[发明专利]用等离子体技术设计风机叶片以减小叶片面积

说明书

技术领域：本发明涉及风力发电领域，特别涉及使用等离子体技术进行风机叶片设计领域。

背景技术：近来，随着风力发电技术的发展、风力发电机应用越来越广，风机叶片的生产也蓬勃发展。据统计我国风机叶片行业已可以生产从功率150KW到1.5MW的各型号的产品，供给产能至少在1000套以上，按照每套3片的配套计算，总产能在3000片以上。

然而随着风电技术广泛应用，风机体积尤其是叶片体积问题也越发得到重视。目前风机叶片一般采用玻璃钢，长度一般在数米，大功率风机叶片甚至达到20米。过大的体积使风机成本极高，而且使安装和稳定性控制都存在比较大的困难。

发明内容：本发明的目的在于提供一种新型设计方案，使用等离子体改变风机空气动力学模型，用等离子体加速叶片表面空气流动速度，使其在微风中也能启动，并且同时建立了合理的能量流动结构和系统安装结构，既提高了风能的利用率也大大的减少了叶片的体积和成本。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明设计包括高压电场、电极模块、导电环、风机叶片、转轴的系统构成。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步描述。

图1是风机模型结构图

图2是叶片表面结构图

在图1中，风机主要包括测速仪1、电极2、发电机3、高压源4、反馈系统5、蓄电池6、导电环7、风机基座8、风机尾翼9构成。

高压源4与反馈系统5安装在风机杆柱内，防风雨而且安全。测速仪1安装在风机正面最前方，电极2覆盖在叶片两侧，导电环7安装在尾杆上，随风机角度调整而调整位置。

有风时，测速仪1测量正向风速，尾翼9根据风向调整使风机始终垂直于风向。在风机调整角度的过程中，导电环7随之调整在尾杆上的位置，以保证传输高压的导线不会产生过大张力。高压源4安装在风车杆柱内，当风速达到设定值时(例如说1m/s)，高压源4开始启动，通过电极2放电产生等离子体。

本系统中等离子体产生装置由放电电极板与高压电源组成。

电极基板是风机叶片(一般为玻璃钢)，厚H＝10～20mm电极分别布置在叶片两侧板。上方所附电极为多条相连的条状电极。厚h＝5mm宽d＝30m长50mm各相距D＝20～30mm并连接成为一个正电极①。板下方负电极②是一层厚h＝5mm的铜板(见图2)

高压源4由蓄电池6供电。风机发电后一部分存储到蓄电池6以保证高压源4在下一次启动时的能量，其余的通过逆变器并入电网。高压源4安装在风机杆柱内尽量靠近顶部的地方，以保证传输线尽可能短。

高压源4开始工作后，产生4～5KV的高压，叶片正面相邻电极之间形成一定量的等离子流③。这些等离子体含有极高的能量，

其中单位体积存储的电能为：W_c＝1/2εE²/2，

单位体积存储的磁能为：W_m＝1/2μH²/2，

并且由于粒子的振动，单位体积内还存储着有序动能：W_k＝1/2N_em_ev_e²+1/2N_im_iv_i²。

风机叶片呈螺旋状，并向叶片的根部移动，风从很陡的角度进入叶片，可认为沿叶片表面方向流动。等离子体能量、速度都高于空气，由于粒子的相互碰撞和能量转移，等离子体会带动叶片表面的气流，把能量传递给空气成为空气的动能，这些等离子体大部分能量传递给空气，从而加速表面空气。这些能量能使空气得到较大的提速。Tennessee大学的J.Reece Roth教授实验发现¹，通过等离子体带动，能将电极表面气流速度提至6～7m/s。而目前的风车技术，大约是3m/s的微风速度，便可以开始发电。

反馈系统5安装在风车杆内，在高压源4下方，并与之相距一定距离以保证不受电场干扰。其中在叶片中部、尾部都装有探测器，待叶片各部分转动达到稳定后，反馈系统5通过与高压源4相连的开关使高压源4停止工作。这样可以有效的节约风机产生的能量。

通过本系统，我们能在较低风速下实现风机的启动。从而可以避免设计过大的风机受风面积，也就可以避免风机面积过大，节省了风机的成本，并为风机的安装、维修提供了较大的便利性。