專利名稱：可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型公開一種可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片，屬于風(fēng)力機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種清潔可再生的能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球 的風(fēng)能約為2. 74X IO9MW,其中可利用的風(fēng)能為2X IO7MW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量 還要大10倍，但是風(fēng)能的利用率卻不高，因此怎樣有效充分地利用風(fēng)能一直是人們所探究 的問題。以風(fēng)力發(fā)電為例，國內(nèi)外傳統(tǒng)的風(fēng)能的采集與使用都局限于貝茨(Betz)理論，其 風(fēng)能利用系數(shù)的最大值為0. 593。2004年，印度研究員做出了風(fēng)能利用系數(shù)達到0. 89的最 大值報告。但是，無論風(fēng)能利用系數(shù)是0.593還是0.89，我們不得不承認將采集到的風(fēng)能 轉(zhuǎn)換成電能過程中存在巨大耗損，使得最后產(chǎn)生的電力遠不足原來風(fēng)能的1/4?，F(xiàn)在所使用的風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)力采集設(shè)備以三個葉片為主，風(fēng)輪直徑都在數(shù)百英 尺以上。巨大的結(jié)構(gòu)及裝備，無論是設(shè)備成本、安裝和維修的造價都十分昂貴。現(xiàn)有的風(fēng)力機葉片存在以下技術(shù)不足1)葉片的迎風(fēng)面積是一定的，一部分葉片處于迎風(fēng)、準(zhǔn)迎風(fēng)狀態(tài)，另一部分葉片則 處于逆風(fēng)和半逆風(fēng)狀態(tài)，這樣會抵消部分力矩，從而降低采集風(fēng)能的效率。2)葉片的面積龐大，運輸、架設(shè)和維修的成本普遍偏高，故障率也高。3)單位時間內(nèi)，理想狀態(tài)下風(fēng)輪葉片A所能采集的風(fēng)能為PA，PA = V2P XAXV3,其中，ρ為空氣密度(單位kg/m3)，A為風(fēng)輪葉片掃掠面積(單位m2)，V為風(fēng)速， (單位:m/s)。由于風(fēng)輪在風(fēng)場中受到風(fēng)速及風(fēng)向波動的影響，使風(fēng)力機輸出的可用功率進一步 減少?？紤]到此因素，風(fēng)力機的實際采集有效風(fēng)能為ΡΑ(|)，PA(有)=72p XAXV3XCPX η，其中η表示系統(tǒng)效率，一般η為0.7，Cp表示風(fēng)能利用系數(shù)，最大值為0. 593， CpmaxX n = 0. 593X0. 7 0. 42，因此，真正從風(fēng)力機所獲得的功率很少超過風(fēng)輪葉片采 集風(fēng)能的40%。針對風(fēng)輪葉片不能隨風(fēng)調(diào)整迎風(fēng)面積的技術(shù)缺陷，中國專利CN101225796A公開 了可以調(diào)節(jié)迎風(fēng)面積的葉片，每個風(fēng)葉本體(相當(dāng)于本實用新型中所述的葉片)是由兩個 相互鉸鏈的葉片(相當(dāng)于本實用新型中所述的折疊葉片)組成，鉸鏈葉片的迎風(fēng)面采用彈 簧將兩個葉片相連，目的在于，當(dāng)風(fēng)葉本體不迎風(fēng)時，兩個葉片可以在彈簧的彈力作用下閉 合，減少阻力。該專利的不足在于，整個風(fēng)葉本體的張開是需要風(fēng)能驅(qū)動的，因此難免會消 耗部分風(fēng)能；其次整個風(fēng)葉本體的張開時間也只是在風(fēng)向與風(fēng)葉本體完全垂直時才能完全 張開，時間相對較短，采集風(fēng)能的效率比較低。發(fā)明內(nèi)容為解決以上的技術(shù)問題，本實用新型公開一種能適用低風(fēng)速地區(qū)、采集風(fēng)能效率 高的可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片。本實用新型的技術(shù)方案如下一種可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片包括葉柄和折疊葉片，其特征在于，風(fēng)力機葉片 還包括收展控制桿、聯(lián)動桿、聯(lián)動軸和配重塊，在葉柄遠離水平軸的端部兩側(cè)對稱設(shè)有折疊 葉片，聯(lián)動軸平行于葉柄；折疊葉片上設(shè)有骨架，兩個聯(lián)動桿的一端分別通過軸承與聯(lián)動軸 垂直連接，另一端分別與兩個折疊葉片上的與葉柄平行的骨架軸承連接；收展控制桿的一 端與聯(lián)動軸垂直固定連接，在葉柄遠離水平軸的末端設(shè)置一個軸向與葉柄垂直的筒套，收 展控制桿貫穿設(shè)置在筒套中，收展控制桿的另一端與配重塊固定連接。