[00321003]无偿提供风电企业长柄宽叶翼风车风桨桨叶新翼型技术

无偿提供给风电企业长柄宽叶翼风车风桨桨叶新翼型技术 随着石油、煤碳等不可再生资源的紧缺和日趋严重的环境问题，以威胁到人类的可持续发展。开发利用无污染可持续利用的清洁能源已是全人类的当务之急，可再生清洁的风能开发利用已受到人们的重视。 但是近年来，人们利用古人遗留下来的风车，被作坊技术与发电机组合成为风力发电机，并为抢占市场和发展初期经济利益将这种风力发电机用于风能开发，由于缺乏科学技术合理的支持，使风力发电机设备还应用着是没有从原始初创期的阴影中走出的低效率风力机，及让风力机动力直接带动发电机发电的错误技术模式，其风电机组性能效果不佳而不尽人意，使风电行业对风能的开发陷入未老先衰的境地，让风电企业步入了寒冬。 形成上述问题的原因是； 一 缺乏对自然风能不稳定性的正确认识，让发电机、控制器、逆变器等电器设备，完成一个从发电机所需动力的源头就存在不稳定的不可能完成的任务，错误的使用让风车动力直接带动发电机发电的技术模式。 二、由于对风车风桨几何及机械结构的特性、工作原理缺乏深透的了解和分析，没有考虑桨叶受风面与自然风因相互作用而存在的多种物理变量等因素（依据对风车风桨几何结构特性与工作原理分析），甚至对风车性能有着至关重要的因素一无所知的情况下（自己公开向中外维斯塔斯专家们提出请教的问题至今无一回答），而是以飞机及电风扇那样的主动桨理论指导风车技术的发展，设计制造了限制风车风桨吸收转换风能能力的效率极低风车; 三、为追求大功率风力发电机，盲目的生产超长度桨叶，使桨叶本身生产运输和安装难度极大（事实上风桨前段部分因自身运行速度高而不具备吸收风能的能力的，且又存在桨叶自身前段和后段反向的破坏性扭矩力的安全隐患），而开发出吸收转换风能能力低下的风车。 四、过度重视高风速风场风电开发，缺乏对中低风速风场的风能开发，使风电商品形成产出地远离消费地，使风电产品缺乏市场支持。 近年风电行业的现实说明，这种风源不稳定、风桨不合理、追求大桨叶的不合理因素造就了不符合市场要求的平稳电力产品（俗称垃圾电），让风电行业上演了一场在火山口上去烤全牛式的生产经营活动。导致风电行业未老先衰的必然结果（多年前我就在“人类开发利用风能的风电业步入了大的歧途”指出风电行业的危险）。 根据本人多年分析研究撰写的“风车风桨几何结构特性与工作原理”分析，现有风力机还存在； （一）、缺乏对风车工作时是桨叶和风力二者还存在以压强方式产生作用力的认识，风力机风桨风叶少，风叶细长缺少叶翼（实质受风面），使风车因缺乏受风面积而对风能转换效率很低。 （二）、将本身就很少的风桨吸收转换风能的实质受风面（叶翼）都集中在桨叶的根部，使桨叶对风车轴缺乏力矩去产生作用。 （三）、由于吸收风能的叶翼集中在桨叶根部，形成由根部带动前段尖部的运动，桨叶前段部分又因几何特性决定其运行速度远高于风速，使得本身几乎没有叶翼的前段桨叶又因高速运行而失去了对风能的吸收能力，相反，增大了高速运行的前段桨叶受到空气的阻力，使桨叶运行产生极大的噪音和前后两端形成反向的扭矩力，造成对环境的污染和对桨叶自身安全的威胁。 为能依照我们党指出的科学发展观和习近平总书记高质量、高效益发展我国社会经济的要求发展我国风电，自己对“人类风能开发的风力发电技术发展状况与发展方向”和“风车风桨几何结构特性与工作原理”进行了认真分析，撰写一百余篇与风电相关的文章（均在百度风电技术贴吧），“风车风桨几何结构特性与工作原理”的理论基础上，本人发明了以下完全符合“十二五”国家风力发电科技发展专项规划的； “等弦优劣弧槽桨形风车风桨” 技术，2007年获国家专利，专利号；200620129350•9。 、“一种外圈多桨叶风车风桨” 技术，已被国家专利局受理并公布，申请号；201010166674•0。 “弧槽桨叶风桨多层叠加型直立轴立式风车” 已被国家专利局受理，申请号；201110091094.4。 “风车水平轴动力向下传输装置” 技术，已被国家专利局受理并公布，申请号；201110036727.1 “风车风桨三级自动变桨技术方案” 已被国家专利局受理并公布，申请号；201110091095.9。 “风车轮毂外侧骨架环”技术已被国家专利局受理并公布，申请号；201110126615.5。 “风车轴旋转动力蜗盘簧储能传输装置” 已被国家专利局受理并公布，申请号；201210060336.8。 “长柄宽叶翼风车风桨桨叶” 已被国家专利局受理并公布，申请号；201210411641.7的八项风电新技术， 为能让这些新技术技术早日最大的发挥有益作用，现我们决定将“长柄宽叶翼风车风桨桨叶”技术给有意愿实施这项技术的企业无偿办理专利实施普通许可授权。以提高现有风车性能，使现有风电机继续保持一定的生存能力。 长柄宽叶翼风车风桨桨叶技术的性能是； 长柄宽叶翼风车风桨桨叶是根据风车轮辐状结构风桨的圆形和桨叶叶翼是在运动中吸收风能的特性，针对现有风车风桨桨叶对风能的吸收面积不足，且又集中于桨叶上对风车轴难以发挥杠杆作用的根部（即风桨的中心），能够对风车轴产生最大作用力的尖部叶翼窄面积小，对风能的吸收能力低。主要以根部叶翼吸收的风力作用给风车轴，使风车运动时又因风桨的几何结构特性，桨叶尖部的运行速度远远高于风速而产生不必要的噪音，又使得桨叶尖部降低或失去对风能的吸收能力，相应桨叶运行的速度越高桨叶背面所受到的阻力就越大，使桨叶自身产生很大扭矩力，使风车桨叶形成自身安全隐患的性能缺陷，提供一种长柄宽叶翼风车风桨桨叶，将桨叶的叶翼只设置在桨叶的尖部，充分利用风车风桨外圆大的几何空间，放大叶翼宽度增加桨叶叶翼（桨叶受风面）面积，优化风车风桨桨叶对风能的接受及转换方式，增加了桨叶对风能的吸收能力，以桨叶受风面在风桨半径内集中在风桨的外圆的叶尖部，使桨叶吸收风力后再去对风车轴作用时的力矩的最大化，以提高风车对风能的吸收转换效率。 由于长柄寛叶翼风车风桨桨叶技术减去了桨叶根部的叶翼，使风力机桨叶受风的有益作用力和桨叶背部所受阻力集中在桨叶的尖部，形成有利的相互作用下的桨叶自身的有益调节作用，避免了风车桨叶在受风时产生的自身扭矩力的发生，消除了风车风桨桨叶因自身扭矩力折损桨叶的安全隐患。 长柄寛叶翼风车风桨桨叶由于根部结构与现有水平轴风车桨叶的结构相同，故及有利于和现有风车技术对接，取代现有的三根针的不合理技术的桨叶，进一步提高风车对风能的转换效率，从而提高风力发电机的发电能力。促进风电业的持续发展，解决风电产出地远离消费地问题，为建设分布式中低风速风电场建设提供高性能的风电技术设备，同时也可给高风速风场设计生产的风电机进行技术改造，使其成为更为适应自然风力条件的风电机，实现设备的商品价值。 民间发明人；吕元林 新翼型风力机桨叶与现有三叶桨风力机桨叶 结构特性与性能的对比分析 一、风力机风桨的基本结构与性能分析 （一） 现有的水平轴风力机风桨的基本结构与性能分析 现有的水平轴风力机的风桨（俗称风轮、转子轮等）均只设有为数不多的几个桨叶（俗称风叶或风机叶片），桨叶为长条形，也被人形象的称为针形。 现有的水平轴风力机的风桨的结构简单，生产制造时省料、省工、省成本低，比垂直轴风力机的风轮转速高，给发电机输送动力时需对动力增速的概率低。 现有的水平轴风力机的风桨的缺点是；风桨桨叶叶数少，且风叶细长缺少叶翼，故对风能的吸收及转换能力低。 现有风桨桨叶的缺点是：1、桨叶细长而缺少吸收风能的叶翼而对风能吸收能力低。