CN102678469A - 一种导流型垂直轴风力机 - Google Patents

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刘竹青
刘继昂
丁涛
王福军
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Abstract

本发明属于风力机械领域，涉及一种导流型垂直轴风力机，其工作效率高，结构简单且制造成本低，包括底座（8）、垂直轴（4）、安装在垂直轴（4）上的叶片（7）以及与垂直轴（4）的下端连接的动力输出机构，其特征在于：迎风导流板（6）与背风导流板（5）固定连接在转盘（3）上；转盘（3）与其下方的底座（8）构成可转动的连接；顶盖（2）的上方固定连接有方向舵（1），顶盖（2）的下方固定连接迎风导流板（6）与背风导流板（5），顶盖（2）与其下方的垂直轴（4）的上端构成可转动的连接。

Description

一种导流型垂直轴风力机
技术领域
本发明属于风力机械领域，涉及一种垂直轴风力机，尤其是涉及一种包括万向导流装置的导流型垂直轴风力机。
背景技术
随着能源危机的日益威胁，风能作为清洁能源越来越被重视。我国的风力资源丰富，而且还有一些国家电网还未涉及到的偏远农村地区，因此，小型垂直轴风力机具有相当可观的使用价值。在围绕如何提高垂直轴风力机效率的问题上，科研人员在讨论如何改进风力机的材料、翼型、成型工艺的同时，也将目光渐渐转移到通过增置导流板、遮风罩等手段来提高风力机的整体工作效率，如专利号为ZL2005200420019、名称为：一种超大功率的风力机。此类型发明虽能应对万向来风，也能一定程度的将迎面来风按速度需求引入迎风做功区，提高效率，但是由于处于叶片旋转出风端的无用入流导风板将阻碍出流，使得出流困难，在一定程度上又降低了效率。另外如发明专利2008100223694.x，名称为：高效径流双轴风力机等。该类型只在迎风区安装导流板，虽然解决了迎风做功区增矩问题，又解决了迎风阻力区的减阻问题，在一定程度上提高了垂直轴风力机的工作效率，但是却都忽略了背风无功区的风能可利用问题；另外，在文献中看到关于喷嘴式风力机记载，其喷嘴结构同样是由两导流板组成，但其喷嘴的功能仅是围绕增大风力机迎风做功区扭矩，但背风无功区叶片仍无法主动旋转做功。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种导流型垂直轴风力机，通过万向导流机构的迎风导流板和背风导流板将自然风收集起来，实现了增加处于迎风做功区叶片做正功、减小处于迎风阻力区叶片做负功、推动处于背风无功区的叶片主动旋转做正功的三大目标，从而提高风力机的整体工作效率。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种导流型垂直轴风力机，包括底座8、垂直轴4、安装在垂直轴4上的叶片7以及与垂直轴4的下端连接的动力输出机构，其特征在于：迎风导流板6与背风导流板5固定连接在转盘3上；转盘3与其下方的底座8构成可转动的连接；顶盖2的上方固定连接有方向舵1，顶盖2的下方固定连接迎风导流板6与背风导流板5，顶盖2与其下方的垂直轴4的上端构成可转动的连接。
背风导流板5布置于叶片7的外围的背风无功区；迎风导流板6布置于叶片7的外围的迎风区。
所述迎风导流板6布置为与叶片7旋转所形成轨迹圆的半径延长线的夹角θ角为45°。
在叶片7旋转所形成轨迹圆中，通过与背风导流板5、迎风导流板6的交点的两条半径之间的夹角β角为110°~130°，且β角的大小根据叶片7数目的变化进行调整。
所述叶片7为弯曲阻力型叶片，其受风面对应于背风导流板5及迎风导流板6的内侧出口边。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的万向导流机构，能够起到增加迎风做功区叶片做正功，减小迎风阻力区叶片做负功，增加背风区无功区叶片做正功的作用，从而提高垂直轴风力机整体工作效率，另外方向舵的设计可以使其应对万向来风。
2、本发明的导流型垂直轴风力机结构简单，质量轻，制造成本低，连接稳固，生产加工简单，安装拆卸维修方便等优点。
附图说明
图1为本发明的导流型垂直轴风力机的做功原理图；
图2为本发明万向导流机构的结构示意图；
图3为本发明万向导流机构的俯视图；
图4为本发明导流型垂直轴风力机的结构示意图。
附图标记
1            方向舵           2        顶盖
3            转盘             4        垂直轴
5            背风导流板       6        迎风导流板
7            叶片             8        底座
具体实施方式
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
如图2-图4所示，本发明的一种导流型垂直轴风力机包括底座8、安装在底座8上的垂直轴4、安装在垂直轴4上的叶片7，与垂直轴4的下端连接的动力输出机构，以及在叶片7所构成的风轮外围配置的万向导流机构。
其中，所述动力输出机构可为变速箱，并且变速箱的传动输出轴可连接发电机等。
叶片7的个数可根据实际情况要求进行调整，通常情况下，垂直轴4上安装3个叶片7；叶片7的形状也可以改变，如杯型叶片，直板叶片，弯曲叶片，翼型叶片等一切可适用于本发明的叶片形状均可。通常情况下，叶片7选用弯曲阻力型叶片，其受风面对应于背风导流板5、迎风导流板6所形成的风道的内侧出风口。
如图2-图4所示，万向导流机构包括背风导流板5、迎风导流板6、转盘3、顶盖2和方向舵1。转盘3通过轴承与底座8可转动的连接。顶盖2的上方固定连接方向舵1，下方固定连接背风导流板5、迎风导流板6，并且通过滚动轴承与其下方的垂直轴4的上端构成可转动的连接。背风导流板5及迎风导流板6与其下方的转盘3固定连接。其中，如图1所示，背风导流板5布置于叶片7的外围的背风无功区，有利于收集的自然风推动处于背风无功区的叶片7旋转做功；迎风导流板6布置于叶7的外围的迎风区，且迎风导流板6的位置和角度设置为一方面起到将迎面来风按一定的速度要求导入迎风做功区更有效的驱动风轮旋转，另一方面起到阻止迎面来风驱动处于阻力区的叶片旋转做负功，以免造成效率损失。优选地，迎风导流板6布置为与叶片7旋转所形成轨迹圆的半径延长线的夹角θ角（如图1所示）为45°；在叶片7旋转所形成轨迹圆中，通过与背风导流板5、迎风导流板6的交点的两条半径之间的夹角β角（如图1所示）呈110°~130°布置，根据叶片数的变化对其角度进行调整。
其中，大型垂直轴风力机的转向机构可使用风向传感装置，通过计算机来控制中心导流组合的自动转向。
工作过程：
参看图2-图4所乐，方向舵1固定在顶盖2上，顶盖2固定在迎风导流板6和背风导流板5上，当发明的导流型垂直轴风力机工作时，气流作用于方向舵1时，方向舵1可随着气流的变化带动顶盖2转动，顶盖2驱动与之固定连接的背风导流板5及迎风导流板6旋转，并随之带动与两导流板固定连接的转盘3旋转，使得背风导流板5处于叶片7的外围的背风无功区，收集的自然风推动处于背风无功区的叶片7旋转做正功，迎风导流板6处于迎风区，一方面将正面来风按所需速度环量要求导入迎风做功区，驱动处于该区域的叶片7旋转做正功，另一方面屏蔽正面来风进入迎风阻力区，防止处于该区域的叶片旋转做负功。从而实现随着气流变化，使得万向导流机构时刻保持迎风工作状态。同时，叶片7在风力的驱动下旋转，并带动与之连接的垂直轴4转动，从而传递至动力输出机构。

