一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片及垂直轴风力机制造技术

本发明专利技术公开了一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片及垂直轴风力机,涉及垂直轴风力机技术领域，包括叶片主体和铰接在叶片主体上的可变后缘，叶片主体上还安装有驱动可变后缘摆动的驱动电机，叶片支架上安装有迎角传感器实时测量叶片附近风向。本发明专利技术通过迎角传感器获得的风向信息，主动调节可变后缘摆动，使叶片形状自适应发生变化，相比固定的叶片具有抑制动态失速的作用，能够减少结构震动、噪声，使得垂直轴风力机平稳运行；同时，本发明专利技术可在垂直轴风力机在静止状态下，且风场达到发电条件时，通过调节可变后缘，能够帮助风力机自启动，而无需额外的辅助装置。

【技术实现步骤摘要】
一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片及垂直轴风力机
本专利技术涉及垂直轴风力机
，具体而言，涉及一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片及垂直轴风力机。
技术介绍
垂直轴风力机是目前风能领域研究的热点，与水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有对风向要求不高、发电机组维护性好、噪音低等优点。垂直轴风力机在运行时，叶片绕与风向垂直的轴线做周期运动，且叶片在转动过程中，叶片迎角呈非定常周期变化，其中，叶片迎角甚至在接近±90°的范围内交替变化；而现有带弯度的翼型叶片只能在特定的来流条件下产生高升力，且来流条件的动态改变，使得带弯度的翼型叶片不能在整个旋转周期内产生较好的气动收益，因此，现有的垂直轴风力机叶片一般采用对称翼型，如NACA0015(相对厚度为15％的对称翼型)。另外，由于垂直轴风力机叶片攻角周期变化，绕垂直轴风力机叶片的流动发生动态失速，而动态失速现象将引起气动性能的损失，并导致垂直轴风力机出现结构振动，带来额外噪声，在振动严重时，甚至会引起结构破坏；同时，现有的垂直轴风力机不能自启动，即从静止状态到运行状态必须有外力辅助。因此，如何提高垂直轴风力机叶片在整个旋转周期内的气动性能、改善动态失速是垂直轴风力机叶片设计的关键技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片及垂直轴风力机，能根据来流条件主动地改变叶片形状，充分发掘叶片捕获风能的能力，抑制动态失速现象，提高风力机自启动能力，最终提升风力机的运行效率和运行品质。为实现本专利技术目的，采用的技术方案为：一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片，包括叶片主体和铰接在叶片主体上的可变后缘，且叶片主体上还安装有驱动可变后缘摆动的驱动电机。进一步的，所述叶片主体的尾部安装有可转动的转轴，且可变后缘固定安装在转轴上；所述驱动电机的输出端与转轴传动连接。进一步的，所述驱动电机的输出端固定安装有蜗杆，且转轴上固定安装有与蜗杆啮合的传动齿轮。进一步的，所述垂直轴风力机叶片为对称翼型。进一步的，所述可变后缘长度为垂直轴风力机叶片整体长度的20％～40％。一种垂直轴风力机，包括旋转轴和多个支架，且多个支架上均安装有上述的垂直轴风力机叶片。进一步的，还包括控制器，所述支架上还安装有迎角传感器，且迎角传感器的输出端与控制器的输入端电连接，且控制器的输出端与驱动电机的输出端电连接。本专利技术的有益效果是,1、本专利技术可通过调节可变后缘摆动，使叶片形状根据风向自适应地发生变化，相比固定的叶片具有抑制动态失速的作用，能够减少结构震动、噪声，使得垂直轴风力机平稳运行；同时，本专利技术可在垂直轴风力机在静止状态下，且风场达到发电条件时，通过调节可变后缘，能够帮助风力机自启动，而无需额外的辅助装置。2、本专利技术利用迎角传感器实时获取叶片的迎角，从而可以根据旋转的位置以及风的方向动态改变叶片的气动外形，使得叶片在整个旋转周期内都能够达到较高的升力系数，提高了风力机捕获风能的效率。附图说明图1是本专利技术提供的实施例1的结构示意图；图2是本专利技术提供的实施例2的结构示意图；图3是本专利技术提供的实施例2中的可变后缘的控制逻辑示意图；图4是本专利技术提供的实施例2中可变后缘随风向变化示意图1；图5是本专利技术提供的实施例2中可变后缘随风向变化示意图2。附图中标记及相应的零部件名称：1、叶片主体，2、可变后缘，3、支架，4、旋转轴，5、迎角传感器，6、驱动电机，7、蜗杆，8、传动齿轮，9、控制器。具体实施方式下面通过具体的实施例子并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。