CN103967701A - 升阻互补型垂直轴微风风力机 - Google Patents

升阻互补型垂直轴微风风力机 Download PDF

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颜培刚
韩万龙
史亮
韩万金
王洪鹏
顾忠华
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

本发明公开了一种升阻互补型垂直轴微风风力机，包括叶轮、发电机和支架，叶轮通过连接轴承与发电机的转轴连接，发电机安装在支架上，叶轮包括多个升力型叶片、多个阻力型叶片、上外端面、下外端面、上盖板和下盖板，多个升力型叶片呈圆形分布且其两端分别与上外端面和下外端面固定连接，多个阻力型叶片呈圆形分布其两端分别与上盖板和下盖板固定连接，阻力型叶片组成的叶片环位于升力型叶片组成的叶片环内部，上盖板和下盖板分别设置在上外端面和下外端面的外端。本发明综合了升力和阻力型风机的优点，通过对两种叶型匹配优化，再辅以收敛型的上下外端壁，使其具有低启动风速的优点，同时能较好地解决微风级风速下风能高效发电的困难。

Description

升阻互补型垂直轴微风风力机
技术领域
本发明涉及一种微风风力机，尤其涉及一种升阻互补型垂直轴微风风力机。
背景技术
风力机是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机，是借助空气流推动叶片以获取风能,并同时将其转换成有用的机械能或电能的动力装置，风能作为可再生的、无污染的自然能源被人们高度重视；但是理论上气动转换的极限效率(即贝兹极限)为59.3％，传统风力机工作风速范围的风能利用率约为30-45％，低速风力机约10-30％，风力机在低速时常常处于空转或发出极少的电能，在微风级别(3-4m/s)的风能利用方面，国内外当前的风力机风能利用率更低，传统的风力机分为垂直轴风力机和水平轴风力机，其中垂直轴风力机主要分为两大类，一类是升力型风力机，另一类就是阻力型风力机。升力型垂直轴风力机的缺点就是自启动能力差，而阻力型风力机的缺点则是风能利用率低。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种升阻互补型垂直轴微风风力机。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种升阻互补型垂直轴微风风力机，包括叶轮、发电机和支架，所述叶轮通过连接轴承与所述发电机的转轴连接，所述发电机安装在所述支架上，所述叶轮包括多个升力型叶片、多个阻力型叶片、上外端面、下外端面、上盖板和下盖板，多个所述升力型叶片呈圆形分布且其两端分别与所述上外端面和所述下外端面固定连接，多个所述阻力型叶片呈圆形分布其两端分别与所述上盖板和所述下盖板固定连接，所述阻力型叶片组成的叶片环位于所述升力型叶片组成的叶片环内部，所述上盖板和所述下盖板分别设置在所述上外端面和所述下外端面的外端。
上下外端面使气流在端部进行加速流动，从而减少风力机的端部气流损失。气流流过升力型叶片，作用在叶片上的气动力使叶轮产生扭转力矩，然后气流以一定速度继续运动，进入内部组阻力型叶片流道，作用在阻力型叶片上，其压力差推动叶轮旋转，增大了风力机启动扭矩。
为了使上下端面的收敛性更佳，所述上外端面和所述下外端面均为中空圆台环，且所述上盖板与所述下盖板的直径均与所述圆台环的底面直径相等。
具体地，所述升力型叶片组成的叶片环的内部设置有导流叶片，所述导流叶片为由一条样条曲线绕轴线旋转一周形成的曲面板。
作为优选，所述升力型叶片为NACA系列叶型叶片且其个数为四个，四个所述升力型叶片均沿所述叶轮的中轴线呈90°分布。
作为优选，所述阻力型叶片为由样条曲线构成的呈“S”型的具有两个拐点的叶片且其个数为四个，四个所述阻力型叶片均沿所述叶轮的中轴线呈90°分布。
本发明的有益效果在于：
本发明升阻互补型垂直轴微风风力机综合了升力型风机和阻力型风机的优点，通过对两种叶型匹配优化，再辅以收敛型的上下外端壁，使其具有低启动风速的优点，同时能较好地解决微风级风速下风能高效发电的困难。
附图说明