2、吸收风能的叶翼都集中在桨叶长三分之一的根部，使桨叶可对风车轴的作用力集中在了桨叶的根部，桨叶对风车轴的作用力矩的小，形成的风桨运行时的桨叶叶尖速远高与风速的视觉效果已误导人们的思维（速度不能完全决定功率）。3、细长桨叶因长度而对生产条件，生产工艺以及运输和安装的条件要求高困难大。 （二） 新翼型长柄宽叶翼风力机桨叶的基本结构与性能分析 新翼型长柄宽叶翼风力机风桨的基本结构是：桨叶为长柄桨叶，只在桨叶的前段设置宽幅的叶翼。 新翼型长柄宽叶翼风力机风桨桨叶的优点是：1、由于风桨桨叶根部只为叶柄，叶翼只设置在桨叶的前段，有利于风桨增设桨叶提高风桨对风能的吸收能力。2、由于风桨桨叶叶翼的宽幅特性增大风力机桨叶的可受风面，从而再次提升风桨对风能的吸收能力。3、由于风桨桨叶吸收风能的叶翼面集中在桨叶的尖部，即桨叶上距风车轴的最远处，故桨叶对风车轴的作用力矩大，使风桨的工作效率高。 新翼型长柄宽叶翼风力机风桨桨叶的缺点是：风桨运行时的桨叶叶尖速较低，没有三叶桨风车的观赏性不高。 二、风力机风桨动态性能分析 风车的风桨的工作是由风切入风桨后风力使桨叶的正背两个叶面（主要是叶翼的正背两面）形成了气压差，桨叶为获得自然的平衡便要向气压低的一面运动，运动时作为风桨上的轮辐状叶轮的辐状叶对风桨的中心轴产生出相应的力矩的作用，这一力矩的作用力的作用点是桨叶吸收的风力的集中点，这一作用力的大小是桨叶正背两面的空气气压压差的大小，桨叶正背两面的空气气压压差又是源自于风力的大小。 人们对风力机的要求是在持续的风力攻击下风力机能持续的工作运行，这就使后续风力在桨叶不利于吸收风能的运行中对桨叶产生作用。 轮辐状叶轮的风桨运动时由于风桨的几何结构特性，桨叶运动时距风桨中心不同距离处的桨叶上都存在不同的运动速度，越远离中心其运动速度就越大。 （一） 现有的水平轴风力机的风桨的动态性能分析 现有的水平轴风力机的风桨的桨叶的叶翼集中在桨叶长度三分之一的根部，这一部位的叶翼由于靠近风桨中心在风桨上的运行速度较低，有利于桨叶吸收风能使叶翼的正背两面产生压差形成风桨运动的动力，能够使风桨运行时的桨叶叶尖速远高与风速的速度运行。但是，这就使桨叶吸收的风力的集中点偏向了风桨中心，相应桨叶对风车轴的作用力矩偏小，作用力不大，因而使风桨运动的动力不足。 现有的水平轴风力机的风桨都是由中心部位的桨叶吸收风能，从而获得运动的动力的。相应在风桨桨叶运动时也都是由桨叶的根部带动前段运动的，而且前段的运动速度是离风桨中心越远越高，形成桨叶对空气的切入（现有风力机运行时的呼啸声也是由此而来的），使桨叶前段部位受到相应的空气阻力，消耗了风桨运动的动力，也使桨叶的根部段和前段产生了反向扭力力矩，形成自身的不安全的隐患。 虽然桨叶前段部位不会吸收风能反而形成不利于风桨运行的阻力，但是在风桨的实际运行时，桨叶前段部位以自身重量（其实任何形态的桨叶它都会有其自身重量的）形成的离心力和惯性作用对风桨运行还是产生了一定的延时作用。 （二） 新翼型长柄宽叶翼风力机风桨桨叶的动态性能分析 新翼型长柄宽叶翼风力机风桨桨叶的新技术，采用在桨叶运行时动态变量小的幅度范围内，以及能够将叶翼吸收的风能以最大力矩作用给中心轴的桨叶尖部设置叶翼，从而减小了桨叶在接受风力和运行能力时的自身调节的必要，保证了桨叶对风车轴作用力矩的最大发挥，减小了桨叶尖部叶翼正背两面在运行时的空气气压压差，减小了桨叶根部和尖部的反向扭矩力形成的不利于风桨运行和安全的问题。 技术责任人：吕元林 2013年4月 风车风桨几何结构特性 与工作原理分析 风车是人类利用自然风力的一种工具。风车风桨是风车接受吸收自然风力，并将风力转换成旋转动力的风车关键性部件。风车最早人们只做观赏用具，后人们在生产中用以提灌等农业生产和小作坊生产的动力来源。现人们利用风车可吸收清洁持续可再生风能的优点，发展风力发电，以解决当今人类化石能源日益减少，加之化石能源对环境污染，不利于人类可持续发展的问题。 