CN102128130A - 一种阻力型垂直轴风力机 - Google Patents

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鲁林平
孙立群
郭晋达
周岩
曾光
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Tianjin University of Technology
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Tianjin University of Technology
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Abstract

一种阻力型垂直轴风力机，包括风力机主机、垂直轴和叶片，叶片由凸面、凹面、上底面和下底面构成，凸面的横截面为半椭圆弧面，凹面的横截面为半圆弧面，凸面的弯曲方向与凹面的弯曲方向相同且凹面的半圆弧面的直径与凸面的半椭圆弧面的短轴长度相同，凸面和凹面的两个侧边分别密封连接，其两端分别通过大小相同的半月形上底面和下底面封口并形成内腔，该叶片的侧边与竖直的风力机回转轴固定连接。本发明的优点是：该阻力型垂直轴风力机叶片的凹面为半圆形，其阻力系数最大，可达2.3；而凸面承受的风的阻力是叶片旋转的反向阻力，本发明风力机叶片的凸面为半椭圆形，其阻力系数仅为0.6，因此风能利用系数高。

Description

一种阻力型垂直轴风力机
技术领域
本发明属于风能利用设备，特别涉及一种阻力型垂直轴风力机。
背景技术
随着世界性能源危机的加剧和全球环境日趋污染，许多国家都更加重视洁净的新能源和可再生能源的研究、开发和利用。全球风能理事会指出，风力发电技术相比其他可再生能源技术而言显得更成熟，其效率也更高，产业前景最好，其开发利用增长率远高于常规能源，风力发电技术是世界上发展最快的可再生能源技术之一。
垂直轴风力机由于可以接受任何方向上的风，因此不需要偏航机构，其结构简单，成本较低。同时，发电机、传动系统和控制单元等可安放在比较低的地方，安装维护方便。
阻力型垂直轴风力机具有扭矩大的特点，主要依靠阻力进行工作。叶片在选择过程中，凹面承受的风的阻力是叶片旋转的驱动力，凸面承受的风的阻力是叶片旋转的反向阻力，因此为了提高风能利用效率，增大驱动力而减小反向阻力是关键。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种阻力型垂直轴风力机，该阻力型垂直轴风力机的叶片结构新颖、容易制造且风能利用系数高。
本发明的技术方案：
一种阻力型垂直轴风力机，包括风力机主机、垂直轴和叶片，其特征在于：叶片由凸面、凹面、上底面和下底面构成，凸面的横截面为半椭圆弧面，凹面的横截面为半圆弧面，凸面的弯曲方向与凹面的弯曲方向相同且凹面的半圆弧面的直径与凸面的半椭圆弧面的短轴长度相同，凸面和凹面的两个侧边分别密封连接，其两端分别通过大小相同的半月形上底面和下底面封口并形成内腔；叶片通过一个侧边与竖直的回转轴固定连接。
所述叶片半椭圆弧的长轴与短轴长度之比为1.5∶1～5∶1。
所述叶片的长度与半圆弧面的直径之比为1∶1～100∶1。
所述叶片内腔设置有刚性骨架，刚性骨架的形状与上底面和下底面的形状相同并分别与凸面、凹面固定。
所述叶片内腔填充有泡沫材料。
所述叶片凸面和凹面由1-10层玻璃纤维/环氧树脂复合材料层、木质层、聚苯乙烯泡沫层和/或PVC泡沫层粘合而成。
本发明的使用方法：
本发明中叶片的一个侧边与竖直的回转轴固定连接，构成风力机的动力单元，该叶片也可以通过连接杆与回转轴固定连接。在构成风力机时，使用的本发明的叶片数目至少为两个，最多可以为100个。
本发明的优点和积极效果是：阻力型垂直轴风力机叶片凹面承受的风的阻力是叶片旋转的驱动力，本发明阻力型垂直轴风力机叶片的凹面为半圆形，其阻力系数最大，可达2.3；而凸面承受的风的阻力是叶片旋转的反向阻力，本发明阻力型垂直轴风力机叶片的凸面为半椭圆形，其阻力系数仅为0.6，因此风能利用系数高。
附图说明
图1为该阻力型垂直轴风力机叶片的三维示意图。
图2为该阻力型垂直轴风力机叶片的横截面剖视图。
图中：1.凸面  2.凹面  3.上底面  4.下底面  5.内腔
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例：
一种阻力型垂直轴风力机，包括风力机主机、垂直轴和叶片，叶片由凸面1、凹面2、上底面3和下底面4构成，凸面1的横截面为半椭圆弧面，凹面2的横截面为半圆弧面，凸面1的弯曲方向与凹面2的弯曲方向相同且凹面2的半圆弧面的直径与凸面1的半椭圆弧面的短轴长度相同，凸面1和凹面2的两个侧边分别密封连接，其两端分别通过大小相同的半月形上底面3和下底面4封口并形成内腔5。
该实施例中，叶片凹面的半圆弧面的直径与凸面的半椭圆弧面的短轴长度均为400mm，凸面的半椭圆弧的长轴与短轴长度之比为1.5，叶片的长度与半圆弧面的直径之比为10∶1，内腔设置有刚性骨架，刚性骨架的形状与上底面和下底面的形状相同并分别与凸面、凹面粘接固定，内腔填充有低密度泡沫塑料，凸面和凹面由5层玻璃纤维/环氧树脂复合材料层、木质层、聚苯乙烯泡沫层和PVC泡沫层粘合而成。检测显示：叶片的凹面阻力系数为2.3，叶片的凸面阻力系数仅为0.6，因此风能利用系数高。
在采用该实施例所述的叶片构成的阻力型垂直轴风力机中，叶片数目为2个，每一个叶片的侧边均与竖直的风力机回转轴固定连接。

Claims (6)

1.一种阻力型垂直轴风力机，包括风力机主机、垂直轴和叶片，其特征在于：叶片由凸面、凹面、上底面和下底面构成，凸面的横截面为半椭圆弧面，凹面的横截面为半圆弧面，凸面的弯曲方向与凹面的弯曲方向相同且凹面的半圆弧面的直径与凸面的半椭圆弧面的短轴长度相同，凸面和凹面的两个侧边分别密封连接，其两端分别通过大小相同的半月形上底面和下底面封口并形成内腔；叶片通过一个侧边与竖直的回转轴固定连接。
2.根据权利要求1所述阻力型垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片半椭圆弧的长轴与短轴长度之比为1.5∶1～5∶1。
3.根据权利要求1所述阻力型垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片的长度与半圆弧面的直径之比为1∶1～100∶1。
4.根据权利要求1所述阻力型垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片内腔设置有刚性骨架，刚性骨架的形状与上底面和下底面的形状相同并分别与凸面、凹面固定。
5.根据权利要求1所述阻力型垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片内腔填充有泡沫材料。
6.根据权利要求1所述阻力型垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片凸面和凹面由1-10层玻璃纤维/环氧树脂复合材料层、木质层、聚苯乙烯泡沫层和/或PVC泡沫层粘合而成。
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