CN108661856B - 一种高效垂直轴Savonius风力机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效垂直轴Savonius风力机，包括风力机端板、风力机叶片与中心竖直的立轴，上下两块端板通过中心竖直的立轴对称设置，风力机叶片有两组，每组包括1片静叶片与4片动叶片，每组风力机叶片在动叶片首尾连接处设有支撑杆，每组风力机的静叶片、动叶片与支撑杆连成完整的半圆柱面；两片静叶片的首端以及最外层动叶片的尾端与转轴中心在同一条直线上，两片静叶片凹面相对，并有部分静叶片正对，任意一片动叶片在风的作用下以远离中心轴一端叶片上的旋转轴为中心，另一端的旋转导向轴在动叶片旋转导向轨中自由滑动，实现动叶片的自动开合。可以减小叶片凸面迎风时产生的阻力，提高风力机的效率。

Description

一种高效垂直轴Savonius风力机

技术领域

本发明属于垂直轴风力机领域，尤其涉及一种高效垂直轴Savonius风力机。

背景技术

随着全球变暖、环境污染等问题的日益严重，人们更加重视可再生能源的开发与利用。可再生能源的利用能够减少常规能源资源的开发和影响，促进社会的可持续发展。在众多可开发利用的可再生能源中，风能因其储量大、分布广泛和清洁，安全而备受关注。

风能是一种潜力很大的新能源，而且我国风能具有数量大，分布广泛，可再生，无污染等优势。Savonius风力机是一种典型的阻力型垂直轴风力机，它的优点是启动转矩较大、结构简单、成本低、优化设计方便等，但是在实际应用中也存在不可忽视的问题，其中比较突出的是转速和风能利用系数较低。

近年来，国内外研究人员致力于对Savonius风力机进行优化设计，旨在保证风力机稳定运行的同时，提高风力机的扭矩性能与效率。但已有的部分优化方法并没有解决Savonius风力机因叶片凸面迎风时产生阻力矩而效率降低的问题。

一种高效垂直轴Savonius风力机着眼于目前垂直轴风力机技术存在的问题，从风力机叶片入手，参考百叶窗式叶片，设计新型的Savonius风力机叶片，旨在减轻风力机叶片凸面迎风时产生的阻力，提高风能利用效率和风力机性能。该设计结构简单，安装方便，有利于Savonius风力机在风能利用方面的市场推广。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种高效垂直轴Savonius风力机，目的在于减弱了风力机叶片凸面迎风时产生的阻力，起到了提高风力机性能作用。

本发明采用的技术方案如下：

一种高效垂直轴Savonius风力机，包括风力机端板、风力机叶片与中心立轴，上下两块风力机端板为两块相同的圆板，在两风力机端板圆心之间设立竖直的中心立轴，所述风力机叶片有两组，两组风力机叶片围绕中心立轴设置于两风力机端板之间；每组包括一片静叶片与四片动叶片，每组风力机叶片在动叶片首尾连接处设有支撑杆，所述每组风力机的静叶片、动叶片与支撑杆连接形成完整的半圆柱面；两片静叶片的的首端以及最外层动叶片的尾端与端板圆心在同一条直线上，两片静叶片凹面相对，并有部分静叶片正对。

所述动叶片远离转轴中心的一端为半圆形，另一端为斜面形，所述斜面的角度为20°～30°；在动叶片上下水平面的两端加工出竖直的短立轴，动叶片半圆端的短立轴为旋转轴，斜面端的短立轴为旋转导向轴；在与旋转轴相对的安装位置设置轴承安装孔，配套装有旋转轴承；在旋转导向轴对应的风力机端板上设置动叶片旋转导向轨；所述动叶片旋转导向轨为70°的圆弧槽；

所述静叶片与动叶片相比结构基本相同，在两端无短立轴，并且较动叶片稍长，固定于上下端板上的静叶片安装槽内，位置固定不能转动。

所述支撑杆安装在两片动叶片的首尾连接处，一端为斜面形一端为内陷的半圆形，支撑杆的斜面角度设定与动叶片斜面相配合，支撑杆的内嵌圆弧面与动叶片的半圆形端面相配合；支撑杆通过销钉竖直固定在上下端板之间。

