CN101012806A - 立轴式机翼型风力机 - Google Patents

Abstract

立轴式机翼型风力机，属于流体机械技术领域。包括转轴、轴承、上下圆盘、叶片、支架和支撑杆。本发明应用“儒可夫斯基”升力理论，叶片由金属材料加工成机翼型，垂直固接在上、下圆盘之间。转轴穿过上、下圆盘的中心，并与上、下圆盘固接。支架是由金属材料制成的“”形结构，一对轴承分别安装在支架上下两臂的端部，转轴分别安装在支架的上下轴承中，支撑杆与支架的下部连接。只要在水平任一方向有风吹来，风力机就会产生转动，转轴上就有机械功输出。本发明对于节约能源，开发利用新能源，促进社会的可持续发展具有实质性作用。

Description

立轴式机翼型风力机

技术领域：

本发明涉及的是一种立轴式风力机，特别是一种叶片的形状为机翼型的立轴式机翼型风力机，属于流体机械技术领域。

背景技术：

在已有技术中，风力机有立轴和水平轴两种。由于风的方向会随气候的变化而变化，所以水平轴风力机常常通过尾翼来调整方向；而立轴式风力机由于叶轮运转时不受风向的限制，所以不需要尾翼，结构就简单得多。在立轴式风力机中，由于叶片分布在转轴的四周，为了提高立轴式风力机的效率，在现有的立轴式风力机中，往往采取使轴一侧的叶片尽量增加受风面，而轴另一侧的叶片尽量减少受风面，增大风力机饶轴旋转的力矩。但是由于叶轮在转动，要求叶轮上的任一叶片在一转间，达到“一半时间增加受风面”，“另一半时间减少受风面”的效果并不容易，必须有一套复杂的机构来实现。

专利号为CN03110078.3，名称为“屏蔽叠式风轮垂直轴阻力型风力机”它主要是“在S型风轮外围增设了一个屏蔽装置，它将风轮转动方向的反旋转风力挡在了风轮外面，风轮利用开放的部分获取有效的风能。当风速和风向改变时，调整屏蔽装置的位置，可获取不同方向的风能”。也有的从叶片的形状考虑，专利号为CN97116440.1，名称为“风力机专用的双羽型桨叶”的发明专利，它主要是“在叶身靠偏叶宽度大的部位有一朝向叶盆面的弯角，……，叶盆为抛物曲线与三元流曲线合成凹弧型面，……，利用叶盆，叶背型面气流的差异、弯角处穿装旋转轴，达到起动灵敏，高效率利用风力转换成能量”。这两种风力机都是属于“增加或减少受风面”的形式。专利号为CN98111548.9，名称为“摆翼式立轴风力机”的发明专利，它由3个叶片，主要是“通过调控器既能使翼片自动摆动一小角度，自动保持最佳气流攻角”，这种立轴风力机由于使用调控器改变翼片角度，所以结构也比较复杂。

发明内容：

为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提出一种应用“儒可夫斯基”升力理论，采用机翼型叶片的立轴式机翼型风力机。

本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括转轴、轴承、上下圆盘、叶片、支架和支撑杆。叶片由金属材料加工成机翼型，通过焊接或铆接垂直安装在上圆盘和下圆盘之间。叶片前缘处于圆盘外侧，叶片尾缘处于圆盘内侧，叶片的弦长方向，即前、尾缘的连线方向和叶轮的半径方向一致。转轴的两端分别穿过上、下圆盘的中心，并与上、下圆盘焊接固定。支架是由金属材料制成的

