CN101949354B - 一种垂直轴风力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垂直轴风力机领域，公开了一种垂直轴风力机，该垂直轴风力机中每一个叶片2与转轴1之间固定连接两个相互平行的支架3；转轴1的下端固定连接底部塔架5，实现对垂直轴风力机的下端约束；至少二个塔架41环绕布置在转轴1的周围，其中，每一个塔架41的顶端通过一个顶部支架42以及一个顶部支架43固定连接悬在空中的转轴1的顶端，实现对垂直轴风力机的顶端约束；其中，每一个塔架41上铰接形状类似于机翼的导流板6，用于控制来风的方向和大小。本发明可以实现对来风的控制，确保垂直轴风力机能够正常运行，使垂直轴风力机实现大型化。

Description

一种垂直轴风力机

技术领域

本发明涉及垂直轴风力机领域，尤其涉及一种垂直轴风力机。

背景技术

目前，垂直轴风力机主要有S型、Φ型以及H型三种结构型式。如图1所示，在H型垂直轴风力机中，包括转轴1、叶片2以及支架3；其中，每一个叶片2和转轴1之间固定连接两个相互平行的支架3，转轴1下端固定连接底部塔架4。

上述的三种垂直轴风力机只能被动的接受来风，无法对来风进行控制。垂直轴风力机的输出功率与风速的立方成正比。当风速较小时，垂直轴风力机由于自身摩擦等原因启动困难，效率较低；而当风速较大时，垂直轴风力机的输出功率大幅度上升，转速迅速增加，结构的离心力增大，会引起结构的不安全，同时如果功率超过发电机的额定功率将会烧坏发电机。

如何实现对来风的控制，确保垂直轴风力机能够正常运行，使垂直轴风力机实现大型化，是垂直轴风力机结构技术研究的重点之一。

发明内容

本发明实施例中提供了一种垂直轴风力机，可以实现对来风的控制，确保垂直轴风力机能够正常运行，使垂直轴风力机实现大型化。

一种垂直轴风力机，包括：

转轴1、叶片2、支架3以及固定架4；

其中，每一个所述叶片2与所述转轴1之间固定连接两个相互平行的所述支架3；所述叶片2的数量为至少二个；所述转轴1的下端固定连接底部塔架5；

所述固定架4包括至少二个塔架41，顶部支架42以及顶部支架43；其中，每一个所述塔架41的顶端通过一个顶部支架42以及一个顶部支架43固定连接悬在空中的所述转轴1的顶端，而且所述一个顶部支架42、一个顶部支架43和所述转轴1的顶端之间构成直角三角形，所述一个顶部支架42和所述转轴1的顶端分别作为所述直角三角形的直角边，所述一个顶部支架43作为所述直角三角形的斜边；

所述至少二个塔架41环绕布置在所述转轴1的周围，而且每一个塔架41和所述转轴1之间的距离大于每一个所述叶片2和所述转轴1之间的距离；

其中，每一个所述塔架41上铰接形状类似于机翼的导流板6；

若风速小于最小允许值，则每一个所述塔架41上铰接的所述导流板6转动使尖形尾部靠近所述叶片2，以使风经过所述导流板6内凹面，形成风加速效应；若风速大于最大允许值，则每一个所述塔架41上铰接的导流板6转动使钝形前部靠近所述叶片2，以使风经过所述导流板6外凸面，形成风减速效应。

其中，在每一个所述塔架41上，所述导流板6的转轴上端铰接在一个支撑臂7上，转轴下端铰接在另一个支撑臂7上；其中，上下两个支撑臂7相互平行，而且垂直于所述塔架41的轴线。

其中，每一个所述塔架41上铰接的导流板6的尺寸相同，数量相同；

若每一个所述塔架41上铰接的导流板6的数量为二个或二个以上时，则每一个所述塔架41上铰接的导流板6的转轴重合，而且相邻两个导流板6之间共用一个所述支撑臂7。

其中，所述悬在空中的所述转轴1的顶端具有设定长度。

其中，每一个所述塔架41的顶端与所述悬在空中的所述转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架42和一个顶部支架43之间的夹角b的大小相等，且满足0°＜b＜90°。

其中，所述至少二个塔架41的顶端与所述悬在空中的所述转轴1的顶端之间固定连接的顶部支架42位于垂直所述转轴1的同一水平面上。

其中，俯视时，每一个所述塔架41的顶端与所述悬在空中的所述转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架42的投影和一个顶部支架43的投影重合。

其中，每一个所述塔架41的顶端与所述悬在空中的所述转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架42的尺寸相同；

