CN103375339A - 带启动辅翼的垂直轴风力发电机 - Google Patents

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何利明
石伟峰
苏超
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Abstract

一种带启动辅翼的垂直轴风力发电机，包括：升力叶片（1）、通过铰链（7）相连的启动辅翼（2），支撑三个升力叶片（1）的支架（3），支架（3）固定在发电机（4）的轴上可以转动，发电机（4）安装在塔杆（8）上，升力叶片（1）与启动辅翼（2）之间有弹性复位块（6）。其优点是：通过结构简单的辅翼改善了升力型结构风力发电机的启动性能，而且不影响升力型结构风力发电机的效率。启动翼可以根据风速和转速自动调整其工作状态，达到低风速投入工作，高风速不影响效率的目的。

Description

带启动辅翼的垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体的说是带启动辅翼垂直轴升力型风力发电机。
背景技术
垂直轴升力型结构风力发电机诞生在二十世纪三十年代（1931年），由达利厄发明，其风能利用系数和实用性已达到较高水平，但由于垂直轴升力型结构风力发电机在自启动性能上存在缺陷，而且高风速下安全问题未得到很好解决，所以一直未得到较大范围的推广。到了二十一世纪的今天，虽然在达利厄（升力）机型上做了较多的启动辅助，如在H型升力型垂直轴风力发电机内部再增加一套S型的阻力型叶片来增加启动性能，但由于结构复杂也增加了成本，且还造成了风阻影响了发电效率。因此，用最简单的结构改善升力型风力发电机的启动性能，又不影响发电效率，而且增加风力发电机的安全性能。
发明内容
本发明的目的是开发一种通过在垂直轴升力型结构风力发电机上增设一套启动辅翼，用较简单的结构改善升力型风力发电机的启动性能，而又不影响发电效率，且通过大气压作用来对垂直轴升力型风力发电机在高风速下进行限速从而达到安全的目的，该风力发电机属于垂直轴结构H型三叶片升力型风力发电机。
本发明带启动辅翼的垂直轴风力发电机，包括：升力叶片1、通过铰链7相连的启动辅翼2，支撑三个升力叶片1的支架3，支架3固定在发电机4的轴上，可以转动，发电机4安装在塔杆8上，升力叶片1与启动辅翼2之间有弹性复位块6。
所述的弹性复位块6是由弹性橡胶块细柱状结构黏附在升力叶片1上的。
本发明带启动辅翼的垂直轴风力发电机的优点是：通过结构简单的辅翼改善了升力型结构风力发电机的启动性能，而且不影响升力型结构风力发电机的效率。启动翼可以根据风速和转速在离心力、气动阻力、大气压作用下自动调整其工作状态，达到低风速下较好启动，工作风速下高效发电，高风速下安全限速的目的。
附图说明
图1为带启动辅翼的垂直轴风力发电机结构示意图；
图2 a为带启动辅翼的垂直轴风力发电机启动时的工作示意图；
图2 b为带启动辅翼的垂直轴风力发电机转动后工作发电时的工作示意图；
图2 c为带启动辅翼的垂直轴风力发电机在大风高转速下，大气压作用打破升力叶片升力结构的示意图。
具体实施方式
如图1（a）所示，由支架3支撑的风轮三只升力型叶片1、支架3固定在发电机4的轴上可以转动，发电机4安装在塔杆8上，升力叶片1与启动辅翼2通过铰链7连接，连接根部之间有弹性复位块6。启动辅翼2中间有凹槽，在弹性复位块6的弹性力作用下靠在支架3的尼龙隔套5上，尼龙隔套5起缓冲作用。
图2（a）所示，当风W吹过来，由于升力叶片1与支架3连接，升力叶片1与启动辅翼2构成的张开受风面S1形成推动阻力，所以当风吹动时，风轮就围绕风轮中心转动，并达到速度V。在转动加速过程中启动辅翼2受到离心力F和相对来流风速Wv的作用，则启动辅翼2开始贴近升力叶片1，这样风速Wv的风阻作用就开始降低，从而最大程度发挥升力叶片1的升力加速作用。
图2（b）所示，当风速增加达到W1时，由于在风速的阻力推动和升力叶片1的双重作用，风轮加速到V2，这时启动辅翼2在离心力F和相对来流风速Wv的作用下完全贴紧升力叶片1，这时相对来流风速Wv形成的风阻面S2达到最小，尽可能避免风阻的影响，此时升力叶片1上表面来流速度Wv1a与下表面来流速度Wv1b形成速差，因此升力叶片1的升力性能开始发挥作用，升力F1作用达到最佳效率状态，实现风力发电机的最佳高效发状态。其中V线速度，W1是风速，Wv1是相对来流速度。
图2（c）所示，当风速继续增大达到W2时，风力机的转速增大到V3，这时由于升力叶片1上表面来流速度Wv1a与下表面来流速度Wv1b形成速差继续扩大，离心力Fa，和来流风速Wv2形成的风阻已经不能克服大气压atm的作用，启动辅翼在大气压atm在弹性位块6的双重作用力下，被向上掀起，这时升力叶片1的升力结构被打破，不在具备升力作用，而启动辅翼被向上掀起后，形成的风阻面积S3扩大，从而叶片开始失速，风能转速迅速降低，在高风速下达到了安全性的目的。
当大风过后，风速和风力机转速降低之后，启动辅翼2受到离心力F和相对来流风速Wv的作用开始减弱，而升力叶片1与启动辅翼2的连接根部之间的弹性复位块6则开始发挥复位作用，这时启动辅翼2又开始发挥阻力启动作用，风力发电机重新开始投入工作。
本发明的带启动辅翼的垂直轴风力发电机，其启动辅翼2在启动时达到了最佳阻力推动作用，改善风力机启动性能，在达到一定转速后，启动辅翼贴紧升力叶片，尽可能减小风阻影响发挥风力机升力作用的效率，在风速过大时，通过大气压作用破坏升力叶片的升力性能形成失速达到安全性目的。

Claims (2)

1.一种带启动辅翼的垂直轴风力发电机，包括：升力叶片（1）、通过铰链（7）相连的启动辅翼（2），其特征在于：支撑三个升力叶片（1）的支架（3），支架（3）固定在发电机（4）的轴上可以转动，发电机（4）安装在塔杆（8）上，升力叶片（1）与启动辅翼（2）之间有弹性复位块（6）。
2.根据权利要求1所述的一种带启动辅翼的垂直轴风力发电机，其特征在于：由支架3支撑的风轮三只升力型叶片（1）、支架（3）固定在发电机（4）的轴上可以转动，发电机（4）安装在塔杆（8）上，升力叶片（1）与启动辅翼（2）通过铰链（7）连接，连接根部之间有弹性复位块（6），启动辅翼（2）中间有凹槽，在弹性复位块（6）的弹性力作用下靠在支架（3）的尼龙隔套（5）上。
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