本實用新型的風(fēng)力 機葉片可固定安裝在風(fēng)力機的水平軸上，形成風(fēng)輪；葉片可以根據(jù)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角度的不同展 開或閉合，使葉片的迎風(fēng)面積可隨風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動而改變例如當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)的角度處于迎風(fēng)時， 葉片開展至最大，此時葉片處于完全采集風(fēng)能階段；當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)的角度處于逆風(fēng)時，葉片閉 合至最小，此時葉片處于不完全采集風(fēng)能階段，同時也減小了逆向所產(chǎn)生的阻力，增加了風(fēng) 能的利用率。所述的折疊葉片的材料為碳纖維布。所述葉柄的長度為2 3米。所述折疊葉片長1 1. 2米，寬0. 2 0. 4米。所述的配重塊重0. 8 1. 5kg。增加配重塊的目的在于使風(fēng)輪在低風(fēng)速時能產(chǎn) 生最大的力矩，以維持正常轉(zhuǎn)動；其次；利用重力，使配重塊牽拉收展控制桿控制葉片的自 動張合。所述風(fēng)力機葉片的工作方法，過程如下5個風(fēng)力機葉片固定設(shè)置在風(fēng)力機的水平軸上，形成風(fēng)輪，相鄰風(fēng)力機葉片的葉柄 的夾角度數(shù)為72度；當(dāng)葉片由270度旋轉(zhuǎn)至0度時，葉片的狀態(tài)是由圖4的虛線部分到實線部分的轉(zhuǎn) 變過程當(dāng)葉片逆時針旋轉(zhuǎn)至0度時，配重塊10因重力向葉片閉合的方向運動，隨即帶動收 展控制桿7向葉片閉合的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收 展控制桿7推離葉片，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變大，即葉片逐漸張開至最大張角；當(dāng)葉片由0度旋轉(zhuǎn)至90度時，葉片的狀態(tài)是圖4、5的實線部分配重塊10因重力 的作用停滯在離葉片最近的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收展 控制桿7推離并停滯在離葉片最遠的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最大，即葉片保持 最大張角；當(dāng)葉片由90度旋轉(zhuǎn)至180度時，葉片的狀態(tài)是由圖4的實線部分到虛線部分的轉(zhuǎn) 變過程當(dāng)葉片逆時針旋轉(zhuǎn)至180度時，配重塊10因重力向葉片展開的方向運動，隨即帶動 收展控制桿7向葉片展開的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被 收展控制桿7向葉片方向拉近，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變小，即葉片逐漸閉合至最小 角；當(dāng)葉片由180度旋轉(zhuǎn)至270度時，葉片的狀態(tài)是圖4的虛線部分配重塊10因重 力的作用停滯在離葉片最遠的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收展控制桿拉近并停滯在離葉片最近的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最小，即葉片保
持最小角。優(yōu)選的，所述葉片的張開角度最大為135度。本實用新型的優(yōu)勢在于1)本實用新型的風(fēng)力機葉片設(shè)計緊湊、合理，故障率低，運輸、安裝和維護簡單方 便，經(jīng)濟適用。2)本實用新型應(yīng)用在風(fēng)能采集時，通過機械方式控制葉片面積隨風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動而改 變，以減少運轉(zhuǎn)時的阻力，使風(fēng)能的利用率達80%以上。

圖1是風(fēng)力機葉片的張、合示意圖；圖2是可調(diào)迎風(fēng)面積風(fēng)力機葉片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中實線部分為葉片完全張開的 狀態(tài)，虛線部分為葉片完全閉合狀態(tài)；圖3是圖2實線部分的右視圖。在圖1-3中:1、葉柄；2、水平軸；3、風(fēng)輪；4、折疊葉片；5、風(fēng)向；6、套筒；7、收展控 制桿；8、聯(lián)動桿；9、聯(lián)動軸；10、配重塊；11、骨架；12、軸承。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型做進一步說明，但不限于此。實施例1、一種可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片包括葉柄1和折疊葉片4，其特征在于，風(fēng)力機葉 片還包括收展控制桿7、聯(lián)動桿8、聯(lián)動軸9和配重塊10，在葉柄1遠離水平軸2的端部兩側(cè) 對稱設(shè)有折疊葉片4，聯(lián)動軸9平行于葉柄1 ；折疊葉片4上設(shè)有骨架11，兩個聯(lián)動桿8的 一端分別通過軸承12與聯(lián)動軸9垂直連接，另一端分別與兩個折疊葉片4上的與葉柄平行 的骨架11軸承連接；收展控制桿7的一端與聯(lián)動軸9垂直固定連接，在葉柄1遠離水平軸 2的末端設(shè)置一個軸向與葉柄1垂直的筒套6，收展控制桿7貫穿設(shè)置在筒套6中，收展控 制桿7的另一端與配重塊10固定連接。