CN102094752A - 聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机 - Google Patents

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黄典贵
安启蒙
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上海大学
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Abstract

本发明涉及一种聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机。它包括聚能板和立轴型风轮,聚能板是平板或弧形板。聚能板对称安装在风轮的外围,且与风轮外径的距离为风轮直径的0.0001-0.2倍,同时聚能板与聚能板内接圆切线的夹角α为50°-75°。立轴风轮上安装有按倾角逆旋的“麻花型”升力型叶片和按一定倾角逆旋的“麻花型”的阻力型叶片,升力型叶片与阻力型叶片之间有一定的相位差β为-45°~45°。该类风力机适用于任意来流方向的风向,收缩流道可以大幅度地提高流速,遮蔽板还可以减少风轮逆风侧的能量损耗,实现风能的高效利用。

Description

聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风水力机,特别是一种适合任意风向的聚能增速升阻复合逆旋式 立轴风力机。
技术背景
[0002] 风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,也是最具有大规模开发和商业化发展 前景的发电方式。1993年到2003年的10年间,世界风力发电的年增长率达到四.7%。到 2006年末,全球风电装机容量达到7422. 3万千瓦,风力发电量占到世界总电量的0. 5%。其 中欧洲总装机容量为4邪4. 5万千瓦,占世界风电装机容量的65. 4%。2006年德国风力发电 累计装机容量达到2062. 2万千瓦,占全世界的1 / 4以上。欧洲风能协会在近期的一份报 告中,用详实的数据和精辟的分析描述了未来世界风力发电的情景,并预计到2020年风力 发电将占世界电力总量的12%。风能作为未来能源供应重要组成部分的战略地位受到世界 各国的普遍重视。
[0003] 我国风能资源储量丰富,具备大规模发展风力发电的资源条件。
[0004] 现有的升力型风力机风能利用率较高,但启动力矩小;现有的阻力型风力机风能 利用率较低,虽然在某些位置启动力矩较大,但某些特定位置的启动力矩较小。对于直叶片 的升力型或阻力型风力机,扭矩波较大,轴承承受的重量也较大。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对上述根本性的问题而提供一种聚能增速逆旋的升阻复合 型立轴风力机,能够最大程度地收集风能、提高启动性能、平缓转子输出扭矩、产生一个向 上的升力以部分平衡重力,并提高风能利用率。
[0006] 为了达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种聚能增速的立轴风力机,包括聚能板和立轴风轮,其特征在于所述聚能板为平板 或弧形板,对称安装在所述风轮的外围,且与风轮的外径的距离为风轮直径的0. 0001〜 0.2倍,每个所述聚能板与聚能板内接圆切线间的夹角α为50°〜75°。
[0007] 上述风轮由若干升力翼型在叶片高度方向经与转子旋转方向相反的逆向扭转形 成“麻花型”升力型叶片和若干阻力叶型在叶片高度方向经与转子旋转方向相反的逆向扭 转形成“麻花型”阻力型叶片。 上述的聚能增速的立轴风力机,其特征在于所述风轮 的半径为0. OOlm-IOOOm,垂直高度为0. OOlm〜1000m。在每个高度截面上,其升力型叶片 与阻力型叶片之间的相位角β保持在-40°、5°之间。升力型叶片个数为N,每个叶片 从根部到顶都“麻花”状逆向扭转((Γη*360/Ν) °,即从根部到顶部,除了翼型绕其自身的 中心均勻地与转子旋转相反的方向自转((Γη*360/Ν) °外,其中心也同时在转动圆周上与 转子旋转相反的方向移动((Γη*360/Ν) °。阻力型叶片个数为Μ,每个叶片从根部到顶都 “麻花”状逆向扭转((Γη*360/Μ) °,即从根部到顶部,除了翼型绕其自身的中心均勻地与 转子旋转相反的方向自转((Γη*360/Μ) °外,其中心也同时在转动圆周上与转子旋转相反的方向移动((Γη*360/Μ) °。
[0008] 上述的聚能增速的立轴风力机,其特征在于所述聚能一遮蔽板静子、升力型转 子、阻力型转子直径间满足如下匹配关系:
(1)升力型转子直径D2=0. 52〜0· 81风力机外径Dl,
(2)阻力型转子直径D3=0. 15〜0· 3风力机外径Dl
(3)风轮与聚能-遮蔽板静子间的间隙距离δ =0. 0000Γ0. OlDl
上述立轴风力机有上面板与下面板。两块面板之间安装翼型叶片、阻力型叶片和聚能 板,以及连接叶片的支撑骨架,由普通轴承或磁悬浮支撑。聚能板安装在上下面板之间,可 以焊接也可以利用卡槽固定。在上面板的中心开一个比转子直径略大的孔,上端盖用螺丝 固定于上面板上,便于翼型叶片部分的安装与维护。在不同轴向位置上,翼型叶片及阻力 型叶片都保持一定的角度β不变。用两根或多根平行的或成一定角度的、固定到转轴上的 支杆将翼型叶片和阻力型叶片分别固定,当β为0时,在相同轴向位置,固定翼型叶片和阻 力型叶片的支杆是同一根。
[0009] 上述立轴风电机组也可以无上面板与下面板,风轮竖直安装在钢筋混凝土结构的 基础上,而其聚能一遮蔽板可以在周围直接以钢筋混凝土结构成型。
[0010] 本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的实质性特点和优点:
本发明提供的一种风力机,适用于任意风向,风轮叶片由于聚能板能以更高的尖速比 旋转运动,逆旋的升阻复合型叶片除了能够提供较大的启动扭矩外,还能提供较为平缓的 扭矩,同时,由于升力型及阻力型叶片的逆旋,叶片上会产生一个向上的力,以部分平衡转 子的重力,减轻轴承载荷。
附图说明
[0011] 图1是本发明的通流部分的三维示意图。
[0012] 图2是图1的一横截面图。
[0013] 图3也是图1的一横截面图。
[0014] 图4是图1中根部、中部与顶部横截面图。
[0015] 图5是本发明叶片扭转为0的三维示意图。
具体实施方式
[0016] 本发明的优选实施例结合附图说明如下: 实施例一
参见图1,图2,图3,本聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机是:翼型风轮的升力翼 型部分采用nacaOOlS翼型,2个翼型叶片对称分布在直径D2为6m的圆周上,两个直径为 1. 2m的半圆形成阻力叶片,在直径2. 5m的圆内运动。本例中升力型叶片与阻力型叶片间 的相位角β取0度。图4给出了该风力机根部、中部和顶部的截面图,图中Α,B分别表示 升力型叶片,C、D分别表示阻力型叶片。所述升力翼型叶片在高度方向经与转子旋转 方向相反的方向扭转形成“麻花型”升力型叶片,所述阻力叶片(5)在高度方向经与转子旋 转方向相反的方向扭转形成“麻花型”阻力型叶片。本例中,风力机高度取10m。聚能板1 为6块平均均勻轴对称分布,角度α取65°,聚能板1的长度取細,立轴风、水力机高度取15m,聚能板1的高度取15m,板厚取5mm。 [0017] 实施例二
参见图5,本聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机是:翼型风轮的升力翼型部分采 用naCa0018翼型,2个翼型叶片对称分布在直径D2为6m的圆周上,两个直径为1. 2m的半 圆形成阻力叶片,在直径2. 5m的圆内运动。本例中升力型叶片与阻力型叶片间的相位角β 取0度。升力型及阻力型叶片都叶片无扭转,即是直叶片。本例中,风力机高度取10m。聚 能板1为6块平均均勻轴对称分布,角度α取65°,聚能板1的长度取細,立轴风、水力机 高度取15m,聚能板1的高度取15m,板厚取5mm。

