CN107676225A - 一种小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机 - Google Patents

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杜晓羽
张欢
叶天震
郑雪晶
郑万冬
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Abstract

本发明公开了一种小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，包括发电机和风轮，风轮包括与发电机相连的中心转轴，中心转轴通过主轴法兰盘和支撑臂连接有3～5个在圆周方向上均布的直叶片，直叶片的俯视投影的轮廓为非对称翼型，直叶片的翼弦长度为c，最大厚度为t，最大相对厚度为t/c，最大厚度处至叶片前缘的距离为Xt，最大弯度为y，最大相对弯度为y/c，最大弯度处至叶片前缘的距离为Xy；其中，t/c＝10.23％，Xt/c＝10％，y/c＝6.71％，Xy/c＝47.65％。本发明风力发电机采用的非对称翼叶片，可实现自启动，简化了小型垂直轴风力机的结构，节约了成本。可用于风力资源丰富的偏远地区，解决此类地区的用电问题。

Description

一种小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体是涉及一种可自启动的小型非对称翼垂直轴风力发电机。
背景技术
随着社会经济和技术的发展，人类对于能源的需求日益增加，然而常规的不可再生能源正在枯竭，而且会造成严重的环境污染。风力发电是一种技术较为成熟、产业发展速度快且成本相对较低的利用可再生能源的方式，具有很好地发展前景。风力发电技术能很直接的利用风能，而且风电场的建设周期短，是我国可再生能源战略的重点发展方向。
风力发电机分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机多用作大型发电。垂直轴风力发电机结构相对简单，能接受来自任何方向的来流风，不需要繁杂的偏航装置和变桨系统，更适合作为小型风力发电机。垂直轴风力机又包括阻力型(萨沃尼斯)风力机和升力型(达里厄)风力机。萨沃尼斯风力机启动性能较好但气动性能差，因此很少应用于发电；直叶片的达里厄垂直轴风力机质量轻、结构简单、平衡性好，具有广泛的应用前景。但由于结构上的限制，传统直叶片达里厄风机较难实现自启动，限制了其发展。
解决直叶片垂直轴风力机的自启动问题，有以下几种方式：
(1)利用电机将风轮带动至工作转速，风力机平稳运行后电机主轴与风轮主轴脱离；
(2)将阻力型的萨沃尼斯风力机与直叶片垂直轴风力机组合在一起，带动垂直轴风力机自启动；
(3)采用变桨距的方式增大风力机启动阶段叶片的受风面积，增强风力机的启动力矩；
(4)采用非对称翼翼型提高直叶片风力机的自启动性能。
发明内容
针对现有技术，本发明提供的一种非对称翼叶片的小型垂直轴风力发电机，无需采用额外驱动机构即可实现其自启动。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，包括发电机和风轮，所述发电机设置在一支撑塔架的顶部，所述风轮包括与发电机相连的中心转轴，所述中心转轴上固定有主轴法兰盘，所述主轴法兰盘通过支撑臂连接有3～5个在圆周方向上均布的直叶片，所述直叶片的俯视投影的轮廓为非对称翼型，所述直叶片的翼弦长度为c，所述直叶片的最大厚度为t，所述直叶片的最大相对厚度为t/c，所述直叶片的最大厚度处至叶片前缘的距离为Xt，所述直叶片的最大弯度为y，所述直叶片的最大相对弯度为y/c，所述直叶片的最大弯度处至叶片前缘的距离为Xy；其中，t/c＝10.23％，Xt/c＝10％，y/c＝6.71％，Xy/c＝47.65％。
进一步讲，本发明小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，其中，所述直叶片的弦长方向与风轮半径切向的夹角α为-8°～8°，α优选值为0°
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，可用于风力资源丰富的偏远地区，解决此类地区的用电问题。本发明装置采用的非对称翼叶片，可实现自启动，简化了小型垂直轴风力机的结构，节约了成本。
附图说明
图1是本发明风力发电机的主视图；
图2是图1所示风力发电机的俯视图；
图3是本发明风力发电机的非对称翼直叶片的俯视投影轮廓图。
图中：
1-非对称翼直叶片，2-主轴法兰盘，3-支撑臂，4-发电机，5-中心转轴，6-支撑塔架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1和图2所示，本发明一种小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，包括设置在一支撑塔架1顶部的发电机4，所述发电机4与风轮相连，所述风轮包括与发电机4(转子)相连的中心转轴5，所述中心转轴5上固定有主轴法兰盘2，所述主轴法兰盘2通过支撑臂3连接有3～5个在圆周方向上均布的直叶片1。
如图3所示，本发明中所述直叶片1的俯视投影的轮廓为非对称翼型，所述直叶片1的翼弦长度为c，所述直叶片1的最大厚度为t，所述直叶片1的最大相对厚度为t/c，所述直叶片1的最大厚度处至叶片前缘的距离为Xt，所述直叶片1的最大弯度为y，所述直叶片1的最大相对弯度为y/c，所述直叶片1的最大弯度处至叶片前缘的距离为Xy；其中，t/c＝10.23％，Xt/c＝10％，y/c＝6.71％，Xy/c＝47.65％。所述直叶片1的弦长方向与风轮半径切向的夹角α可根据需要自行设置大小，α的取值范围为-8°～8°，优选为0°。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例是具有三个呈120°对称布置的直叶片1，风轮包括主轴法兰盘2、支撑臂3和直叶片1，主轴法兰盘2与中心转轴5固定，直叶片1弦长方向和风轮半径切向的夹角α为0°，中心转轴5可在三个直叶片1的带动下旋转，即风轮旋转时，便带动发电机4发电。
当有风时，风轮会得到扭矩，当风轮所得到的扭矩大小足以克服其它力矩及摩擦时，风轮会开始旋转，实现自启动，产生机械能。发电机4利用电磁感应原理，将直叶片1转动产生的机械能转化为电能。三个直叶片1旋转时，依次通过支撑臂3和主轴法兰盘2带动中心转轴5旋转，中心转轴5又带动发电机4内的转子在电磁线圈内转动，切割磁感线，产生电能，实现风力发电机的发电功能。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，包括发电机(4)和风轮，所述发电机设置在一支撑塔架(1)的顶部，所述风轮包括与发电机相连的中心转轴(5)，所述中心转轴(5)上固定有主轴法兰盘(2)，所述主轴法兰盘(2)通过支撑臂(3)连接有3～5个在圆周方向上均布的直叶片(1)，其特征在于：
所述直叶片(1)的俯视投影的轮廓为非对称翼型，所述直叶片(1)的翼弦长度为c，所述直叶片(1)的最大厚度为t，所述直叶片(1)的最大相对厚度为t/c，所述直叶片(1)的最大厚度处至叶片前缘的距离为Xt，所述直叶片(1)的最大弯度为y，所述直叶片(1)的最大相对弯度为y/c，所述直叶片(1)的最大弯度处至叶片前缘的距离为Xy；
其中，t/c＝10.23％，Xt/c＝10％，y/c＝6.71％，Xy/c＝47.65％。
2.根据权利要求1所述小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，其特征在于，所述直叶片(1)的弦长方向与风轮半径切向的夹角α为-8°～8°。
3.根据权利要求1所述小型非对称翼直叶片垂直轴风力发电机，其特征在于，所述夹角α为0°。
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