每一个所述塔架41的顶端与所述悬在空中的所述转轴1的顶端之间固定连接的而且和一个顶部支架43的尺寸相同。

其中，所述叶片2的数量与所述塔架41的数量相等。

其中，每一个所述支架3的横截面呈前凹后尖形状，而且每一个所述支架3的表面铺设线条型的整流蒙皮。

本发明实施例中，至少二个塔架41环绕布置在垂直轴风力机的转轴1周围，而且每一个塔架41上铰接形状类似于机翼的导流板6，用于控制来风的方向和大小。当风速小于最小允许值时，每一个塔架41上铰接的导流板6转动使尖形尾部靠近叶片2，以使风经过导流板6内凹面，形成风加速效应；当风速大于最大允许值时，每一个塔架41上铰接的导流板6转动使钝形前部靠近叶片2，以使风经过导流板6外凸面，形成风减速效应。从而可以实现对来风的控制，确保垂直轴风力机能够正常运行，使垂直轴风力机实现大型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有一种H型垂直轴风力机的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种垂直轴风力机的结构示意图；

图3为图2所示的垂直轴风力机的一种俯视图；

图4为图2所示的垂直轴风力机的另一种俯视图；

图5为本发明实施例中提供的一种支架3的横截面示意图。

具体实施方式

本发明实施例中提供了一种垂直轴风力机，能够对来风进行控制，从而在风速较小时能有效地确保垂直轴风力机顺利启动并正常运行；在风速较大时能使风速减小，确保垂直轴风力机能正常运行，使垂直轴风力机的运行可控，实现大型化。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，图2为本发明实施例中提供的一种垂直轴风力机的结构示意图。其中，该垂直轴风力机可以包括：

转轴1、叶片2、支架3以及固定架4；

如图2所示的垂直轴风力机，叶片2的数量可以是3个，当然也可以是2个或4个或更多，本发明实施例不作限定；其中，叶片2可以是直叶片，也可以是弯叶片，本发明实施例不作限定；当叶片2是弯叶片时，垂直轴风力机的结构型式可以类似于Φ型垂直轴风力机。

如图2所示的垂直轴风力机，每一个叶片2与转轴1之间固定连接两个相互平行的支架3；其中，两个相互平行的支架3之间的距离小于叶片(2)的长度。当然，为了进一步加强对叶片2的支撑强度，每一个叶片2与转轴1之间也可以固定连接三个或三个相互平行的支架3，本发明实施例不作限定。

如图2所示的垂直轴风力机，转轴1的下端固定连接支撑系统5，由支撑系统5进行垂直轴风力机的下端约束。

如图2所示的垂直轴风力机，上述的固定架4包括至少二个塔架41，顶部支架42以及顶部支架43；

其中，每一个塔架41的顶端通过一个顶部支架42以及一个顶部支架43固定连接悬在空中的转轴1的顶端，而且所述的一个顶部支架42、一个顶部支架43和转轴1的顶端之间构成直角三角形。如图2所示，一个顶部支架42和转轴1的顶端分别作为直角三角形的直角边，一个顶部支架43作为直角三角形的斜边，实现对垂直轴风力机的顶端约束。本发明实施例中，悬在空中的转轴1的顶端是具有设定长度的，具体长度根据实际需要进行设置，本发明实施例不作限定。

如图2所示的垂直轴风力机，至少二个塔架41环绕布置在转轴1的周围，而且每一个塔架41和转轴1之间的距离大于每一个叶片2和转轴1之间的距离。在每一个塔架41和转轴1之间的距离大于每一个叶片2和转轴1之间的距离时，可以确保垂直轴风力机运转时，叶片2不会与塔架41发生碰擦。

如图2所示的垂直轴风力机，每一个塔架41上铰接形状类似于机翼的导流板6；本发明实施例中，每一个塔架41上铰接形状类似于机翼的导流板6，可以约束导流板6水平移动，但是不约束导流板6的转动。

如图2所示的垂直轴风力机，在每一个塔架41上，导流板6的转轴上端铰接在一个支撑臂7上，转轴下端铰接在另一个支撑臂7上；导流板6可以绕其转轴在上下两个支撑臂7之间转动；本发明实施例中，导流板6由动力进行驱动，通过动力控制导流板6的转轴，实现导流板6的转动；其中，上下两个支撑臂7相互平行，而且垂直于塔架41的轴线。

