阅读说明：本技术 一种高转速风力发电机桨叶 (High-rotating-speed wind driven generator blade ) 是由 薛冻 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高转速风力发电机桨叶,其包括用于与发电机涡轮轮毂连接的流线型旋翼；所述旋翼的迎风面上横向设有至少一个用于加速旋翼迎风面空气流动的加速槽,所述加速槽设置在旋翼靠近出风侧的一端,所述加速槽的长度为与其所在位置旋翼宽度的1/5至4/5。加速槽减少了风由桨叶柄桨叶尖端的流量,使更多的风能够进入加速槽,并在加速槽内加速后喷出,并推动涡轮旋转,使作用在涡轮上的转矩得到增加,从而提高了涡轮的转速,增加发电量,提高了发电效率,并可降低风力发电机运行的最低风速,即风速低于传统涡轮正常工作要求的最低风速时,增加加速槽的风力发电机也可正常运行和发电。(The invention discloses a high-rotating-speed wind driven generator blade, which comprises a streamline rotor wing connected with a turbine hub of a generator; at least one accelerating groove used for accelerating the air flow on the windward side of the rotor wing is transversely arranged on the windward side of the rotor wing, the accelerating groove is arranged at one end, close to the air outlet side, of the rotor wing, and the length of the accelerating groove is 1/5-4/5 of the width of the rotor wing at the position of the accelerating groove. The accelerating groove reduces the flow of wind from the tip of the blade handle blade, so that more wind energy can enter the accelerating groove, is sprayed out after accelerating in the accelerating groove, pushes the turbine to rotate, increases the torque acting on the turbine, improves the rotating speed of the turbine, increases the generating capacity, improves the generating efficiency, and can reduce the lowest wind speed of the wind driven generator, namely when the wind speed is lower than the lowest wind speed required by the normal work of the traditional turbine, the wind driven generator additionally provided with the accelerating groove can also normally operate and generate electricity.)

一种高转速风力发电机桨叶

技术领域

本发明涉及风力发电设备领域，具体涉及一种高转速风力发电机桨叶。

背景技术

经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其它能源的开发越来越受到重视。而在这些新兴的能源种类中，风能作为太阳能的转换形式之一，是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不会产生任何有害气体和肥料，不会污染环境，发展潜力巨大，前景广阔。

目前的风力发电机采用的发电方式是风力驱动涡轮旋转，进而带动发电机进行发电。目前所使用的涡轮桨叶的旋翼是一种表面光滑的螺旋桨式旋翼，旋翼的截面积由涡轮中心向外逐渐变小。当风吹向迎风面时，气流作用于旋翼表面后被分解为沿发电机轴向的推力和沿旋翼切向的推动力，只有这部分切向推动力才能推动涡轮旋转而发电。但是由于旋翼表面是光滑的，由于螺旋桨式旋翼的特点，会有一部分风沿旋翼迎风面自涡轮中心向旋翼外侧的尖端方向流动，这部分被旋翼捕捉到的风不会推动涡轮旋转，会被白白浪费，因而会影响涡轮的工作效率。同时，当风速低于传统风力发电机运行要求的最低风速时，风力发电机将不能正常工作。

为减少沿旋翼迎风面自涡轮中心沿旋翼纵向向旋翼尖端方向流动的风量，可在旋翼上增加横向的通槽，使沿旋翼纵向流动的风有一部分进入通槽内，推动旋翼旋转，增加施加在旋翼上的转矩，提高风力发电机的转速，同时也提高风力发电机的效率。