实施例1如图1所示，本实施提供的一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片，包括叶片主体1和铰接在叶片主体1上的可变后缘2，当叶片主体1的中心轴线与可变后缘2的中心轴线在衔接时，叶片主体1表面与可变后缘2表面衔接形成表面光滑的叶片整体；所述叶片主体1和可变后缘2均为内部空心的封闭式结构，且用于驱动可变后缘2摆动的驱动电机6固定安装在叶片主体1内。所述叶片主体1后端呈内凹状，可变后缘2前端呈球面状，且可变后缘2的前端安装在叶片主体1后端内，使可变后缘2在一定角度内摆动时，叶片主体1表面与可变后缘2表面均呈流线衔接，有效降低可变后缘2前端的阻力，从而降低风力的损耗。通过调节可变后缘2摆动角度，使叶片形状发生变化，相比固定的叶片具有抑制动态失速的作用，能够减少结构震动、噪声，使得垂直轴风力机平稳运行；同时，本专利技术可在垂直轴风力机在静止状态下，且风场达到发电条件时，通过调节可变后缘2，能够帮助风力机自启动，而无需额外的辅助装置。所述叶片主体1的尾部安装有可转动的转轴10，转轴10的两端均通过轴承座转动支承，且可变后缘2固定安装在转轴10上，使转轴10转动时，可变后缘2可随转轴10同步转动；所述驱动电机6的输出端还安装有减速器，减速器与转轴10传动连接。所述减速器的输出轴上通过联轴器固定安装有蜗杆7，且转轴10上固定安装有与蜗杆7啮合的传动齿轮8，通过驱动电机6驱动减速器转动，减速器带动蜗杆7转动，通过蜗杆7与传动齿轮8的啮合，使传动齿轮8转动，而传动齿轮8在转动的同时，带动转轴10同步转动，从而实现可变后缘2的摆动。所述驱动电机6为正反转电机，为了可对可变后缘2的摆动角度进行实时监控，还可在传动齿轮8上安装一个角度传感器，例如，光电编码器等，通过角度传感器检测传动齿轮8的转动角度，从而得出可变后缘2的摆动角度。本专利技术中的驱动电机6还可采用直线驱动元件替代，例如，气缸、液压缸、电子伸缩杆等，当驱动电机6为直线驱动元件时，蜗杆7可采用齿条代替。所述垂直轴风力机叶片为对称翼型，使是垂直轴风力机叶片在整个发电过程中，垂直轴风力机叶片两个表面的流速分配更加均匀；所述垂直轴风力机叶片的相对厚度为12％～20％。所述可变后缘2长度为垂直轴风力机叶片整体长度的20％～40％，优选的，可变后缘2长度为垂直轴风力机叶片整体长度的30％。当需要使可变后缘2摆动时，通过驱动电机6启动，驱动电机6带动减速器转动，减速器带动蜗杆7转动，蜗杆7带动传动齿轮8转动，传动齿轮8转动同时带动可变后缘2同步转动，实现可变后缘2的摆动。现有的垂直轴风力机叶片在做周期旋转运动，垂直轴风力机叶片局部风向也周期变化，绕垂直轴风力机叶片的流动也呈非定常流动，使垂直轴风力机叶片上的升力形成一个迟滞环，而非定常的平均升力低于静态的升力，其中，非定常的升力的变化将引起结构振动，带来额外噪声，严重时会引起的结构破坏。本专利技术提供的垂直轴风力机叶片在自适应地根据风向变化时，升力的迟滞效应将大大减缓，平均升力系数提高，从而抑制了动态失速现象，有利于提高风力机运行品质。现有的垂直轴风力机不能够自启动，即不能在没有外力的帮助下进入周期旋转的工作状态，以3片叶片的垂直轴风力机为例，当风吹来且风力机静止时，总有叶片处于不利的工作状态，产生与旋转方向相反的力矩，导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片，其特征在于，包括叶片主体(1)和铰接在叶片主体(1)上的可变后缘(2)，且叶片主体(1)上还安装有驱动可变后缘(2)摆动的驱动电机(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片，其特征在于，包括叶片主体(1)和铰接在叶片主体(1)上的可变后缘(2)，且叶片主体(1)上还安装有驱动可变后缘(2)摆动的驱动电机(6)。


2.根据权利要求1所述的具有可变后缘的垂直轴风力机叶片，其特征在于，所述叶片主体(1)的尾部安装有可转动的转轴(10)，且可变后缘(2)固定安装在转轴(10)上；所述驱动电机(6)的输出端与转轴(10)传动连接。


3.根据权利要求2所述的具有可变后缘的垂直轴风力机叶片，其特征在于，所述驱动电机(6)的输出端固定安装有蜗杆(7)，且转轴(10)上固定安装有与蜗杆(7)啮合的传动齿轮(8)。


4.根据权利要求1所述的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋超，李伟斌，罗骁，刘红阳，蓝庆生，王跃军，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三八二一部队，
类型：发明
国别省市：四川;51