若风速小于最小允许值，则每一个塔架41上铰接的导流板6转动，使尖形尾部靠近叶片2，以使风经过导流板6内凹面，形成风加速效应；风加速效应使得吹向垂直轴风力机的风速增大，增加叶片2上产生的空气动力，从而使得垂直轴风力机在风速较小时可以顺利启动并正常运行；

请一并参阅图3，图3为图2所示垂直轴风力机的一种俯视图；如图3所示，在风速v小于最小允许值时，则每一个塔架41上铰接的导流板6的尖形尾部靠近叶片2，以使风经过导流板6内凹面，形成风加速效应，使得垂直轴风力机在风速较小时可以顺利启动并正常运行，输出稳定功率；

其中，为了便于观察在图3所示的俯视图中未画出顶部支架42和顶部支架43；对于垂直轴风力机来说，其风速的最小允许值可以根据实际需要来设置，本发明实施例不作限定；

若风速大于最大允许值，则每一个塔架41上铰接的导流板6转动，使钝形前部靠近叶片2，以使风经过导流板6外凸面，形成风减速效应；风减速效应使得吹向垂直轴风力机的风速减小，减少叶片2上产生的空气动力，从而使得垂直轴风力机在风速较大时可以正常运行；

请一并参阅图4，图4为图2所示垂直轴风力机的另一种俯视图；如图4所示，在风速v大于最大允许值时，则每一个塔架41上铰接的导流板6的钝形前部靠近叶片2，以使风经过导流板6外凸面，形成风减速效应，使得垂直轴风力机在风速较大时可以正常运行，输出稳定功率；

其中，为了便于观察在图4所示的俯视图中未画出顶部支架42和顶部支架43；对于垂直轴风力机来说，其风速的最大允许值可以根据实际需要来设置，本发明实施例不作限定。

本发明实施例中，导流板6转动的角度可以根据来风的大小进行计算分析和设计。

本发明实施例中，每一个塔架41上铰接的导流板6的尺寸相同，数量相同；而且每一个塔架41上铰接的导流板6的数量为至少一个；当每一个塔架41上铰接的导流板6的数量为二个或二个以上时，则每一个塔架41上铰接的导流板6的转轴重合，而且相邻两个导流板6之间共用一个支撑臂7。如图2所示，每一个塔架41上铰接的导流板6的数量为三个，每一个导流板6的转轴铰接的上下两个支撑臂7相互平行，而且垂直于塔架41的轴线；而且三个导流板6的转轴重合，并且相邻两个导流板7之间共用一个支撑臂7。

如图2所示的垂直轴风力机，每一个塔架41的顶端与悬在空中的转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架42和一个顶部支架43之间的夹角b的大小相等，且满足0°＜b＜90°。

如图2所示的垂直轴风力机，至少二个塔架41的顶端与悬在空中的转轴1的顶端之间固定连接的顶部支架42位于垂直转轴1的同一水平面上。换句话说，所有的顶部支架42都位于垂直转轴1的同一水平面上。

如图2所示的垂直轴风力机，俯视时每一个塔架41的顶端与悬在空中的转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架42的投影和一个顶部支架43的投影重合。

在本发明实施例提供的垂直线风力机中，每一个塔架41的顶端与悬在空中的转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架42的尺寸相同；每一个塔架41的顶端与悬在空中的所述转轴1的顶端之间固定连接的而且和一个顶部支架43的尺寸相同。

如图2所示的垂直轴风力机，叶片2的数量为2个，塔架41的数量也为2个，即叶片2的数量与塔架41的数量相等。

如图2所示的垂直轴风力机，每一个塔架41尺寸相同，且每一个塔架41的截面为梯形。

本发明实施例中，塔架41可以混凝土形成的塔柱，也可以是钢结构塔筒或桁架式塔架。

本发明实施例中，垂直轴风力机在转动时，每一个支架3会受到风力的阻击，为了增强自起动性能，可以在每一个支架3的表面(包括迎风面和背风面)铺设线条型的整流蒙皮。其中，线条型的整流蒙皮可以起到减小风阻力的作用，提高风能利用效率。

本发明实施例中，每一个支架3的横截面呈前凹后尖形状。请一并参阅图5，图5表示的每一个支架3横截面示意图，从图5可以看出，每一个支架(3)的横截面呈前凹后尖形状，其中，迎风面呈凹槽形状，背风面呈“＞”形状。当较小的风从各个方向进入每一个支架3的呈凹槽形状的迎风面后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自起动。特别是，在每一个支架3的呈凹槽形状的迎风面的面积越大时，垂直轴风力机自起动性能越强。从而，本发明实施例中提供的垂直轴风力机在风速较小的情况下也能够顺利自起动，降低对自自动风速的要求，提高风能利用效率。

