延工作段2平滑連接于安裝段I與外工作段3之間，見(jiàn)圖4、圖5、圖6，所述安裝段1、順延工作段2及外工作段3的翼型均采用圓頭的非對(duì)稱翼型，且所述三段的翼型后緣均采用光滑圓弧曲線來(lái)連接翼型的上表面及下表面，圖4、圖5、圖6中所示的翼型右端的圓鈍邊緣即為翼型前緣，與翼型前緣相對(duì)的一端為翼型后緣，所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面；見(jiàn)圖1、圖9，所述安裝段I的葉型部分為扭曲等截面葉型，所述順延工作段2及外工作段3的葉型部分均為扭曲變截面葉型，所謂扭曲是指葉片沿葉高方向呈扭曲狀，即在葉片不同半徑處各截面的傾斜角度是不同的，見(jiàn)圖8、圖9，所述三段的扭轉(zhuǎn)方向相同，均為翼型后緣相對(duì)于翼型前緣向葉片葉面6方向扭轉(zhuǎn)，且外工作段3的扭轉(zhuǎn)角α大于或等于順延工作段2的扭轉(zhuǎn)角β，通過(guò)扭轉(zhuǎn)在葉片葉型上形成引導(dǎo)流體流動(dòng)的凹槽；見(jiàn)圖1，本發(fā)明所述葉片的形狀從葉尖部5到安裝段I與順延工作段2的過(guò)度連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型后緣逐漸增大。
[0038]具體地，見(jiàn)圖4、圖5、圖7，所述外工作段3的扭轉(zhuǎn)角α優(yōu)選為35°?45°，順延工作段2的扭轉(zhuǎn)角β優(yōu)選為O?35°，安裝段I的安裝角Θ優(yōu)選為16°?22°。
[0039]進(jìn)一步地，見(jiàn)圖4、圖5，圖6，所述安裝段1、順延工作段2及外工作段3均為空心殼體，且在順延工作段2及外工作段3的空心殼體內(nèi)沿葉片跨度方向設(shè)有多個(gè)加強(qiáng)筋7，而所述安裝段I的空心殼體內(nèi)部的中空槽為與輪轂8上的凸塊801配合的安裝槽101，輪轂8上的凸塊801的橫剖面形狀與葉根部4的翼剖面形狀相同，具體，葉片安裝時(shí)，將輪轂8上的凸塊801嵌入葉根部4的安裝槽101內(nèi)，并將二者緊固連接，由此實(shí)現(xiàn)葉片與輪轂的安裝。
[0040]以上描述是對(duì)本發(fā)明的解釋，不是對(duì)發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見(jiàn)權(quán)利要求，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。
【權(quán)利要求】
1.狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，包括從葉根部(4)沿著葉片跨度方向向葉尖部(5)延展的安裝段(I)、順延工作段(2)及外工作段(3)，順延工作段(2)平滑連接于安裝段(I)與外工作段(3)之間，其特征在于:所述安裝段(I)、順延工作段(2)及外工作段(3)的翼型均采用圓頭的非對(duì)稱翼型，且所述三段的翼型后緣均采用光滑圓弧曲線來(lái)連接翼型的上表面及下表面，所述三段的翼型上表面及下表面均為弧面；安裝段(I)的葉型部分為扭曲等截面葉型，順延工作段(2)及外工作段(3)葉型部分均為扭曲變截面葉型，所述三段的扭轉(zhuǎn)方向相同，均為翼型后緣相對(duì)于翼型前緣向葉片葉面(6 )方向扭轉(zhuǎn)，且外工作段(3 )的扭轉(zhuǎn)角α大于或等于順延工作段(2)的扭轉(zhuǎn)角β ;葉片的形狀從葉尖部(5)到安裝段(I)與順延工作段(2)的過(guò)渡連接處逐漸變窄，葉片各截面的厚度從翼型前緣到翼型后緣逐漸增大。
2.按權(quán)利要求1所述的狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，其特征在于:所述外工作段(3)的扭轉(zhuǎn)角α為35°?45°，所述順延工作段(2)的扭轉(zhuǎn)角β為O?35°，所述安裝段(I)的安裝角Θ為16°?22°。
3.按權(quán)利要求1或2所述的狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，其特征在于:所述安裝段(I)、順延工作段(2)及外工作段(3)均為空心殼體，在順延工作段(2)及外工作段(3)的空心殼體內(nèi)沿葉片跨度方向設(shè)有多個(gè)加強(qiáng)筋(7)。
4.按權(quán)利要求3所述的狹管聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電裝置用葉片，其特征在于:所述安裝段(I)的空心殼體內(nèi)部的中空槽為與輪轂配合的安裝槽(101)。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK103807112SQ201410063009
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】李勇強(qiáng), 姚伯龍, 趙磊, 陳東輝, 徐莉 申請(qǐng)人:江蘇中蘊(yùn)風(fēng)電科技有限公司