[发明专利]狭管聚风型风力发电装置用叶片

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及应用于聚风型风力发电装置狭管中的叶片。

背景技术

根据狭管效应而产生的聚风型风力发电机，由于聚风型风力发电机将进风口设置成一个聚缩狭管，相较于传统的水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机而言，具有聚集风能、提压增速、提高风能利用率的优点，因此，在风力发电技术领域具有广泛的应用前景。正是由于聚风型风力发电机中狭管的设置，狭管为一个逐缩式有限密封体，因此，作为风力发电过程中将风能转换为机械能的核心部件的叶片，是在逐缩式的有限密封体内做功，而逐缩式有限密封体内存在做功随气流流速变化而变化、做功力点的变迁、叶轮与发电机的同步度等气流特性，就汽轮机、水轮机、风轮机及目前一切应市的各种各样的推进器组件而言，无一例可直接应用到狭管型风力发电系统中来，如中国专利CN101619709A公开的“水平轴风力机风轮”，其公开的叶片为长条形的矩形板片，或者梯形板片，或者两头窄中间为圆弧形边的板片，又如中国专利CN202209250U公开的“一种前突型水平轴风力机叶片”，其公开的叶片包括圆柱状叶根以及按一定序列攻角排列的叶展，并且叶片在前缘方向前突，这些叶片结构并不适用于狭管聚风发电系统中。而涉及狭管聚风发电技术的专利文件也多以发电系统的主体结构为主要保护对象，鲜少有涉及与之技术相适配的专用叶片，从专利相应的说明书附图来看，也以采用安装叶片数量较少的涡桨型叶片方式为主，如中国专利ZL201220394391.6所公开的名称为“一种自启动式狭管聚风风力发电系统”的风力发电装置，其公开了在狭管发电系统中使用龟背形叶片，然而就龟背式叶片的具体造型及几何参数，并没有做具体说明，因此，何为龟背式叶片以及龟背式叶片的应用效果如何，我们无从得知。随着狭管聚风发电技术越来越多的应用，设计符合逐缩式有限密封体内流体特性并能够提高动能转换效率的专用叶片，是进一步提升狭管聚风发电技术的研究重点。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种符合逐缩式有限密封体内流体特性的狭管聚风型风力发电装置用叶片，其改善了发电装置的启动性能，提高了风能转换率，且制作方便、可靠耐用。

本发明的技术方案如下：

狭管聚风型风力发电装置用叶片，包括从叶根部沿着叶片跨度方向向叶尖部延展的安装段、顺延工作段及外工作段，顺延工作段平滑连接于安装段与外工作段之间，所述安装段、顺延工作段及外工作段的翼型均采用圆头的非对称翼型，且所述三段的翼型后缘均采用光滑圆弧曲线来连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为弧面；安装段的叶型部分为扭曲等截面叶型，顺延工作段及外工作段叶型部分均为扭曲变截面叶型，所述三段的扭转方向相同，均为翼型后缘相对于翼型前缘向叶片叶面方向扭转，且外工作段的扭转角α大于或等于顺延工作段的扭转角β；叶片的形状从叶尖部到安装段与顺延工作段的过度连接处逐渐变窄，叶片各截面的厚度从翼型前缘到翼型后缘逐渐增大。

其进一步技术方案为：

所述外工作段的扭转角α为35°～45°，所述顺延工作段的扭转角β为0～35°，所述安装段的安装角θ为16°～22°。

所述安装段、顺延工作段及外工作段均为空心壳体，在顺延工作段及外工作段的空心壳体内沿叶片跨度方向设有多个加强筋。

所述安装段的空心壳体内部的中空槽为与轮毂配合的安装槽。

本发明的技术效果：

1、本发明所述叶片的形状从叶尖部到安装段与顺延工作段的过渡连接处逐渐变窄，叶片的安装端的形状一致，叶片各截面的厚度从翼型前缘到翼型后缘逐渐增大，且所述三段的翼型上表面及下表面均为弧面，这种叶型结构设计使得叶片整体上大下小，叶片上部为带有弧形扁平宽面的扇型，这一设计有效地增加了流体做功处的受风面积，最大限度地利用流体动能做功在叶片端部产生杠杆力，驱动叶轮旋转，完成风能到机械能的转换过程，实现了“易启动、高转换”的目的，改善了发电装置的启动性能，提高了风能转换率。

2、通过将叶片扭转，且扭转方向为翼型后缘相对于翼型前缘向叶片叶面方向扭转，并外工作段的扭转角α大于或等于顺延工作段的扭转角β，通过扭转在叶片叶型上形成引导流体流动的凹槽，叶片经扭转形成凹槽后又逐步缩小成安装段的涡桨型，这种叶片上部扇型叶片端面向下成凹槽流线型逐步缩小成涡桨型的形状设计，有效减少了因叶片旋转而产生风屏的成因因素，利于流体的穿透。