所述的折疊葉片4的材料為碳纖維布。所述葉柄1的長度為2 3米。所述折疊葉片4長1 1.2米，寬0. 2 0.4米。所述的配重塊10重0. 8 1. 5kg。實施例1所述風(fēng)力機葉片的工作方法，過程如下5個風(fēng)力機葉片固定設(shè)置在風(fēng)力機的水平軸2上，形成風(fēng)輪3，相鄰風(fēng)力機葉片的 葉柄1的夾角度數(shù)為72度；當(dāng)葉片由270度旋轉(zhuǎn)至0度時，葉片的狀態(tài)是由圖2的虛線部分到實線部分的轉(zhuǎn) 變過程當(dāng)葉片逆時針旋轉(zhuǎn)至0度時，配重塊10因重力向葉片閉合的方向運動，隨即帶動收 展控制桿7向葉片閉合的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收 展控制桿7推離葉片，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變大，即葉片逐漸張開至最大張角；風(fēng) 力機葉片開始進入采集風(fēng)能階段。
5[0046]當(dāng)葉片由0度旋轉(zhuǎn)至90度時，葉片的狀態(tài)是圖2、3的實線部分配重塊10因重力 的作用停滯在離葉片最近的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收展 控制桿7推離并停滯在離葉片最遠的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最大，即葉片保持 最大張角；風(fēng)力機葉片完全張開，與風(fēng)向5的接觸面積最大，因此處于完全采集風(fēng)能階段。當(dāng)葉片由90度旋轉(zhuǎn)至180度時，葉片的狀態(tài)是由圖2的實線部分到虛線部分的轉(zhuǎn) 變過程當(dāng)葉片逆時針旋轉(zhuǎn)至180度時，配重塊10因重力向葉片展開的方向運動，隨即帶動 收展控制桿7向葉片展開的方向運動，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被 收展控制桿7向葉片方向拉近，同時兩個聯(lián)動桿8之間的夾角變小，即葉片逐漸閉合至最小 角；風(fēng)力機葉片開始進入不完全采集風(fēng)能階段。當(dāng)葉片由180度旋轉(zhuǎn)至270度時，葉片的狀態(tài)是圖3的虛線部分配重塊10因重 力的作用停滯在離葉片最遠的地方，收展控制桿7的另一端連接有聯(lián)動軸9，聯(lián)動軸9被收 展控制桿7拉近并停滯在離葉片最近的位置，兩個聯(lián)動桿8之間的夾角保持最小，即葉片保 持最小角。風(fēng)力機葉片完全閉合，與風(fēng)向5的接觸面積最小，因此處于不采集風(fēng)能階段。所述葉片的張開角度最大為135度。
權(quán)利要求一種可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片包括葉柄和折疊葉片，其特征在于，風(fēng)力機葉片還包括收展控制桿、聯(lián)動桿、聯(lián)動軸和配重塊，在葉柄遠離水平軸的端部兩側(cè)對稱設(shè)有折疊葉片，聯(lián)動軸平行于葉柄；折疊葉片上設(shè)有骨架，兩個聯(lián)動桿的一端分別通過軸承與聯(lián)動軸垂直連接，另一端分別與兩個折疊葉片上的與葉柄平行的骨架軸承連接；收展控制桿的一端與聯(lián)動軸垂直固定連接，在葉柄遠離水平軸的末端設(shè)置一個軸向與葉柄垂直的筒套，收展控制桿貫穿設(shè)置在筒套中，收展控制桿的另一端與配重塊固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述的折疊葉片的材料為碳纖維布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述葉柄的長度為2 3米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述折疊葉片長1 1.2米，寬 0. 2 0. 4 米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述的配重塊重0.8 1. 5kg。
專利摘要本實用新型公開一種可調(diào)迎風(fēng)面積的風(fēng)力機葉片。風(fēng)力機葉片根據(jù)整個風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)角度的不同展開或閉合，使葉片的迎風(fēng)面積可隨風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動而改變，充分有效地采集風(fēng)能。本實用新型設(shè)計緊湊、合理，故障率低，運輸、安裝和維護簡單方便，適用于低風(fēng)速地區(qū)，而且風(fēng)能的利用率達到80％。
文檔編號F03D3/06GK201763523SQ201020515769
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者許士泉, 許盟來 申請人:許士泉