CN104314753A - 一种升阻互补型垂直轴风力机 - Google Patents

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舒超
潘盼
朱杰
张灵熙
崔朕铭
李岩
江敏敏
张羽
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Abstract

本发明公开了一种升阻互补型垂直轴风力机。其特征在于，风力机立轴中部安装传统的达里厄式风力机叶片。立轴顶部与底部安装S型萨沃纽斯阻力型风力机叶片，两只S型萨沃纽斯阻力型风力机叶片的旋转直径垂直交叉布置。立轴两端的阻力型叶片能有效的提供动力距使整个风轮启动，并在转动过程中持续提供动力。相对于传统的升阻互补型风力机，本发明中的阻力型叶片可有效的避免立轴中部的升力型叶片产生的尾流，减少向下游延伸的涡量撞击叶片产生的振动，能持续稳定的发挥升阻互补的作用。

Description

一种升阻互补型垂直轴风力机
 
技术领域：
本发明涉及风力机，尤其涉及一种升阻互补型垂直轴风力机。属于风能利用应用技术领域。
 
背景技术：
现代用于并网运行的大型风力机组，大多为水平轴风力机，且技术已经相对成熟，随着垂直轴风力机技术的发展，其风能利用率不再低于水平轴风力机。而且垂直轴风力机，具有维护方便，不需要对风装置，结构相对简单等优点。
垂直轴风力机主要分阻力型和升力型。阻力型垂直轴风力机由于较低的叶尖速比，功率利用率较低，但转矩很大，有很好的启动性能。相对而言，升力型风力机有较高的叶尖速比，功率利用率不比水平轴风力机低，但启动性能不好，切入风速很高，较低的风速时不能自行启动，需要人工启动。为了解决这个问题，可以将两种垂直轴风力机互补在一起使用，目的是提高升力型风力机的启动性能，降低切入风速，使其在低风速时也能自行启动。
目前大多数升阻互补型风力机都是将阻力型风力机叶片安置在升力型叶片 尾流影响区域内，这样由于升力型叶片转动产生的湍流混杂在尾流中，尾流撞击阻力型叶片产生不规则振动，大大降低了阻力特性，并加剧了机组的疲劳损伤。因而设计一种互不影响的升阻互补型垂直轴风力机具有重要意义。
 
发明内容：
为了克服上述缺陷，本发明提供一种升阻互补型垂直轴风力机，使得阻力型叶片不受升力型叶片旋转导致的气流扰动对其产生的影响，让其更好的发挥启动性能，同时其在有效运行的叶尖速比范围内的运转过程中增加转矩。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种升阻互补型垂直轴风力机，包括达里厄式风轮 (1)、一对S形萨沃纽斯阻力型风轮 (2)、用于固定达里厄式风轮（1）和萨沃纽斯阻力型风轮 (2)的立轴(3)，其特征在于，达里厄式风轮 (1)位于立轴(3)中部，一对萨沃纽斯风轮 (2)分别位于立轴(3)上下两端。
前述的一种升阻互补型垂直轴风力机，一对萨沃纽斯阻力型风轮 (2)的叶片的旋转直径相互垂直布置；萨沃纽斯阻力型风轮叶片直径与中部达里厄式风轮叶片直径比值为，其间隙约为。
前述的一种升阻互补型垂直轴风力机，所述的叶片的旋转直径是指单个萨沃纽斯阻力型风轮的两个C形叶片的两直径构成的连线，所述的C形为半圆弧形。
前述的升阻互补型垂直轴风力机，还包括将达里厄式风轮固定在立轴上的一对轴承(4)以及埋藏发电机的坝式底座(5)。
前述的一种升阻互补型垂直轴风力机，一对萨沃纽斯阻力型风轮和立轴中部的达里厄式风轮在运转过程中将转矩输送至埋藏在底座(5)内部的发电机中。
前述的一种升阻互补型垂直轴风力机，其特征在于：单个萨沃纽斯阻力型风轮由两个 C形叶片构成，两个C形叶片的端部之间形成交叠域，交叠域长度约为。
本发明提供了一种升阻互补型垂直轴风力机，在该风力机中，达里厄式风轮通常在较高的叶尖速比下，即时产生最高风能利用系数，但是启动性能较差；而阻力型萨沃纽斯风轮在叶尖速时，达到最佳风能利用率。在达里厄式风力机较高的风能利用系数和叶尖速比的基础上，将小风轮半径的S型阻力型叶片放置在升力型叶片的上下端部，使得阻力型叶片不受升力型叶片旋转导致的气流扰动对其产生的影响，让其更好的发挥启动性能，同时其在有效运行的叶尖速比范围内的运转过程中增加转矩。当转速过快时，阻力型叶片输出负转矩，降低整个转子的转矩，降低对电机的负荷，使得其在大风速下能够安全工作。
 
