[发明专利]一种带可动尾缘叶片的新型垂直轴风力机

说明书

本发明提出了一种带可动尾缘叶片的新型垂直轴风力机，其包括安装于发电机的主轴组件，所述主轴组件安装有在风力作用下驱动主轴转动的叶片，所述叶片靠近尾缘的部分为可摆动尾缘部，所述可摆动尾缘部铰接安装于叶片，所述叶片内设压电悬臂梁结构，所述压电悬臂梁的摆动端连接于所述可摆动尾缘部，所述压电悬臂梁结构电连接于控制模块，所述控制模块连接于监测叶片旋转角度的角度传感器。该风力机在满足耗能少的前提下使叶片保持一定弯度，将有效改善其气动特性，增加做功能力。

技术领域

本发明涉及风能利用装置，尤其涉及一种带可动尾缘叶片的新型垂直轴风力机。

背景技术

风能是世界上最丰富的可再生能源之一，它取之不尽，用之不竭，并且是清洁能源，使用过程中不会对环境造成大的污染。凭借自身优势，风能利用越来越受到人们的重视。风力发电是目前风能应用最为广泛的形式，根据叶片固定轴的方位，风力发电机可分为水平轴式(横轴)和垂直轴式(竖轴)两类。与水平轴风力机相比，垂直轴风力机结构简单，切入风速小，转速低，适用的风速范围较广。此外，垂直轴风力机无需对风装置，噪音小，适合安装在城市等空间比较密集的地区。垂直轴式风力机可进一步分为升力型与阻力型两种，尽管升力型垂直轴风力机的风能利用率普遍高于阻力型垂直轴风力机，但目前仍远低于水平轴风力机，如何进一步提高风能利用率是这种风力机能否得到广泛应用的关键。

升力型垂直轴风力机叶片的截面形式多为机翼翼型，当有来流时，主要依靠翼型产生的升力而驱动叶轮旋转做功。因此，目前改善升力型垂直轴风力机性能的方法多集中在提高其叶片翼型的升阻比，进而提高风力机机组的输出功率。这些方法中，被动式控制不需要外部的能量输入，但需要在叶片上安装附加的机械结构，例如在翼型边界层内加肋、开槽等。主动式控制则需要从外部输入能量，通过控制能量输入实现改善叶片周边流场结构，提高叶片性能的目的，例如在翼型表面施加射流、等离子体激励等。主动控制方法可以在不同工况下使叶片的做功性能都能得到有效改善，但目前采用的方法普遍需要较大的能量输入，且控制机构复杂，因此探索耗能低、易操作的主动控制方法将具有非常重要的意义。

现采用的提高叶片做功性能的主动控制方法普遍需要较大的外部能量输入，因此耗能高，且控制机构复杂，机械加工困难。现有的升力型垂直轴风力机上应用的叶片翼型多为对称式翼型，但有研究表明：与对称翼型相比，带有弯度的翼型可以在更大攻角范围内维持较高的升阻比。

本发明为一种带有尾缘可摆动叶片的升力型垂直轴风力机：当叶片旋转到上风向时，叶片翼型尾缘向其压力面摆动，使翼型中弧线产生一定弯度；当叶片旋转到下风向时，此时叶片翼型的吸力面与压力面位置发生变化，翼型尾缘再次向压力面方向摆动使翼型中弧线产生一定弯度，在旋转过程中保持不变，如图1所示。这种方法仅驱动叶片尾缘在旋转中发生两次摆动，因此耗能少，使叶片保持一定弯度，将有效改善其气动特性，增加了做功能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带可动尾缘叶片的新型垂直轴风力机，其在满足耗能少的前提下使叶片保持一定弯度，将有效改善其气动特性，增加做功能力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种带可动尾缘叶片的新型垂直轴风力机，其包括安装于发电机的主轴组件，所述主轴组件安装有在风力作用下驱动主轴转动的叶片(1)，所述叶片(1)靠近尾缘的部分为可摆动尾缘部(3)，所述可摆动尾缘部(3)铰接安装于叶片(1)，所述叶片内设压电悬臂梁结构，所述压电悬臂梁的摆动端连接于所述可摆动尾缘部(3)，所述压电悬臂梁结构电连接于控制模块(4)，所述控制模块连接于监测叶片旋转角度的角度传感器。