CN106286126B - 一种塔式风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塔式风力发电机，包括连杆和叶轮，其中所述叶轮为整体式，不带有轮毂，由三个叶片组成，叶轮前端铰接在所述连杆的顶端，叶轮由三个叶片组成，每个叶片之间通过铰链连接，在所述连杆上分别设有弹簧和滑套，所述弹簧的末端与所述连杆固定连接，另一端与所述滑套连接，在所述叶片上铰接有支撑杆，所述支撑杆的另一端铰接在所述滑套上，本发明具有自适应风速等优点，安装角度可以根据风速的变化增大或减小，从而适应来流风速，达到最佳的尖速比，实现低风速起动，高风速运转的工作模式，让风能得到充分高效的利用。

Description

一种塔式风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种塔式风力发电机。
背景技术
目前垂直轴风力机按叶轮工作方式有三种形式：
1、升力型风机，主要靠叶片产生的升力带动叶轮做工，但由于叶片处于不同攻角时升力的大小区别很大，而且升力分解的与风向垂直的用来驱动风机做功，平行的分力相反阻碍风机做功，因此靠升力启动风机有些困难，必须达到一定风速，克服了阻力才能旋转。
2、阻力型风机，主要依靠阻力来工作的风力机称为阻力型风力机，阻力型风机在低风速下易起动，但旋转速度不高，风轮的尖速比较小，不能到达风能的高度利用，这类风机输出的扭矩很大，常被用于提水、碾米、拉等动力。
3、升阻混合型，由于前两种风机各有优缺点，因此派生出了混合型风机，即解决了升力型风机起动问题，又解决了阻力型风机不能高速运转问题，但目前升阻混合型阻力和升力分开，没有很好的结合，势必造成互相影响的结果，并且，叶片吸收风能靠旋转方向的切向力做功，切向力越大，叶轮扭矩越大，而要增加切向力，一是要增加风速，或者是要加大安装角，但安装角增大相应的阻力项的分力也增大，因此大安装角适合低速启动，但不适合高速旋转，从而导致其综合性能不高，对风能的利用率低。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种塔式风力发电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种塔式风力发电机，包括连杆和叶轮，叶轮由三片叶片组成，其中所述叶轮叶片的前端铰接在所述连杆的顶端，每个叶轮叶片之间通过铰链连接，在所述连杆上分别设有弹簧和滑套，所述弹簧的末端与所述连杆固定连接，另一端与所述滑套连接，在所述叶轮叶片上铰接有支撑杆，所述支撑杆的另一端铰接在所述滑套上，由于叶轮叶片之间通过铰链连接，而这种连接方式使得叶轮叶片和轮毂成为一个整体，形成塔式结构，叶轮叶片根部为叶轮旋转中心，叶轮叶片的工作面从叶轮的旋转中心开始，一直到叶轮叶片的旋转边界，从而增加叶轮叶片的工作面积，当叶轮启动后，由于叶轮旋转的离心作用，叶轮叶片通过支撑杆拉动滑套移动，从而拉动弹簧伸长，因此叶轮的张开角变大，使得风能得到充分高效的利用。
进一步改进，叶轮叶片的剖面其前端呈圆弧形末端呈尖角，其中尖角的长度占叶轮叶片总长度的20％，这样便于减小转动时的阻力。
进一步改进，叶轮在静止状态时安装角最大。
进一步改进，叶轮在静止状态时安装角为45度，其目的是为了满足低风速启动的需求。
进一步改进，为了确保叶轮叶片对风能的高效利用，因此弹簧的弹性系数为1N/mm。
本发明的优点：1、叶轮叶片为无任何翼型的，只带有倒角的叶轮叶片，加工简单，与现有的风机叶片相比，生产成本低廉，不足原来叶片加工成本的十分之一；2、叶片与轮毂组合式形式为整体式，即叶片根部为叶轮旋转中心，叶片的工作面从叶轮的旋转中心开始，一直到叶片的旋转边界，因此其工作面较传统的轮毂式的要大的多，因此利用风能势必要大于传统轮毂式的叶轮，成为全面积利用风能；3、本发明具有自适应风速等优点，安装角度可以根据风速的变化增大或减小，从而适应来流风速，达到最佳的尖速比，实现低风速起动，高风速运转的工作模式，让风能得到充分高效的利用。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明叶轮的连接示意图。
图3是本发明叶轮叶片的剖视图。
图中：叶轮1 连杆2 滑套3 弹簧4 支撑杆5 尖角11 圆弧12。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做以下详细说明。
如图所示，一种塔式风力发电机，包括连杆2和叶轮1，其中所述叶轮1由三片叶片组成，叶轮1的前端铰接在所述连杆2的顶端，每个叶片之间通过铰链连接，叶片的剖面其前端呈圆弧12形末端呈尖角11，其中尖角11的长度占叶轮叶片弦长的20％，这样便于减小转动时的阻力，在所述连杆2上分别设有弹簧4和滑套3，所述弹簧4的末端与所述连杆2固定连接，另一端与所述滑套3连接，在所述叶轮1上铰接有支撑杆5，所述支撑杆5的另一端铰接在所述滑套3上，为了满足低风速启动的需求，叶轮1在静止状态时安装角最大(45度)，为了确保叶轮1对风能的高效利用，因此弹簧4的弹性系数为1N/mm，由于叶轮1是由三个叶片通过铰链连接，而这种连接方式使叶轮1为一整体式，形成塔式结构，叶轮1根部为叶轮旋转中心，叶轮1的工作面从叶轮的旋转中心开始，一直到叶轮1的旋转边界，从而增加叶轮1的工作面积，当叶轮1启动后，由于叶轮旋转的离心作用，叶轮叶片通过支撑杆5拉动滑套3移动，从而拉动弹簧4伸长，因此叶轮的张开角变大，使得风能得到充分高效的利用。
其工作原理是：本发明叶轮1后掠，目的在于来流流过叶轮1时，会存在一个沿叶轮1叶片展向的流动，可以多次利用气流的能量，这种沿展向的流动一直持续到叶轮1叶片的尖部，才脱离叶轮1叶片混合到主流中，因此这种多次利用气流能量的方法，势必使气流多做功，提对风能的利用，叶轮开始工作时在静止状态时安装角很大，初始状态能达到45度，因此叶轮的启动风速非常低，较传统叶轮下降30％左右，当叶轮启动后，由于叶轮旋转的离心作用，叶轮1通过支撑杆5拉动滑套3移动，从而拉动弹簧4伸长，因此叶轮的张开角变大，当该分力与弹簧4的弹力相当时，叶轮张开角不在变化，此时叶轮的扫掠面积增大，同时叶轮1叶片的安装角随之减小，叶轮1的阻力也与之减小，增大了叶轮的转速，提高了减速比，当风速改变，叶轮的转速改变时，随着离心力的变化，叶轮相应调整张开角，适应风速。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种塔式风力发电机，包括连杆和叶轮，其特征在于：所述叶轮为整体式，不带有轮毂，所述叶轮由三片叶片组成，叶轮的前端铰接在所述连杆的顶端，每个叶片之间通过铰链连接，在所述连杆上分别设有弹簧和滑套，所述弹簧的末端与所述连杆固定连接，另一端与所述滑套连接，在所述叶片上铰接有支撑杆，所述支撑杆的另一端铰接在所述滑套上；所述叶轮叶片的剖面其前端呈圆弧形末端呈尖角；所述叶轮在静止状态时安装角最大；所述叶轮在静止状态时安装角为45度。
2.根据权利要求1所述的塔式风力发电机，其特征在于：弹簧的弹性系数为1N/mm。
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