CN103061970A - 梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机，包括垂直轴、横梁、轻质矩形透风网和轻质软叶片；垂直轴安装在塔架上，3-6根横梁对称安装于垂直轴上；每根横梁的外端下方竖直安装轻质矩形透风网，轻质软叶片呈梯形或者三角形，梯形的两腰或者三角形的一相邻两边相互垂直，其最长边与轻质矩形透风网的对角线相平行并安装在轻质矩形透风网上，梯形的一腰水平布置。轻质软叶片采用轻质材料，很微弱的风就能使逆风轻质软叶片随风飘动而无阻力，而顺风轻质软叶片遮挡在轻质矩形透风网上具有最大的捕风面，轻质矩形透风网受到风压，从而带动垂直轴旋转，当叶片由逆风变为顺风时，叶片顺着风向展开，使得叶片在顺风时获得最大的捕风面。

Description

梯形软翼百叶窗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，尤其涉及一种梯形软翼百叶窗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，并且逆风阻力大，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。

但是，第一种方案中的叶片位置调整需要电机驱动旋转，需要耗费电力，而且还增加了控制系统的复杂程度；第二种方案中的叶片在转速时由于离心而不能可靠复位。以上最后种方案，虽然实度比常规风轮大许多，捕风能力很强，但由于叶片自重，使得叶片由水平到竖直的变化需要一定的风压，因此特别是在风速很低的情况下，启动比较困难。以上各种方案下，叶片由逆风转变为顺风状态时，叶片有一个由水平到竖直的突然转变，会带来较大的冲击。

因此，有必要开发设计出在风速很低的情况下更容易启动的风力机。

发明内容

为了克服现有风机的启动风速高，风轮实度低，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，不能可靠复位等缺点，本发明提供了一种梯形软翼百叶窗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：

梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机，包括垂直轴、横梁、轻质矩形透风网和轻质软叶片；

所述垂直轴竖直安装在塔架上，可自由旋转；

所述3-6根等长的横梁呈水平辐射状对称固定于垂直轴上，在每根横梁的外端下方竖直安装一轻质矩形透风网；

在每个轻质矩形透风网的同一侧面上安装多个相互平行的轻质软叶片；所述轻质软叶片呈梯形或者三角形，梯形的两腰或者三角形的一相邻两边相互垂直；呈梯形的轻质软叶片的底边或者三角形的最长边与轻质矩形透风网的对角线相平行并安装在轻质矩形透风网上，呈梯形的轻质软叶片的一腰水平布置。

作为本发明的一种优选方案，所述轻质矩形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风轮起动风速小：由于采用了轻质和柔软设计，很微弱的风就能使顺风叶片处于竖直位置而获得较大的捕风面，而逆风时随风飘动而无风阻，所以风机效率高；②由于采用了轻质矩形透风网和轻质软叶片组成的百叶窗结构设计，其实度大，风能利用率大，微风发电能力强，启动风速小，适合地区广，发电运行时间比例高；③设计简单，成本低，实用性更广泛。

附图说明

图1为梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机的立体结构示意图。

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

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，梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机，包括垂直轴1、横梁5、轻质矩形透风网4、轻质软叶片2、3和6。垂直轴1竖直安装在塔架上，可自由旋转。3-6根等长的横梁5呈水平辐射状对称安装于垂直轴1上，本实施例中，采用了4根横梁5。在每根横梁5的外端下方竖直安装一轻质矩形透风网4。

在每个轻质矩形透风网4的同一侧面上安装多个相互平行的轻质软叶片，本实施例中，在每个轻质矩形透风网4的同一侧面上安装轻质软叶片2、3和6，  轻质软叶片呈梯形或者三角形，梯形的两腰或者三角形的一相邻两边相互垂直；呈梯形的轻质软叶片的底边或者三角形的最长边与轻质矩形透风网4的对角线相平行并安装在轻质矩形透风网4上，并且呈梯形的轻质软叶片的一腰水平布置，而其他边不固定。

无风时，轻质软叶片2、3和6自然下垂而展开。轻质软叶片2、3和6采用轻质材料，很微弱的风就能使逆风轻质软叶片6随风飘动而无阻力，而顺风轻质软叶片2、3遮挡在轻质矩形透风网4上而获得较大的捕风面，轻质矩形透风网4受到风压，从而带动垂直轴1旋转，当逆风轻质软叶片6在变为顺风软叶片2、3时，在风的吹动下顺着风向展开，保证在顺风状态时获得最大的捕风面。轻质矩形透风网4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，轻质软叶片2、3和6可采用抗老化布料，质量轻、捕风面大，实度大，其启动风速小，力矩大，成本低，状态变化过渡迅速，效率高，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 (3)

1.梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机，其特征在于：包括垂直轴（1）、横梁（5）、轻质矩形透风网（4）和轻质软叶片；

所述垂直轴（1）竖直安装在塔架上，可自由旋转；

所述3-6根等长的横梁（5）呈水平辐射状对称固定于垂直轴（1）上，在每根横梁（5）的外端下方竖直安装一轻质矩形透风网（4）；

在每个轻质矩形透风网（4）的同一侧面上安装多个相互平行的轻质软叶片；所述轻质软叶片呈梯形或者三角形，梯形的两腰或者三角形的一相邻两边相互垂直；呈梯形的轻质软叶片的底边或者三角形的最长边与轻质矩形透风网（4）的对角线相平行并安装在轻质矩形透风网（4）上，呈梯形的轻质软叶片的一腰水平布置。

2.根据权利要求1所述的梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机，其特征在于：所述轻质矩形透风网（4）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。

3.根据权利要求1所述的梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机，其特征在于：所述轻质软叶片采用抗老化布料。

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