因此，对风车风桨技术的深入研究，进一步挖掘风桨自身潜力，提高风桨效率是当今风电发展的一项重要课题。 要开发出风车风桨的潜力,提高风桨转换风能的能力，首先我们要对风桨的几何结构与特性和自然风力的特性,以及风对桨的作用方式,作用过程,风桨对风能的转换方式和过程要有深透的了解,要有一个科学合理的分析和研究。只有这样,才能创造出科学合理的具有先进性的新技术,为人类作出新的贡献。 一，风桨几何结构与特性 风桨是风车的关键性部件。它是以风桨轮榖为中心，风桨桨叶为主体，将桨叶组根部固定在风车轮毂上构成的一辐状叶轮。因桨叶是这一叶轮的辐状叶，因而使风桨的桨叶与桨叶间 必然存在一定的间隙。运行中风车轴轴心至桨叶尖部为风桨对风略扫面的半径，桨叶的受风面是风桨的实质受风面，也是将风力作用到风车轴的动力臂，桨叶尖部运行出的圆形轨迹是风桨对风略扫面外圆的圆周。每只桨叶的受风面设在风桨的同一时针方向，并给风力设有一定的攻角以接受风力。现有风桨桨叶多为斜面直板型，叶数三叶或更多，桨叶的长短以人们所需动力的大小而定。 根据圆形几何特性分析；几何定义的圆形即到定点的距离等于定长的点的集合，这个定点也就是这个圆的圆心，定长也就是这个圆的半径。到定点的距离等于定长的点的轨迹，是以定点为圆心，定长为半径的圆。风车风桨是一轮辐状叶轮，并未构成一完整实体圆面，但是在风桨运行时风桨对风的略扫面是一圆形面，这是因为桨叶是以射线向将其根部固定在风车轴上的，确定着风桨对风略扫圆面的半径，是风桨对风略扫圆面的实体部分。因而也就决定了，风桨桨叶受风面也只能是风桨的实质受风面积，即风桨工作时桨叶对风的略扫面积的一部分。同时，风桨工作时是以风车轴为圆心，桨叶为半径进行圆周运动的，其略扫面必然是一个圆面。桨叶运行中，由桨叶根部至尖部间不同的点，都将运行出不同的圆周轨迹，圈划出不同周长的圆面。也就是说运行中桨叶上不同的点，有着不同的运行 速度。 二.桨叶受风面及桨叶受风攻角的特性 桨叶的受风面是设在风桨同一时针方向的，是风桨接受风力的实质受风面，这一面积的大小首先决定着风桨能接受风力的大小。因风力对其攻击角度小于风力对风桨略扫面的切入角度，所以它是与风桨略扫面呈小于90度的夹角。 根据流体力学分析；风桨略扫面与桨叶受风面间角度越小，桨叶受风面对风力在其表面的前进方向改变就越小。同时纵向去攻击桨叶的气流的横面积就越小，使风桨桨叶对风能的接收能力就越小。 根据机械动力学分析；当风力攻击到桨叶受风面时，桨叶受风面是应向受风面后方垂直的方向运动的，这一方向与风桨运动的方向间为小于90度的夹角，这一角度越大时，桨叶对风力的阻力就越大，风桨桨叶接受的风力就越大。这一角度越小时，桨叶对风力的阻力就越小，桨叶接受的风力就越小，桨叶受风面运动的方向与风桨运动的方向就越一致，但这又不利于风能的吸收。实际运行中这一运行方向因风桨几何实质固体的机械作用，使这一运动方向与风桨桨叶对风的略扫方向，即风桨运动方向一致。因此这一风桨几何实质固体机械作用，就又给桨叶可设置风力攻角提供了一定的基础。 因桨叶吸收风力的目的是为能使风桨运动，所以，在风桨的设计制作中首先应尽最大可能的设置桨叶受风面，也更应科学合理设置桨叶的风力攻角。 三、风能及其自然特性 风既流动的有一定质量、密度和压力即蕴藏一定动力的空气气流。其流动速度也叫风速，在自然环境中其风速又有着不恒定的特性。其流动时会对临界物产生冲击力、压力、摩擦力。这种能力的大小与其气流自身的质量、密度、压力、速度的变化同步。 根据流体力学特性分析:风力有一定可持续、易分流、易分散的特性。既一定风速的气流在一定的空间可保持一定时间的流动。