Claims (5)

1.一种导流型垂直轴风力机，包括底座（8）、垂直轴（4）、安装在垂直轴（4）上的叶片（7）以及与垂直轴（4）的下端连接的动力输出机构，其特征在于：迎风导流板（6）与背风导流板（5）固定连接在转盘（3）上；转盘（3）与其下方的底座（8）构成可转动的连接；顶盖（2）的上方固定连接有方向舵（1），顶盖（2）的下方固定连接迎风导流板（6）与背风导流板（5），顶盖（2）与其下方的垂直轴（4）的上端构成可转动的连接。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于：背风导流板（5）布置于叶片（7）的外围的背风无功区；迎风导流板（6）布置于叶片（7）的外围的迎风区。
3.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力机，其特征在于：所述迎风导流板（6）布置为与叶片（7）旋转所形成轨迹圆的半径延长线的夹角θ角为45°。
4.根据权利要求1或2所述的垂直轴风力机，其特征在于：在叶片（7）旋转所形成轨迹圆中，通过与背风导流板（5）、迎风导流板（6）的交点的两条半径之间的夹角β角为110°~130°，且β角的大小根据叶片（7）数目的变化进行调整。
5.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（7）为弯曲阻力型叶片，其受风面对应于背风导流板（5）及迎风导流板（6）的内侧出口边。
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