CN103061969B - 逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机，包括垂直轴、横梁、透风网和轻质软叶片；横梁对称固定于垂直轴上，每根横梁的外端下方设有呈直角三角形的两个透风网和一个轻质软叶片，轻质软叶片和两个透风网共斜边，且向外下侧伸出；两个透风网相互垂直，一透风网竖直设置；轻质软叶片安装在两个透风网之间。任意方向来风时，顺风轻质软叶片遮挡在竖直设置的透风网上且具有较大的捕风面，从而带动垂直轴旋转；当叶片旋转至逆风时，叶片将挡在倾斜设置的透风网上，继续带动垂直轴旋转，随后叶片将逐渐脱离倾斜设置的透风网随风飘动，对风无阻力；所有材料采用轻质设计，其启动风速小，实度大，力矩大，成本低，状态变化迅速，实用性广。

Description

逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机

技术领域

本发明涉及一种偏距式垂直轴风力机，尤其涉及一种逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机。

背景技术

如今，石油、煤、天然气等不可再生能源均面临着储量枯竭、价格上涨、甚至地球环境的严重污染等。核裂变发电危险性高，核废料污染环境、处理困难；利用核聚变能发电还不可行。而太阳能和风能是可再生能源，对环境没有污染。因此，各国都大力开发以风能和太阳能为代表的清洁可再生能源。

在当前风能利用领域，现有的大多数大装机容量的风力发电机大都处于待、停机状态，风机利用效率极低。在某些特殊条件下，甚至为了使风机随时待机发电，还必须对风机输入控制电源，这使风机出现了负功率输出状态，极大降低了风能利用率。受到风力发电机风轮结构的影响，现有风力发电机主要存在以下问题：1.启动风速和额定风速均太高，严重脱离实际情况。需研制适合大多数地区使用的风力机，其启动风速和额定风速都要很低；2.现有风轮的叶片细而长，实度极低，大部分从叶片之间的空隙漏走，风能没有被充分利用；3.风叶翼型设计不合理。当前使用最为广泛的风轮叶片是根据直升机的旋翼结构设计的。直升机的旋翼的结构设计是为了利用气流提高其升力，但风轮叶片需要克服这种力的作用，是相反的过程；4.多数风轮叶片扭转角是固定的，不能适应不同的风速。但是在实际应用中，风速大小是随机的。因此风轮一般工作在非设计工作状态，总体效率低，启动困难。

现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机，叶片截面积增大，提高了捕风能力，降低启动风速。调整叶片倾斜角度可以调节风机旋转速度。叶片截面积的增大可以大幅减小叶片的长度，以致风轮叶片总重量大幅减少，能最大化地利用风能发电。占地面积少，全方向做功，启动快。

现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机有三种方案：1.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端，叶片由电机控制。顺风时，控制使叶片竖直受风，把风能转化为叶轮的旋转机械能。而在逆风时，控制使叶片呈水平位置，对风不产生任何阻力。2.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端。叶片支架上安装有90度单方向限位装置，以使叶片单方向偏距不超过90度。任意方向来风时，叶片由于单方向限位作用一边保持原位，另一边叶片与风向相同进行旋转。3.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式在叶片支架两端以90度夹角安装叶片。在叶片支架上安装最大摆动角度为45度的限位装置。任意方向来风使叶片支架一端的叶片摆动到水平位置；叶片支架另一端的叶片在风力作用下摆动到竖直位置，风作用于竖直位置的叶片而使叶片带动叶轮旋转；当竖直位置的叶片摆动到顺风位置时，另一叶片支架的一叶片在风力作用下摆动到竖直位置，继续带动叶轮旋转。

以上各种方案，虽然实度比常规风轮大许多，捕风能力很强，但由于叶片理想最大实度为0.5，风能还没有完全得到利用。

因此，有必要开发设计出实度和出力更大的风力机。

发明内容

为了克服现有风机的启动风速高、风轮实度，风能利用系数小、风轮风叶翼型和扭转角是固定而不能适应不同的风速、驱动旋转需要耗费电力、叶片位置调整需要耗费电力驱动电机旋转，系统复杂等缺点，本发明提供了一种逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机，包括垂直轴、横梁、透风网和轻质软叶片；

所述垂直轴竖直安装在塔架上，可自由转动；

所述横梁至少为两根，且呈水平辐射状对称固定于垂直轴上；

每根横梁的外端下方安装有两个透风网和一个轻质软叶片；所述透风网和轻质软叶片均为直角三角形，轻质软叶片和两个透风网共斜边，且斜边向外下侧伸出；两个透风网相互垂直，一透风网的一直角边竖直，另一直角边水平布置；所述轻质软叶片安装在两个透风网之间。