风在遇阻力体阻挡时,将沿阻力体表分流,其主流方向是气流方向与阻力体表不垂直时，向二者形成夹角小,即对气流方向改变小的固体物表面流动,并在阻力体阻力与空气流自身冲击作用下改变了阻力体表面气流的压力。这种压力变化的大小取决与气流自身蕴藏量的大小和阻力体表与改变前的气流方向的夹角的大小。其夹角在90°时对气流方向和压力改变最大,对固体物产生的作用力量也就最大。其夹角小于90°时,夹角越小,对气流方向和压力改变就越小,相应对固体物产生的作用力就越小。 四、风车风桨工作原理 风车风桨是在受风力持续攻击下才工作时运行的，其工作面即风桨略扫面是一圆面。桨叶既是风桨的半径又是风桨的动力臂，根据机械动力学原理讲，风桨上自身的动力臂与阻力臂是相等的，因而使风车在无风时可保持禁止状态。 风车工作时，设在桨叶正面有一定风力攻角和面积的桨叶受风面，在持续风力作用下，桨叶受风面表面气压升高，形成与桨叶背面低压区的气压差，这一压差使桨叶的动力臂获得了动力，从而使风桨几何体上动力臂上的动力大于阻力臂的阻力，推动风桨的运动。同时桨叶的受风面积越大其接受的风力就越大，风桨桨叶向受风面后运动的动力就越大。 运动中桨叶是将所受动力以动力臂的方式传送给风车轴的，并以风车轴为圆心进行圆周运动。桨叶受风面离风桨中心越远动力臂的作用就越大。运动中桨叶对气流（风）横切，形成了一个以桨叶为半径的圆形略扫面。桨叶长度决定着风桨对风的略扫面的大小，桨叶尖部的运动轨迹也就是风桨对风的略扫圆面的外圆周轨迹。 当风桨受风吹动后，因每只桨叶均以杠杆作用推运风浆以中心轴为圆心进行圆周运动的，而且因每只有同样风力攻角的桨叶的受风面均是朝向一个时钟方向设置的，所以风桨即是集合了每只桨叶所吸收的风力，对风桨轴产生带动作用。 在风车工作时，当风车的动力源风吹向风车风桨，切入风桨略扫面，攻击桨叶受风面时，气流冲击力与桨叶给风的阻力呈一定角度（风力对风桨桨叶受风面的攻角）的相交。相互产生力的作用，在两种力相交中，风力常借助于风力攻角及风桨阻力配置设计小的优势大于风桨阻力，风桨也借助自身的机械优势在风力的作用下向桨叶受风面后方运动，这样便形成了风桨的旋转运动，使风桨进入了工作状态。实际运行中风力越大，风桨受力就越大，转速就越高，输出的动力也就越大。 桨叶在风桨运行中是以杠杆的形式发挥作用的。也就是说桨叶的受风面是吸收风能获得动力，并带动风桨进行旋转运动的动力臂的受力点。根据机械力学的相关原理推定，这一受力点离风桨轴心越远，可作用给风桨轴的作用力就越大。 同时风桨的持续运行，是在一定时间里具有持续特性的风力攻击下才持续运动的。所以风能是风桨工作的动力的源泉。 五、风桨运行中桨叶受风面对风力的吸收 为使风桨持续运行，风桨桨叶受风面就应在运动中接受持续的风力攻击，其桨叶受风面积的大小决定了风桨吸收风能的能力的大小。运行中桨叶在受风力攻击后是向受风面后方运动的（实际是在固体结构的机械性能的作用下向侧后运动的），对阻挡风力吸收风力作出了退让，是不利于气流攻击桨叶时桨叶受风面上的气压升高，影响风桨对风力的吸收。实际运行中必须是风速大与风桨桨叶的运行速度。只有风速大于风桨桨叶的运行速度，风桨桨叶才能发挥其对风力的阻力体的作用，吸收持续的风力并转换风能，保证风桨的持续运动。 六，风桨运行中风与桨叶的相互切入 ㈠风对风桨的切入 风车要实现将风力转换成旋转机械能。首先要有自然风力切入风车的风桨推动风桨运动。自然风速越高，风力就越大，切入风桨的切速度就越高，提供给风桨的动力也就越大。正常工作时，风车风浆的略扫面在风车偏航的作用下保持迎风状态，因而就风桨略扫面而言，风是持续垂直切入略扫面对风桨产生作用的。但在同一时间里风桨受风面接受的风力即气流并没有全部集中在桨叶受风面上，其中桨叶与桨叶间空隙里受到的气流是直接穿过风桨受风面的（在不考虑桨叶对气流的扰动作用的情况下），这部分气流对风桨的运行是不会部风桨桨叶吸收的，这也就说明风桨略扫面内所接受的风力并不全部都对风桨产生作用。 ㈡风对风桨桨叶受风面的切入 当风吹向风桨时，风是以最大攻角（垂直角）切入风桨略 扫面后再切入桨叶受风面，其攻击力分布于所有桨叶受风面，是由桨叶受风面吸收转换的风能使风桨运动的。因桨叶设有风力攻角，这就使桨叶的受风面与风桨略扫面间存在一定夹角，所以风对风桨桨叶的切入角度（风力攻角）是小于90°的，这一风力攻角越小风力对桨叶的攻击力越低。因而就更进一步说明在风桨设计中要尽最大可能保证桨叶受风面积，选择桨叶受风面最佳风的力攻角，以达到风桨在接受风力后产生最大工作效益。 ㈢风桨桨叶对风的切入 风桨接受风力后，风桨开始以风车轴为中心的圆周运动时，风桨桨叶即开始了对风的横切，即二者又在桨叶受风面背面形成相互作用，这时空气就又给桨叶受风面背面产生了一定的阻力，只要有风桨的运动，就必然是桨叶受风面正面所接受的动力大于背面所受的阻力，所以桨叶对风的切力源自风力、其切速度是风桨以桨叶为半径做圆周运动的桨叶的运行速度。所以宏观地讲，风桨对风的最大切速度为风桨转速乘以风桨略扫面的圆周周长，但在风桨中心桨叶确对风的切速度最小，其切速度近于零。 如以风桨每秒转速均为一周，不同长度的桨叶为例： 1、桨叶长0.5米的风桨，其对风的最大切速度为3.14米/ 秒。 2、桨叶长为1米的风桨，其对风的最大切速度为6.28米/秒。 在风桨实际运行时，桨叶是在向桨叶受风面后运动的，是在运动中接受后续风力攻击，并继续对风力即气流进行横切的。这种运动会使桨叶受风面表面气压增高的条件，随桨叶对风力的切速度升高而逐步消失，很大程度上是在降低桨叶对风力的吸收。同时桨叶在对气流横切中桨叶受风面背面会受到了一定的阻力，这将必然对桨叶受风面吸收的风力形成削弱，其风浆转速越高，削弱程度越大。 ㈣风与浆叶的互切 风浆工作过程也就是风与风桨的互切过程。首先由风垂直切入风桨并利用风力攻角作用将力作用给了桨叶。桨叶受风面在接受风力切入后，受风力的作用风桨即进行着以风桨桨叶为半径，以风车轴为圆心的旋转运动。同时做为半径的桨叶就对风也进行了横切，即完成了二者的互切，使桨叶受风面及桨叶背面与风力发生了不同结果的相互作用力，即桨叶受风面接受了风力的攻击作用力，风桨背面对风确产生着推动力的作用。风桨运行中，桨叶是以向后运动对风力横切并接受风力切入的，因此，桨叶对风力的切入对风桨工作效率没有任何有效作用。 二者只有风力切入风桨，并大于风桨所受的阻力后时才对风桨的工作运行产生有效的作用。相反桨叶背面设置的不利于气流流动时，桨叶对风横切时将对风桨运动行成极大的阻力，将不利于风桨的运行。 七、风桨工作时的动态变量 ㈠动力源风的变量 风力来自大自然，有着风速、风力变化无常的特性，使风速、风力存在着很大的变量的自然条件。因此，风力对风浆的切速度存在着随时不定的变量效应。量小时对风浆的切速低以致没有足够的能量提供给风浆使风浆工作。量大时对风浆的切速就高，提供给风浆的力越大，使风浆转速高，风力极大时，可使风车等动力接受设备飞车。这一变量因素源自自然风力。 ㈡桨叶对风切速度的微观变量 风桨运行时浆叶对风的切速度不但有与风速同步的宏观切速度。同时更有着与风桨几何特性密切相关的微观变量。这是因为风桨轮辐状叶轮的几何结构，风桨运行时桨叶以风桨圆心做圆周运动，以及风桨对风的圆形略扫面的几何特性，这就使风桨在运行中桨叶对风的切速产生了微妙的变量关系。 根据圆形几何结构特性分析：在同一圆面上，距圆心不同距离的点，在该圆面以圆心转动时，会运行出不同的圆周轨迹， 确定出不同的圆面积，这一点离圆心越远，所运行出的圆周轨迹越大，确定的圆面面积越大。因此在同一风桨由桨叶根部至桨叶尖部，存在着桨叶对风的切速度不断增高的客观现象。