本发明实施例中，垂直轴风力机的转轴1的下端固定连接支撑系统5，由支撑系统5进行下端约束；而悬在空中的转轴1的顶端与固定架4的顶部支架42和顶部支架43固定连接，由固定架4进行上端约束；环绕布置在垂直轴风力机的转轴1周围的每一个塔架41铰接形状类似于机翼的导流板6，用于控制来风的方向和大小；当风速小于最小允许值时，每一个塔架41上铰接的导流板6转动使尖形尾部靠近叶片2，以使风经过导流板6内凹面，形成风加速效应；当风速大于最大允许值时，每一个塔架41上铰接的导流板6转动使钝形前部靠近叶片2，以使风经过导流板6外凸面，形成风减速效应。从而可以实现对来风的控制，确保垂直轴风力机能够正常运行，使垂直轴风力机实现大型化。

以上对本发明实施例中提供的一种垂直轴风力机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种垂直轴风力机，其特征在于，包括：

转轴(1)、叶片(2)、支架(3)以及固定架(4)；

其中，每一个所述叶片(2)与所述转轴(1)之间固定连接两个相互平行的所述支架(3)；所述叶片(2)的数量为至少二个；所述转轴(1)的下端固定连接底部塔架(5)；

所述固定架(4)包括至少二个塔架(41)，顶部支架(42)以及另一顶部支架(43)；其中，每一个所述塔架(41)的顶端通过一个顶部支架(42)以及另一个顶部支架(43)固定连接悬在空中的所述转轴(1)的顶端，而且所述一个顶部支架(42)、所述另一个顶部支架(43)和所述转轴(1)的顶端之间构成直角三角形，所述一个顶部支架(42)和所述转轴(1)的顶端分别作为所述直角三角形的直角边，所述另一个顶部支架(43)作为所述直角三角形的斜边；

所述至少二个塔架(41)环绕布置在所述转轴(1)的周围，而且每一个塔架(41)和所述转轴(1)之间的距离大于每一个所述叶片(2)和所述转轴(1)之间的距离；

其中，每一个所述塔架(41)上铰接形状类似于机翼的导流板(6)；

若风速小于最小允许值，则每一个所述塔架(41)上铰接的所述导流板(6)转动使尖形尾部靠近所述叶片(2)，以使风经过所述导流板(6)内凹面，形成风加速效应；若风速大于最大允许值，则每一个所述塔架(41)上铰接的导流板(6)转动使钝形前部靠近所述叶片(2)，以使风经过所述导流板(6)外凸面，形成风减速效应。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，

在每一个所述塔架(41)上，所述导流板(6)的转轴上端铰接在一个支撑臂(7)上，转轴下端铰接在另一个支撑臂(7)上；

其中，上下两个支撑臂(7)相互平行，而且垂直于所述塔架(41)的轴线。

3.根据权利要求2所述的垂直轴风力机，其特征在于，

每一个所述塔架(41)上铰接的导流板(6)的尺寸相同，数量相同；

若每一个所述塔架(41)上铰接的导流板(6)的数量为二个或二个以上时，则每一个所述塔架(41)上铰接的导流板(6)的转轴重合，而且相邻两个导流板(6)之间共用一个所述支撑臂(7)。

4.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述悬在空中的所述转轴(1)的顶端具有设定长度。

5.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，

每一个所述塔架(41)的顶端与所述悬在空中的所述转轴(1)的顶端之间固定连接的所述一个顶部支架(42)和所述另一个顶部支架(43)之间的夹角b的大小相等，且满足0°＜b＜90°。

6.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，

所述至少二个塔架(41)的顶端与所述悬在空中的所述转轴(1)的顶端之间固定连接的所述一个顶部支架(42)位于垂直所述转轴(1)的同一水平面上。

7.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，

俯视时，每一个所述塔架(41)的顶端与所述悬在空中的所述转轴(1)的顶端之间固定连接的所述一个顶部支架(42)的投影和所述另一个顶部支架(43)的投影重合。

8.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，

每一个所述塔架(41)的顶端与所述悬在空中的所述转轴(1)的顶端之间固定连接的所述一个顶部支架(42)的尺寸相同；

每一个所述塔架(41)的顶端与所述悬在空中的所述转轴(1)的顶端之间固定连接的所述另一个顶部支架(43)的尺寸相同。

9.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述叶片(2)的数量与所述塔架(41)的数量相等。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的垂直轴风力机，其特征在于，每一个所述支架(3)的横截面呈前凹后尖形状，而且每一个所述支架(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。

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