Claims (3)

1. 一种聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机,包括聚能板(1)和立轴型风轮(3),其 特征在于所述风轮(3)由若干升力翼型(4)叶片在高度方向经与转子旋转方向相反的方向 扭转形成“麻花型”升力型叶片和若干阻力叶型(5)叶片在高度方向经与转子旋转方向相反 的方向扭转形成“麻花型”阻力型叶片;所述聚能板(1)为L块平板或弧形板,对称周向均 勻安装在所述风轮(3)的外围,每个所述聚能板(1)与聚能板内接圆(2)切线间的夹角α 为 50° 〜75°。
2.根据权利要求1所述的聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机,其特征在于所述风 轮(3)的半径为0. Olm-IOOOm,垂直高度为0. Im〜IOOOm ;在每个高度截面上,其升力型叶 片与阻力型叶片之间的相位角β保持在-40°、5°之间;升力型叶片(4)个数为N,每个 叶片从根部到顶都“麻花”状逆向扭转((Γη*360/Ν) °,即从根部到顶部,除了翼型绕其 自身的中心均勻地与转子旋转相反的方向自转((Γη*360/Ν) °外,其中心也同时在转动圆 周上与转子旋转相反的方向移动((Γη*360/Ν) ° ;阻力型叶片(5)个数为Μ,每个叶片从根 部到顶都“麻花”状逆向扭转((Γη*360/Μ) °,即从根部到顶部,除了翼型绕其自身的中心 均勻地与转子旋转相反的方向自转((Γη*360/Μ) °外,其中心也同时在其转动圆周上与转 子旋转相反的方向移动((Γη*360/Μ) °。
3.根据权利要求1所述的聚能增速逆旋的升阻复合型立轴风力机,其特征在于所述聚 能板静子、升力型转子、阻力型转子直径间满足如下匹配关系:(1)升力型转子直径D2=0. 52〜0· 81风力机外径Dl,(2)阻力型转子直径D3=0. 15〜0·3风力机外径D1,(3)风轮与聚能板静子间的间隙距离δ =0. 0000Γ0. 01D1。
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