也就是说在同一风桨上不同半径的点所在位置的桨叶，有着对风不同的切速度，即桨叶尖部对风的切速度最大，为风桨略扫面周长乘以风桨转速，其风桨中心对风的切速度最小近于零。 如在每秒运行一周的同一风桨上： 距风桨圆心0.5米的桨叶部位的运行圆周轨迹是3.14米。 距风桨圆心1米的桨叶部位运行圆周轨迹是6.28米。 这就是说在同一风桨上，同一时间里这两处桨叶部位对风的切速度分别为3.14和6.28米，由此可见在同一风桨上，同一时间里同一风桨转速下桨叶对风的切速度存在着相当程度的变量，即由浆叶根部至桨叶尖部，桨叶每增加1个单位的长度，其桨叶对风的切速度就增加6.28个长度单位。因此，风桨桨叶根部至桨叶尖部不同的点对风有着不同的切速度。 （三），风桨桨叶动力臂作用的微观变量 风车风桨运行是自然风力对桨叶产生的作用力形成的。自然风速存在风速,风力大小不恒定的特性，这就首先决定了可作用给风桨桨叶的动力存在必然的变量因素。受持续风力作用的桨叶在持续运动中，因其自身几何形体结构特性又对其动力臂的作用产生了变量的影响。 风桨运行中，首先风速的大小决定着风桨转速的大小， 也决定着桨叶对风的切速度的大小，决定着桨叶上可受风攻击的受风面积的大小和可受风面的位置，同时也决定着桨叶的动力臂作用的大小。自然风力越大，桨叶受风面受到的力就越大，使风桨转速也就越大。但是风桨转速的增大使桨叶对风的切速度相应增大，又使的风桨受风面向风桨中心收缩，这也就使桨叶这一动力臂的受力点也向风桨中心移动，使风桨桨叶的动力臂的作用降低。相反，风桨转速低时，桨叶对风的切速度也就低，桨叶可受风力攻击的受风面积就大，桨叶可受到风力攻击的受风面的中心点就离风桨中心就越远，桨叶的动力臂作用就越大。 八、风对桨叶运行的阻力 风桨桨叶在受风运行时,桨叶横切了风(气流)、桨叶的正面受风面接受吸收着风力,同时桨叶的背面在桨叶运行中又受到了风的阻力。其桨叶背面的面积越大阻力也就越大。因桨叶是一完整的几何体、正面受风面积越大,相应其背面的面积也就越大。同时其阻力又是与桨叶运行速度存在着速度越高、受到的阻力就越大。就风桨桨叶而言、它还存在着桨叶对风的切速度变量的问题,因此也就存在着桨叶由根部至尖部受到的阻力也相应增大的必然结果。 九、风车风桨工作效率分析 风桨工作时，影响风车风桨工作效率的主要因素除风力这一客观因素外，也因风桨圆形几何特性，存在着桨叶受风面积，风力对受风面的攻角及风桨对风切速度变量等因素的影响，也就是风桨自身存在着对其工作效率不可忽视的影响作用。 ㈠风力与风桨工作效率 风车风桨工作是由自然风力推动的。因而其风桨工作的效率大小首先由其动力源风确定，风的有无、大小以及风的平稳程度是决定了风桨的工作效率的有无和大小的基础条件。 ㈡桨叶受风面与风桨工作效率 桨叶受风面是风桨上直接接受吸收风力的桨叶面。其受风面的面积大小、受风面受风力攻击角度以及受风面在桨叶上的位置等，都对桨叶吸收风力起着决定性作用，决定了风桨效率的大小。受风面的大小，受风面的风力攻角和受风面位置设置是否合理，将对风桨工作效率的高低产生着致关重要的作用。尤其是受风面离风桨中心的距离的大小，直接决定着桨叶接受风力后对风桨中心轴的作用力的大小，以及风桨效率的的大小。因而就需要在桨叶上设定足够的受风面积的基础上，将风桨桨叶受风面设置在桨叶上合理的位置。保证风车风桨有很好的工作效率。 ㈢风力攻角与风桨工作效率 桨叶受风面对风车风桨工作效率的影响除面积外，还有桨叶受风面受风力的攻角因素，既风对桨叶的切入至切出的面与风力夹角，这一角度微观地决定着风力纵向冲击桨叶受风面的面积，同时也决定着风力对桨叶的作用方式的优劣及作用效率。这一夹角大与45°时，风力纵向冲击太大，不易风桨运动。夹角小于20°时不利于桨叶接受吸收风力。这也正是桨叶给风力的攻角的特性。