本发明的有益效果：

本发明所述一种高效垂直轴Savonius风力机，各部件结构简单，成本低，安装方便，工程中可以实现快速的拆装；其次在保持了传统Savonius风力机转动力矩大的优点的同时，合理有效地运用了流体力学原理，实现动叶片的自动开合，最大限度地减小了凸面迎风时产生阻力矩，从而提高了风力机的扭矩性能与效率，起到了节能减排的作用

附图说明

图1是高效垂直轴Savonius风力机整体示意图；

图2是上下端板内侧俯视图；

图3风力机叶片未旋开时的俯视图；

图4是风力机动叶片俯视图；

图5是风力机动叶片与端板结合处的局部剖视图；

图6是风力机静叶片俯视图；

图7是风力机支撑杆俯视图；

图8是风力机叶片部分旋开时的俯视图；

图9是风力机静叶片与动叶片接触部位局部放大图；

图10是风力机动叶片与支撑杆接触部位局部放大图；

图11是风力机动叶片与动叶片接触部位放大图；

图中，1、风力机端板，2、动叶片，3、支撑杆，4、静叶片，5、中心立轴安装孔，6、动叶片轴承安装孔，7、动叶片旋转导向轴，8、静叶片安装槽，9、旋转轴，10、旋转导向轴，11、旋转轴轴承。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种高效垂直轴Savonius风力机，包括两个正对的圆形风力机端板1，过风力机端板1的圆心设立两个中心立轴安装孔5，在中心立轴安装孔5中设置中心立轴，用于支撑上下两个风力机端板1；在上下两个端板1间竖直设有两组风力机叶片，每组包括一片静叶片4与四片动叶片2，每组风力机叶片在动叶片首尾连接处设有支撑杆3，所述每组风力机的静叶片4、动叶片2与支撑杆3连接形成完整的半圆柱面；

如图2所示，在上下两端板1的内侧设有与动叶片运动轨迹对应的动叶片旋转导向轨7，以最外侧的动叶片2为例，该动叶片旋转导向轨7是以该动叶片2的轴承安装孔为圆心，动叶片2的弦长为半径作圆心角为70°圆弧形成的。

如图3所示，风力机的动叶片2在未旋开时，两片静叶片4的的首端、最外层动叶片2a的尾端与转轴中心在同一条直线上，两片静叶片4凹面相对，并有部分静叶片4正对；首尾连接的静叶片4、动叶片2以及支撑杆3，每一部分所对的圆心角为36°。

如图4、5、6所示，风力机的静叶片4与动叶片2结构相似，动叶片叶片2远离端板圆心的一端为半圆形，另一端为斜面形，斜边与圆弧切线的角度为20°～30°；在动叶片叶片上下水平面的两端加工出竖直的圆柱形短立轴；动叶片半圆端的短立轴为旋转轴9，斜面端的短立轴为旋转导向轴10；在与旋转轴9相对的地方设置轴承安装孔6，配套装有旋转轴承11；动叶片2以旋转轴9为中心，另一端的旋转导向轴10在动叶片旋转导向轨7中可以自动的滑动，使得动叶片可以开合。在旋转导向轴10对应的端板上设置动叶片旋转导向轨7；静叶片4与动叶片2d靠近的一端为斜面，另一端为半圆形端面，静叶片4与动叶片相比无短立轴，固定安装在静叶片安装槽8中，不会发生转动。

如图7、8所示，在动叶片2两两连接处设有支撑杆3，支撑杆3一端为斜面形一端为内陷的半圆形，支撑杆3的斜面角度设定与叶片斜面相对应，支撑杆3的内嵌圆弧面与叶片的半圆形端面相配合；支撑3杆通过销钉固定在端板上。静叶片4的尾端与相邻动叶片2的首段通过斜面配合，之间无支撑杆；动叶片2与相邻动叶片2之间装有支撑杆3，前一个动叶片2d的通过与支撑杆3的斜面配合，支撑杆3的内陷的半圆形面与动叶片2c的半圆形面配合。

