CN104595104B - 一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，包括底座、旋转支架、多个支撑杆和多个柔性叶片，当叶轮在风作用下，柔性叶片中的连接叶片和末端叶片可以绕铰链旋转，但在旋转卡槽的限制下，在顺风面完全展开，而在逆风面则成圆弧形，以减少阻力。
Description
技术领域
本发明属领风力发电领域，具体涉及一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮。
背景技术
能源是人类社会发展进步的动力和保障。近年来，随着全球经济的高速发展，煤炭，石油，天然气等常规能源被快速，大量的消耗，这让人类不仅面对资源日趋枯竭的压力，同时受到了环境不断恶化的威胁。能源和环保已成为当今人类生存和发展急需解决的紧迫问题。风电作为一种清洁环保的新能源，既不消耗有限的煤炭资源，也不会消耗宝贵的地下风资源，更有利于国民经济的可持续发展，在全国各地区大力发展适合具体地区特点的高效可靠的风力发电设备是大有前途的。要实现风力发电的产业化、实用化，要求有高效能的风机产品，能够最大限度的利用风能，这就要求我们研究风力机的性能，提高风机对风能的最大捕获，产生高效率能量转化。
目前，风力发电的主要形式是通过风机装置将风能转化为电能，因此设计一种高效、可靠的风机是风能利用的关键技术。风机的造型既要考虑结构也要考虑重量等其它因素。当前风机形式主要有风平轴风机和垂直轴风机两种，叶轮轴线与风向的相对位置平行的为风平轴式叶轮(HAWT)，叶轮轴线与风向的相对位置垂直的为垂直轴式叶轮(VAWT)。
同水平轴风电机组相比，垂直轴风电机组具有以下优势：
(1)垂直轴式叶轮轴线与来流方向垂直，可以捕获任何方向的风能，结构简单，很适合小型化独立发电。
(2)垂直轴风机安装和维护简单，制造工艺简单，造价低，经济性强。
(3)垂直轴风机对叶片结构及其强度要求低。
(4)垂直轴式叶轮能够在复杂紊流下有效工作，因此更适合于应用在复杂地形的小型风力发电场所，如偏远地区的农村。
(5)垂直轴叶轮叶片的尖速比风平轴叶轮的小，这样低转速下气动噪声很小，甚至可以达到静音的效果，有利于环保。
目前常见的垂直轴叶轮主要有升力型垂直轴叶轮和阻力型垂直轴叶轮。升力型的主要代表是Darrieus叶轮，阻力型的主要代表是Savonius叶轮。
在公开号为US1835018A的发明创造中，公开了一种Darrieus风力叶轮。该叶轮结构简单、升力系数高，但启动性能较差，尤其在低风速下很难启动。
在公开号为US1766765 A的发明创造中，公开了一种Savonius风力叶轮。该叶轮启动性能好，具有很大的风速利用范围，但随着转子的旋转，其转矩由高到低的变化幅度很大，甚至会下降到接近零的程度，因此具有较低的总效率。
同时，田文龙在《机械工程学报》2013年18期的《一种新型垂直轴式风机叶轮的数值仿真》的一文中公开了一种活动叶片型垂直轴风机叶轮，叶轮上安装多个直板型活动叶片,叶片在绕安装轴公转的同时绕自身安装轴自转，但该叶轮的总效率还是较低。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服现有技术中升力型垂直轴叶轮自启动难和阻力型垂直轴叶轮能量捕获效率低的问题，本发明提出一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮。
技术方案
一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，其特征在于包括底座、旋转支架、多个支撑杆和多个柔性叶片，所述的柔性叶片由固定叶片、连接叶片和末端叶片组成；旋转支架安装在底座上，支撑杆一端固定安装在旋转支架上，另一端通过螺钉螺母固定连接柔性叶片的固定叶片，固定叶片通过上旋转卡槽和下旋转卡槽与连接叶片固定连接，连接叶片通过另一组上旋转卡槽和下旋转卡槽与末端叶片固定连接。
所述的支撑杆为8个。
所述的柔性叶片为4个。
所述的末端叶片与连接叶片形状相同。
