CN101963129B - 一种垂直轴风力机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及垂直轴风力机领域，公开了一种垂直轴风力机，包括：转轴1、叶片2、支架3及固定架4；每个叶片2与转轴1之间连接两个相互平行的支架3；转轴1下端连接支撑系统5；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；每个塔架41顶端通过一个顶部支架42及一个顶部支架43连接悬在空中的转轴1顶端，且一个顶部支架42、一个顶部支架43和转轴1顶端之间构成直角三角形；至少二个塔架41环绕布置在转轴1周围，每个塔架41和转轴1之间距离大于每一个叶片2和转轴1之间距离。本发明实施例可以提高垂直轴风力机运动的稳定性，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下端固定连接支撑系统。
上述的三种垂直轴风力机都是由转轴下端固定连接的支撑系统实现约束。垂直轴风力机在运动过程中，风形成的水平力载荷会使垂直轴风力机整体向一侧倾倒，靠转轴下端的支撑系统进行约束，垂直轴风力机相当于一个悬臂梁，结构强度较难保证，很容易出现结构破坏或整体倾倒。
由于制造等原因，垂直轴风力机的每个叶片、支架重量不可能完全一致，而且重心并不均匀分布。因此，垂直轴风力机在运行过程中不可避免的出现振动、挥舞和摆动。对于Φ型垂直轴风力机，转轴的顶端与拉索相连，拉索再与地面相连，但拉索是较柔软的，只抗拉不抗压，同样容易引起振动。对于S型和H型垂直轴风力机，转轴的顶端悬在空中，无约束，振动、挥舞和摆动更容易产生。
对于中小型垂直轴风力机来说，其结构尺寸较小，支撑系统的强度和刚度容易保证，能使振动、挥舞和摆动在合理的范围内。但对于大型垂直轴风力机来说，其结构尺寸较大，支撑系统的强度和刚度设计困难，振动、挥舞和摆动剧烈，所以大型垂直轴风力机一直没有发展起来。
如何提高垂直轴风力机运动的稳定性，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，可以提高垂直轴风力机运动的稳定性，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；
其中，所述转轴1的下端固定连接支撑系统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43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；
其中，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，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。
优选地，所述叶片2的数量与所述塔架41的数量相等。
优选地，每一个所述支架3的横截面呈前凹后尖形状。
优选地，每一个所述支架3的表面铺设线条型的整流蒙皮。
优选地，每一个所述塔架41尺寸相同，且每一个所述塔架41的截面为梯形。
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；从而实现对垂直轴风力机上下两端的约束，可以减少垂直轴风力机振动、挥舞和摆动等情况发生，从而可以提高垂直轴风力机运动的稳定性，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为本发明实施例中提供的另一种垂直轴风力机的俯视图；
图4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，实现对垂直轴风力机上下两端的约束，可以减少垂直轴风力机振动、挥舞和摆动等情况发生，从而可以提高垂直轴风力机运动的稳定性，使垂直轴风力机实现大型化。
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。
本发明实施例中，叶片2的数量可以是如图2所示的2个，也可以是3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。
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43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。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转轴1的顶端之间固定连接的一个顶部支架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。
请参阅图3，图3为本发明实施例中提供的另一种垂直轴风力机的俯视图。其中，三个塔架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。
如图3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。
如图3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3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。
如图3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。
如图3所示的垂直轴风力机，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3所示的垂直轴风力机，悬在空中的转轴1的顶端是具有一定长度的。
本发明实施例中，固定架4包含的塔架41的数量可以如图3所示的3个，也可以是4个或更多，本发明实施例不作限定。
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会收到风力的阻击，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4，图4表示的每一个支架3横截面示意图，从图4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；从而实现对垂直轴风力机上下两端的约束，可以减少垂直轴风力机振动、挥舞和摆动等情况发生，从而可以提高垂直轴风力机运动的稳定性，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的方法及其核心思想；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；
其中，所述转轴(1)的下端固定连接支撑系统(5)；
所述固定架(4)包括至少二个塔架(41)，第一顶部支架(42)以及第二顶部支架(43)；
其中，每一个所述塔架(41)的顶端通过一个第一顶部支架(42)以及一个第二顶部支架(43)固定连接悬在空中的所述转轴(1)的顶端，而且所述一个第一顶部支架(42)、一个第二顶部支架(43)和所述转轴(1)的顶端之间构成直角三角形，所述一个第一顶部支架(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，所述一个第二顶部支架(43)作为所述直角三角形的斜边；
其中，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。
2.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。
3.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一个第一顶部支架(42)和一个第二顶部支架(43)之间的夹角b的大小相等，且满足0°＜b＜90°。
4.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第一顶部支架(42)位于垂直所述转轴(1)的同一水平面上。
5.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一个第一顶部支架(42)的投影和一个第二顶部支架(43)的投影重合。
6.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一个第一顶部支架(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一个第二顶部支架(43)的尺寸相同。
7.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。
8.根据权利要求1～7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。
9.根据权利要求1～7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)的表面铺设线条型的整流蒙皮。
10.根据权利要求1～7任意一项所述的垂直轴风力机，其特征在于，每一个所述塔架(41)尺寸相同，且每一个所述塔架(41)的截面为梯形。
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