作为本发明的一种优选方案，所述透风网的骨架采用不锈钢管或玻璃钢，骨架内采用不锈钢丝或玻璃丝制作网。

作为本发明的另一种优选方案，所述轻质软叶片采用抗老化布料。

本发明的有益效果是：①实度大：在叶片由顺风转变为逆风后的一段时间内，软叶片挡在倾斜透风网上，可以继续带动垂直轴作功；②风轮起动风速小：由于采用了轻质设计，很微弱的风就能使顺风轻质软叶片改变状态，所以风力机微风发电能力强，启动风速小，力矩大，适合地区广，发电运行时间比例高；③成本低，状态变化过渡迅速，实用性广。

附图说明

图1为逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机的立体结构示意图。

附图中：1—横梁；2—垂直轴；3—透风网；4—轻质软叶片；5—透风网；6—透风网；7—透风网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机包括垂直轴2、横梁1、透风网3、5、6、7（其中，透风网3竖直设置，透风网5倾斜设置，透风网6倾斜设置，透风网7竖直设置）和轻质软叶片4。垂直轴2竖直安装在塔架上，可自由转动。横梁1至少为两根，且呈水平辐射状对称固定于垂直轴2上。每根横梁1的外端下方安装有两个透风网和一个轻质软叶片4。透风网和轻质软叶片4均为直角三角形，轻质软叶片和两个透风网共斜边，且斜边向外下侧伸出。每根横梁1的外端下方的两个透风网相互垂直，一透风网的一直角边竖直，另一直角边水平布置，如图中的透风网3和7，轻质软叶片4安装在两个透风网之间。

无风时，轻质软叶片4自然下垂。任意方向来风时，顺风轻质软叶片4遮挡在竖直设置的透风网上且具有较大的捕风面，从而带动垂直轴旋转。当轻质软叶片4旋转至逆风时，轻质软叶片4将挡在倾斜设置的透风网上，继续带动垂直轴旋转，之后，轻质软叶片4将逐渐脱离倾斜设置的透风网而随风飘动，对风无阻力。当轻质软叶片4旋转至顺风时，轻质软叶片4将挡在竖直设置的透风网上，为下一步顺风做功做准备，所有材料采用轻质设计。

之所以把轻质软叶片4设计成在无风时自然下垂，两直角边中的一直角边处于水平位置，另一直角边处于竖直位置，是保证轻质软叶片4在斜边的束缚下，叶片在刚启动时自然下垂展开，并且在正常运行中由逆风转变为顺风状态时轻质软叶片4还可以沿风向展开，从而进一步保证轻质软叶片4在顺风时的受风面最大。

之所以要在竖直设置的透风网3和7的斜边上垂直设置另一倾斜设置的透风网5和6，是因为当轻质软叶片4旋转至逆风时，轻质软叶片4将挡在倾斜设置的透风网上，可以继续带动垂直轴旋转，增大了实度，增加了风的利用率。

透风网的骨架可采用不锈钢管或玻璃钢，骨架内采用不锈钢丝或玻璃丝制作网；轻质软叶片4可采用抗老化布料。由于采用轻质材料，很微弱的风就能使顺风轻质软叶片随风飘动而对风无阻力，而逆风轻质软叶片处于竖直位置而获得较大的捕风面，其启动风速小、力矩大；而且成本极低，状态变化过渡迅速，实用性广。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机，包括垂直轴（2）、横梁（1）、透风网和轻质软叶片（4）；

所述垂直轴（2）竖直安装在塔架上，可自由转动；

所述横梁（1）至少为两根，且呈水平辐射状对称固定于垂直轴（2）上；

每根横梁（1）的外端下方安装有两个透风网和一个轻质软叶片（4）；所述透风网和轻质软叶片（4）均为直角三角形，轻质软叶片和两个透风网共斜边，且斜边向外下侧伸出；两个透风网相互垂直，一透风网的一直角边竖直，另一直角边水平布置；所述轻质软叶片（4）安装在两个透风网之间；

所述透风网的骨架采用不锈钢管或玻璃钢，骨架内采用不锈钢丝或玻璃丝制作网；所述轻质软叶片（4）采用抗老化布料；

无风时，轻质软叶片（4）自然下垂，在正常运行中由逆风转变为顺风状态时轻质软叶片（4）还能够沿风向展开。