影响风力发电机涡轮转速和效率的因素有很多，如风速、涡轮大小，旋翼的翼型和迎风角度、旋翼表面结构等等。

人们通常认为，在旋翼迎风面增加加速槽后，旋翼上的加速槽的长度越长进入加速槽内的风量越多，对涡轮的推动力也就越大，从而在使用中将加速槽设为通槽，以便使更多的风进入槽内。但是在实际中，虽然对沿旋翼纵向流动的风增加了阻力，使其一部分进入槽后产生对旋翼的推力，但是效果并不明显，带有这种加速槽的风力发电机的转速和发电效率提升并不明显，对风力发电机的转速和效率提升有限，转速提升量一般不会超过5%。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高转速风力发电机桨叶，用于提高风力发电机的转速和效率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高转速风力发电机桨叶，其包括用于与发电机涡轮轮毂连接的流线型旋翼；所述旋翼的迎风面上横向设有至少一个用于加速旋翼迎风面空气流动的加速槽，所述加速槽设置在旋翼靠近出风侧的一端，所述加速槽的长度为与其所在位置的旋翼宽度的1/5至4/5。

进一步的，所述加速槽的横截面面积沿风的流动方向逐渐减小。

进一步的，所述旋翼沿其长度方向设有至少两个与其固定连接的副翼，相邻的副翼之间为V形的加速槽，所述加速槽的进风侧宽，出风侧窄，所述加速槽设置在旋翼的迎风面以上。

进一步的，所述加速槽的长度为旋翼宽度的1/4至1/2。

进一步的，所述加速槽位于旋翼的迎风面以下。

进一步的，所述加速槽横截面为矩形或梯形，所述加速槽的相邻两面之间均为圆角过渡。

本发明的积极效果为：

本发明通过在传统风力发电机桨叶表面设置加速槽，减少了风沿旋翼纵向的流量，使更多的风能够进入加速槽，并在加速槽内进行加速后喷出，并推动涡轮旋转，使作用在涡轮上的转矩得到增加，从而提高了涡轮的转速，增加发电量，提高了发电效率，并可降低风力发电机运行的最低风速，即风速低于传统涡轮正常工作要求的最低风速时，增加加速槽的风力发电机也可正常运行和发电。采用本发明也可对现有的风力发电机桨叶进行改造，提高其转速和工作效率。加速槽进风侧前方为进风区，进风区的风不会从旋翼前端流出对涡轮旋转产生不利影响。

附图说明

图1是本发明实施例1涡轮的结构示意图；

图2是本发明实施例1旋翼的结构示意图；

图3是图2中A-A部位的剖面图；

图4是本发明实施例2旋翼的结构示意图；

图5是图4中B-B部位的剖面图；

图6是图4中C-C部位的剖面图；

图7是加速槽为通槽时风在旋翼上的流动示意图；

图中，1、副翼；2、旋翼；3、加速槽；4、轮毂。

具体实施方式

通过在风里发电机的旋翼上增加通槽，以提升风力发电机的转速和效率，从而可发出更多的电能。但是一台小型风力发电机在实际运行中，发生的现象与上述人们通常的认知有所不同。

该风力发电机通过在迎风面粘贴横向的副翼进行了改造，每片副翼均由若干段粘贴在旋翼上的贴片组成，副翼之间形成V形的加速槽，加速槽长度与旋翼宽度相等。在运行几个月后，该风力发电机在运行中突然转速有所提升，发电功率增大，但是用电器没有发生变化。过后发现旋翼上加速槽进风侧的一些贴片由于粘贴不牢固有脱落现象。

经分析认为，加速槽为通槽的旋翼使一部分风在进入加速槽后从加速槽的前端流出，从而不能推动涡轮转动，甚至会对涡轮产生相反的转矩，阻碍涡轮的旋转。在这部分贴片脱落后，在槽的前方形成进风区，进风区的风大部分会进入加速槽推动涡轮旋转。随后对该风力发电机的涡轮贴片进行了部分去除，并通过计算机进行有限元模拟试验，均证实了上述推论。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

如图1和图3所示，一种高转速风力发电机桨叶，其包括旋翼2，所述旋翼2迎风面上沿其长度方向焊接或粘接有若干V形的副翼1，所述副翼1采用截面为梯形的铝合金型材弯制而成，相邻的副翼1之间形成横向的加速槽3，所述加速槽3位于旋翼2迎风面以上。所述旋翼2与风力发电机涡轮中心轮毂4相对应的位置为用于和轮毂4相连接的连接板5。