所述的支撑杆的形状为叉形。
有益效果
本发明提出的一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，当叶轮在风作用下，柔性叶片中的连接叶片和末端叶片可以绕铰链旋转，但在旋转卡槽的限制下，在顺风面完全展开，而在逆风面则成圆弧形，以减少阻力。因此在任意时刻，其柔性叶片都有这特性，提高了其工作效率。
附图说明
图1本发明的结构示意图
图2本发明的连接叶片图
图3本发明的上旋转卡槽示意图(一)
图4本发明的上旋转卡槽示意图(二)
图5本发明的工作原理图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，主要由旋转支架2、底座1、八个支撑杆3、和四个柔性叶片组成。
其中每个柔性叶片分别由三块直板叶片通过两个上旋转卡槽5和两个下旋转卡槽8连接组成。三直板叶片分别为固定叶片4、连接叶片6、和末端叶片7。固定叶片4的作用为固定柔性叶片，固定叶片4与两支撑杆3卡槽端通过螺钉螺母固定连接。连接叶片6的作用为连接固定叶片4和末端叶片8，连接叶片6的上下两端含有突出的两销轴，两销轴轴线重合，其作用为与上旋转卡槽5和下旋转卡槽8连接，形成铰链。末端叶片7与连接叶片6形状相同。
旋转卡槽的作用是连接固定叶片4和连接叶片6(或连接叶片6和末端叶片7，此处以固定叶片4和连接叶片6为例)，其固定安装在固定叶片4上，与连接叶片6形成铰链连接，并能限制连接叶片6的旋转角度在30度以内，使整个柔性叶片在由逆风面转为顺风面时，整个叶片能够完全展开，而在逆风面时是能够在风的阻力作用下，形成圆弧形，以减小逆风面的阻力。上旋转卡槽5与下旋转卡槽8的区别为卡槽方位不同，上旋转卡槽5限制连接叶片6上端的旋转角度，下旋转卡槽8限制连接叶片6下端的旋转角度。
支撑杆3的作用是固定安装柔性叶片，其形状为叉型，叉内安装柔性叶片的固定叶片4，支撑杆3另一端固定安装在旋转支架2上。
旋转支架2主要作用是安装四个柔性叶片，当柔性叶片在风阻力作用下时，柔性叶片带动旋转支架2绕轴线旋转，从而带动安装在底座1内的风力发电机旋转发电。
工作过程：当叶轮在风作用下，柔性叶片中的连接叶片6和末端叶片7可以绕铰链旋转，但在旋转卡槽的限制下，在顺风面完全展开，而在逆风面则成圆弧形，以减少阻力。因此在任意时刻，其柔性叶片都有这特性，提高了其工作效率。
除上述制作和装配外，其它零部件的制作和装配按常规进行。
Claims (5)
1.一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，包括底座(1)、旋转支架(2)和多个支撑杆(3)；其特征在于还包括多个柔性叶片，所述的柔性叶片由固定叶片(4)、连接叶片(6)和末端叶片(7)组成；旋转支架(2)安装在底座(1)上，支撑杆(3)一端固定安装在旋转支架(2)上，另一端通过螺钉螺母固定连接柔性叶片的固定叶片(4)，固定叶片(4)通过上旋转卡槽(5)和下旋转卡槽(8)与连接叶片(6)固定连接，连接叶片(6)通过另一组上旋转卡槽(5)和下旋转卡槽(8)与末端叶片(7)固定连接。
2.根据权利要求1所述的具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，其特征在于所述的支撑杆(3)为8个。
3.根据权利要求1所述的具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，其特征在于所述的柔性叶片为4个。
4.根据权利要求1所述的具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，其特征在于所述的末端叶片(7)与连接叶片(6)形状相同。
5.根据权利要求1所述的具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮，其特征在于所述的支撑杆(3)的形状为叉形。
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