图1是本发明升阻互补型垂直轴微风风力机的结构示意图；
图2是本发明所述叶轮的主视图；
图3是本发明所述叶轮的俯视图，图中省去了上盖板和下盖板；
图4是本发明所述叶轮的立体结构示意图，图中省去了上盖板和下盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3和图4所示，本发明升阻互补型垂直轴微风风力机，包括叶轮10、发电机20和支架40，叶轮10通过连接轴承30与发电机20的转轴连接，发电机20安装在支架40上，叶轮10包括上外端面1、下外端面2、上盖板3、和下盖板4、多个升力型叶片5、多个阻力型叶片6和导流叶片7，多个升力型叶片5呈圆形分布且其两端分别与上外端面1和下外端面2固定连接，多个阻力型叶片6呈圆形分布其两端分别与上盖板3和下盖板4固定连接，阻力型叶片6组成的叶片环位于升力型叶片5组成的叶片环内部，上盖板3和下盖板4分别设置在上外端面1和下外端面2的外端，导流叶片7设置在升力型叶片5组成的叶片环的内部。
上外端面1和下外端面2均为中空圆台环，且上盖板3与下盖板4的直径均与圆台环的底面直径相等，导流叶片7为由一条样条曲线绕轴线旋转一周形成的曲面板，升力型叶片5为NACA系列叶型叶片且其个数为四个，四个升力型叶片5均沿叶轮10的中轴线呈90°分布，阻力型叶片6为由样条曲线构成的呈“S”型的具有两个拐点的叶片且其个数为四个，四个阻力型叶片6均沿叶轮10的中轴线呈90°分布。
本发明升阻互补型垂直轴微风风力机的工作原理如下：
为了克服升力型垂直轴风力机启动性能差与阻力型垂直轴风力机的风能利用率低的缺点，最大限度利用微风级风速条件下的风能，使之有效地转化为风力机装置的机械能，本发明在一种风力机中同时采用两种类型的叶片，在外围设置升力型叶片5，而在内侧设置阻力型叶片6，两种叶片以一定的安装角度匹配，在叶轮10的上下两端设置呈收敛型的导流结构即上下端板，其作用是使气流在端部进行加速流动，从而减少风力机的端部气流损失，气流流过升力型叶片5，作用在叶片上的气动力使叶轮10产生扭转力矩，然后气流以一定速度继续运动，进入内部的阻力型叶片6流道，通过作用在阻力叶片上的压力差推动叶轮10旋转，一方面增大了风力机启动扭矩，另一方面通过调整内部空间的流动，改善升力型叶片5的流场结构，增大升力型叶片5产生的扭矩，从而提高了风能利用率，实现微风级别风能向机械能的高效转化。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种升阻互补型垂直轴微风风力机，包括叶轮、发电机和支架，所述叶轮通过连接轴承与所述发电机的转轴连接，所述发电机安装在所述支架上，其特征在于：所述叶轮包括多个升力型叶片、多个阻力型叶片、上外端面、下外端面、上盖板和下盖板，多个所述升力型叶片呈圆形分布且其两端分别与所述上外端面和所述下外端面固定连接，多个所述阻力型叶片呈圆形分布其两端分别与所述上盖板和所述下盖板固定连接，所述阻力型叶片组成的叶片环位于所述升力型叶片组成的叶片环内部，所述上盖板和所述下盖板分别设置在所述上外端面和所述下外端面的外端。
2.根据权利要求1所述的升阻互补型垂直轴微风风力机，其特征在于：所述上外端面和所述下外端面均为中空圆台环，且所述上盖板与所述下盖板的直径均与所述圆台环的底面直径相等。
3.根据权利要求1所述的升阻互补型垂直轴微风风力机，其特征在于：所述升力型叶片组成的叶片环的内部设置有导流叶片，所述导流叶片为由一条样条曲线绕轴线旋转一周形成的曲面板。
4.根据权利要求1所述的升阻互补型垂直轴微风风力机，其特征在于：所述升力型叶片为NACA系列叶型叶片且其个数为四个，四个所述升力型叶片均沿所述叶轮的中轴线呈90°分布。
5.根据权利要求1所述的升阻互补型垂直轴微风风力机，其特征在于：所述阻力型叶片为由样条曲线构成的呈“S”型的具有两个拐点的叶片且其个数为四个，四个所述阻力型叶片均沿所述叶轮的中轴线呈90°分布。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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