如图2所示，箭头指示方向为风吹到旋翼2后在旋翼2表面流动的方向，流动方向为由右向左。所述加速槽3为右端开口大，左端开口小的V形。所述加速槽3横截面为图3所示的梯形。

由于风力发电机具有自主寻风功能，其涡轮所在平面始终与来风方向垂直，因而旋翼2的迎风面始终不变，风在加速槽3中的流动方向不会发生变化。

如图2所示，所述加速槽3右方的旋翼2所在位置为进风区。当风沿轮毂4中心轴吹向旋翼2的迎风面后，进风区的风在加速槽3的作用下加速后沿加速槽3从其左端加速喷出，从而推动旋翼2沿轮毂4中心旋转。设置在旋翼2上的副翼1也可以对由连接板5向旋翼2尖端流动的风产生阻力，减少了风在此方向上的流动量，使更多的风能够进入加速槽3，从而提高涡轮转速和工作效率。

所述加速槽3设置在旋翼2左部，所述加速槽3的长度为该加速槽3所在部位旋翼2宽度的1/5至4/5。

以下为旋翼2在设置不同长度的加速槽2后对涡轮转速的影响，测试方法为计算机模拟涡轮在风洞中的转速试验，表一为测试的条件，表二为测试结果，表二中L为加速槽3长度，B为加速槽3所在位置旋翼2的宽度。

表一

表二

从表二中的数据可得出如下结论：

加速槽3长度大于等于旋翼2宽度的1/5时，涡轮的转速均比无减速槽的涡轮的转速高；当加速槽3的长度在旋翼2宽度的1/2至1/4时，涡轮的转速增加明显，转速增加量均超过了7%；在加速槽3的长度为旋翼2宽度的1/3时，涡轮转速达到17.1rad/s，比传统叶片涡轮转速提高了12.5%，效果最为明显。因而涡轮转速变化规律并不是随加速槽3的长度增加而一直增大，而是随加速槽3长度增加而增大到一定程度后会随加速槽3长度的增加反而会减小。

如图7所示，箭头指示方向为风的流动方向。加速槽3与旋翼3的前后两端均相通，使得一部分风在进入加速槽3后从加速槽3的前端流出，从而不能推动涡轮转动，甚至会对涡轮产生相反的转矩，阻碍涡轮的旋转，这就是加速槽3为通槽时涡轮转速提升不明显的原因。

风力发电机涡轮在增加加速槽3后，减少了风由连接板5向旋翼2尖端的流量，使更多的风能够进入加速槽3，并在加速槽3内加速后喷出，并推动涡轮旋转，使作用在涡轮上的转矩得到增加，从而提高了涡轮的转速，增加发电量，提高了发电效率，并可降低风力发电机运行的最低风速，即风速低于传统涡轮正常工作要求的最低风速时，增加加速槽3的风力发电机也可正常运行和发电。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于加速槽3设置在旋翼2迎风面以下。

通过在旋翼2上进行加工而形成V形的加速槽3，所述加速槽3横截面为矩形，所述加速槽3的相邻两面之间均为圆滑过渡，可防止旋翼2在加速槽3处因产生应力集中而断裂。如图6所示，所述加速槽3底部与旋翼2进风面通过斜面过渡，避免产生局部湍流而影响风力发电机效率。

如图4所示，所述加速槽3右方的旋翼2所在位置为进风区。当风沿轮毂4中心轴吹向旋翼2的迎风面后，风沿箭头所示方向向左由进风区流向加速槽3，之后在加速槽3的作用下加速后沿加速槽3从其左端喷出，从而推动旋翼2沿轮毂4中心旋转。同时，加速槽3也可以对由连接板5向旋翼2尖端流动的风产生阻力，减少风在此方向上的流量，使更多的风能够进入加速槽3，并推动涡轮旋转，从而提高涡轮的转速和工作效率。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。