附图说明：
图1是本发明一种升阻互补型垂直轴风力机的结构示意图；
图2是本发明一种升阻互补型垂直轴风力机的俯视图；
图3是本发明一种升阻互补型垂直轴风力机的前剖视图；
图4是本发明一种升阻互补型垂直轴风力机的S型阻力型叶片结构示意图。
 
具体实施方法：
结合附图对本发明所涉及的垂直轴风力机进行说明。
本发明包括“搅蛋器”式达里厄式风轮1，一对S型萨沃纽斯阻力型风轮2，用于固定三支风轮的立轴3、固定达里厄式风轮的轴承4以及坝式底座5，见图1所示。萨沃纽斯阻力型风轮2布置于立轴上下端，两个萨沃纽斯阻力型风轮的叶片的旋转直径呈垂直交叉分布（即上下两个萨沃纽斯阻力型风轮，其叶片的直径相互垂直，叶片的直径是指两个C形叶片的直径构成的连线）。萨沃纽斯风轮直径与中部达里厄式风轮直径比值约为，见图2所示。两只风轮间隙约为，见图3。
垂直轴风力机的发电机安装在坝式底座5中，顶部转子产生的转矩通过立轴传递至电机中。
风轮上下端布置的S型萨沃纽斯风轮叶片进行交叠布置，交叠域长度约为。数值模拟与试验相结合，不断调整风力机结构布置尺寸，使风能利用率和减振性能达到最优。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种升阻互补型垂直轴风力机，包括达里厄式风轮 (1)、一对S形萨沃纽斯阻力型风轮 (2)、用于固定达里厄式风轮（1）和萨沃纽斯风轮 (2)的立轴(3)，其特征在于，达里厄式风轮 (1)位于立轴(3)中部，一对萨沃纽斯阻力型风轮 (2)分别位于立轴(3)上下两端。
2.根据权利要求1所述的一种升阻互补型垂直轴风力机，其特征在于：一对萨沃纽斯阻力型风轮 (2)的叶片的旋转直径相互垂直布置；萨沃纽斯阻力型风轮叶片直径与中部达里厄式风轮叶片直径比值为，其间隙为。
3.根据权利要求2所述的一种升阻互补型垂直轴风力机，其特征在于：所述的叶片的旋转直径是指单个萨沃纽斯阻力型风轮的两个C形叶片的两直径构成的连线，所述的C形为半圆弧形。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的升阻互补型垂直轴风力机，其特征在于：还包括将达里厄式风轮固定在立轴上的一对轴承(4)以及埋藏发电机的坝式底座(5)。
5.根据权利要求4所述的一种升阻互补型垂直轴风力机，其特征在于：一对萨沃纽斯阻力型风轮和立轴中部的达里厄式风轮在运转过程中将转矩输送至埋藏在底座(5)内部的发电机中。
6.根据权利要求2所述的一种升阻互补型垂直轴风力机，其特征在于：单个萨沃纽斯阻力型风轮由两个 C形叶片构成，两个C形叶片的端部之间形成交叠域，交叠域长度约为。
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