形结构，一对轴承分别安装在支架上下两臂的端部，转轴1分别安装在支架的上下轴承中，支架的下部与支撑杆连接。由“儒可夫斯基”升力理论知，当气流(风)流经一物体时，只要流过上表面和下表面的路径长度不等，在该物体表面会产生环量，由于环量的存在物体会受到一个和来流方向垂直的作用力，通常用升力系数来表征。当该作用力和支撑该物体的轴垂直时，该物体就会绕轴转动。通常气流在流经机翼时，气流方向和机翼的弦长方向并不一致，这两个方向的夹角称为攻(冲)角，用α表示。当气流吹向机翼下表面，称为正攻角，即α＞0；反之则为负攻角，即α＜0。由于叶轮绕着中间的转轴在转动，所以对其中的某一叶片来说它和气流间的攻角由负变为正。通常翼型的攻角在0～10度范围内升力系数是最好的。由于风力机在转动，所以几乎总是有叶片处于上述范围。至于在其他位置上，当正攻角较大时，气流对机翼的作用对于风力机的转动还是有帮助的；在负攻角时，气流对机翼的作用会产生阻力矩，这阻力矩的大小跟机翼的翼型有关。所以在设计风力机时可以通过选择合适的翼型，使得在正攻角时可产生较大的转动力矩，而在负攻角时产生尽可能小的阻力矩。这样，只要不管那个方向有风，都可使风力机能连续不断地转动，将风能转换成机械能，若转轴带动发电机就可以发电。所以本发明对于节约能源，开发利用新能源，促进社会的可持续发展具有实质性作用。

附图说明：

图1是立轴式机翼型风力机的结构示意图。

图2是本发明立轴式机翼型风力机的叶片工作示意图。

图中1转轴、2轴承、3上圆盘、4叶片、5下圆盘、6支架、7支撑杆，α表示气流方向和机翼弦长方向的夹角，箭头表示气流(风)的方向。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述：

如图1、图2所示，本发明包括转轴1、一对轴承2、上圆盘3、叶片4、下圆盘5、支架6和支撑杆7。叶片4由金属材料加工成机翼型，通过焊接或铆接垂直安装在上圆盘3和下圆盘5之间。转轴1的两端分别穿过上圆盘3和下圆盘5的中心，并与上圆盘3和下圆盘5焊接固定。叶片4的前缘处于上圆盘3和下圆盘5的外侧，叶片4的尾缘处于上圆盘3和下圆盘5的内侧，叶片4的弦长方向和上圆盘3和下圆盘5的半径方向一致，叶片数取6～8片。支架6是由金属材料制成的

形结构，一对轴承2分别安装在支架6上下两臂的端部，转轴1分别安装在支架6的上下轴承2中，支撑杆7与支架6的下部连接，支撑杆7的高度根据具体要求而定，以能接受风的作用为依据，可以直接固定在较高的建筑物顶部，或固定在开阔空间的地面上。立轴式机翼型风力机在合适位置安装后，一旦在水平任一方向有风吹来，风力机就会产生转动，转轴上就有机械功输出，转轴若带动发电机，就能发出电来。

Claims (2)

1.一种立轴式机翼型风力机，包括转轴(1)、轴承(2)、上圆盘(3)、叶片(4)、下圆盘(5)、支架(6)和支撑杆(7)，其特征在于应用“儒可夫斯基”升力理论设计叶片(4)，叶片(4)由金属材料加工成机翼型，垂直安装在上圆盘(3)和下圆盘(5)之间，其上端与上圆盘(3)固结，下端与下圆盘(5)固结，叶片(4)的前缘处于上圆盘(3)和下圆盘(5)外侧，叶片(4)的尾缘处于上圆盘(3)和下圆盘(5)内侧，叶片(4)的弦长方向和上圆盘(3)和下圆盘(5)的半径方向一致，转轴(1)的两端分别穿过上圆盘(3)和下圆盘(5)的中心，并与上圆盘(3)和下圆盘(5)焊接固定，支架(6)是由金属材料制成的“”形结构，一对轴承(2)分别安装在支架(6)上下两臂的端部，转轴(1)分别安装在支架(6)的上下轴承(2)中，支撑杆(7)与支架(6)的下部连接。

2.根据权利要求1所述的立轴式机翼型风力机，其特征是所述的叶片(4)的数量为6～8片。

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