以致风对受风面攻角的大小也直接影响着风车风桨的转动力和效率。现这一风力攻角的特性被人们在一些风桨的设计中用以增设变桨距装置，利用变桨距装置使风桨桨叶调整到处于不利桨叶吸收风能的风力攻角，以降低风桨对风力吸收效率，防止风桨高速或飞速旋转。 ㈣桨叶对风切速度与风车工作效率 风车风桨工作时风桨桨叶即以风车轴为中心做圆周运动，并对风力进行横切。宏观讲，风桨转速乘以风桨略扫面圆周即风桨对风力的切速度。但微观地去分析，桨叶是作为风桨略扫面的半径运行时对风力横切的，因而桨叶根部至尖部的不同部位对风力的切速各是不同的，同时也因圆的几何特性决定了桨叶根部至尖部各不同的部位对风力的切速度是由小至大变化的必然规律。其风桨略扫面中心对风力最小切速度近于零，风桨略扫面外圆周处对风力切速度为：风桨略扫面外圆周乘以风力为动力源的风桨转速。 根据风车风桨运行的条件，首先要有风力切入风桨，其次才有桨叶对风力的切入，实际运行中表现为二力相交，并相互作用。风力有着内含力与风速的不恒定，风桨桨叶对风又有着同一风桨内对风切速度不同的特性，这将必然会出现部分风桨对风力的切速度大于风速而不利于风力对风桨产生作用的情况，尤其是由于风桨的几何特性使桨叶尖端部分对风力的切速度极易高于风速，也说明桨叶受风面运行速度高于风速。这将给风桨接受吸收转换风能带来不利因素，很大程度的影响了风桨的工作效率。实际运行中离风桨中心越近，其桨叶对风的切速度就越低，对风力的吸收效率就越高，反之越至桨叶尖部，桨叶对风的切速度就越大，对风能的吸收效率就越低。 例如风速20米/秒，风桨桨叶长5米，风桨转速1转/秒时，桨叶对风力宏观切速变为31.4米/秒，桨叶对风力切速度20米/秒的微观风浆半径为3.18米。 桨叶长5米，风桨桨叶对风力的宏观切速度20米/秒时，风桨转速为0.63米/秒。 依据上述例证数据和圆形几何特性及机械力学原理分析： 风力切入风桨使风浆运动时，做为风桨运动半径的桨叶带动风桨桨叶进行了圆周运动，使风桨形成了圆形略扫面，也正是圆形几何特性决定了在风桨运行中桨叶对风力的切速度是由风桨中心至风桨略扫面外圆逐步增大的，也就是说由中心至外圆的半径每增加1个长度单位，桨叶对风力的切速度就增加6.28个长度单位，而且这一速度又与风桨接受吸收风力后所转换的转速同步增减，这也就更进一步说明由于风桨在同等风力风速下，由桨叶根部至桨叶尖部的不同部位有着对风力切速度和对风力攻击力接受程度的不同，以致同等风力条件下运行的风桨在自身调整作用下，长桨叶风桨转速明显低于短桨叶风桨的转速。使长叶风桨的效率低于短桨叶风桨,这是当风力再去攻击受风面时，因受风面是在运动中与后续风力相交，并产生相互作用的，其运动速度，即桨叶对力的切速度越大，风力对桨叶受风面攻击力减退就越严重。尤其是桨叶对风切速度大于风速的桨叶部分，减弱和消失风力对风桨的作用尤为严重。其结果严重影响风桨的工作效率。 根据上述理论分析研究：风桨设计中应首先考虑风车使用的自然环境的风力情况。根据需要确定风桨桨叶长度。尽最大可能大的设置受风面，使爱风面积最大化。同时应根据风桨的几何特性，流体力学的特性和机械杠杆力学的原理，充分考虑 桨叶对风的切速度，尤其是桨叶对风的微观切速度对桨叶吸收风力能力的影响。尽最大可能的增大风桨桨叶受风面，缩小风桨桨叶受风面自身对风力切速度变化影响的范围，使风桨桨叶受风面远离风桨中心，桨叶受风面对风桨中心轴的作用得到最大的发挥。同时合理设置桨叶接受风力的风力攻角，尽可能利用风车技术中现有的变桨距设施，根据自然风力和风车将要转换风能的大小变换桨距获取理想转速和能量。使风车风桨风桨的设计制造能保证受风面积最大化，受风面位置设置合理化，以及根据自然风速变换桨矩的设置和理化。 吕 元 林 2009年9月10日初稿 2010年6月10日定稿