下面结合本发明的具体工作过程对本发明作进一步解释：

在无风的状态下，本发明处于如图3所示的未旋开状态，两组叶片由1片静叶片4与4块动叶片2首尾连接成完整的半圆柱面，以端板圆中心5为中心成中心对称分布；

在一定风速下，静叶片4固定在静叶片安装槽8内不会移动，当风力机半圆形组合叶片的凹面迎风时，由于风的阻力作用，使凹面迎风一侧的动叶片2紧紧闭合，由于斜面的存在形成密封。此时凹面迎风的半圆形组合叶片与传统Savonius风力机叶片的作用相同。此时另一侧凸面迎风的半圆形组合叶片，由于其凹面背风，压力小于凸面，在受到风的推力时，任意一片动叶片2在风的作用下以远离中心轴一端叶片上的旋转轴9为中心，另一端的旋转导向轴10在动叶片旋转导向轨7中自由滑动；旋转的角度范围受风力大小和动叶片旋转导向轨7的长度影响，变化范围为0°～70°，实现动叶片2的自动开合。由此可以减小叶片凸面迎风时产生的阻力，提高风力机的效率。

在风力较小时能够使动叶片2方向顺风而不产生阻力，风力较大的情况下，由于动叶片2旋开，绝大部分的风能够从空隙通过，产生的阻力较小。当风力机整体旋转过一定角度，旋开的动叶片凹面一侧迎风时，在风力作用下最外侧动叶片2开始逐渐关闭，然后依次是内侧的动叶片2逐渐关闭，最终形成首尾相接的半圆形组合叶片，而另一侧的动叶片2则逐渐旋开。如此循环。

通过以上措施，凸面迎风时产生影响风力机旋转的阻力被尽可能的减小，风能利用效率提升，风力机整体性能提高，起到了节能减排的作用。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效垂直轴Savonius风力机,其特征在于，包括风力机端板(1)、风力机叶片与立轴，所述风力机叶片有两组，每组包括1片静叶片(4)与3片动叶片(2)，每组风力机叶片在动叶片(2)首尾连接处设有支撑杆(3)，所述每组风力机的静叶片(4)、动叶片(2)与支撑杆(3)连接形成完整的半圆柱面；两片静叶片(4)的首端以及最外层动叶片(2)的尾端与转轴中心在同一条直线上，两片静叶片(4)凹面相对，并有部分静叶片(4)正对；所述动叶片(2)远离转轴中心的一端为半圆形，另一端为斜面形，所述斜面的角度为20°～30°；所述动叶片上下水平面的两端设有竖直的短立轴，动叶片半圆端的短立轴为旋转轴(9)，斜面端的短立轴为旋转导向轴(10)；在与旋转轴(9)相对的地方设置轴承安装孔(6)，配套装有旋转轴承(11)；在旋转导向轴(10)对应的端板上设置动叶片旋转导向轨(7)；所述动叶片旋转导向轨(7)为70°的圆弧槽，且在上下端板(1)上对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种高效垂直轴Savonius风力机，其特征在于，所述端板(1)为两块相同的圆板，在圆心处设立竖直的中心立轴。

3.根据权利要求2所述的一种高效垂直轴Savonius风力机，其特征在于，所述端板(1)的圆心为转轴中心。

4.根据权利要求1所述的一种高效垂直轴Savonius风力机，其特征在于，所述静叶片(4)与动叶片(2)结构相同，两端无短立轴，静叶片(4)固定安装于上下端板(1)上的安装槽(8)内。

5.根据权利要求1所述的一种高效垂直轴Savonius风力机，其特征在于，所述支撑杆(3)在靠近转轴中心的一端为斜面形，另一端为内陷的半圆形。

6.根据权利要求5所述的一种高效垂直轴Savonius风力机，其特征在于，所述支撑杆(3)的斜面角度与动叶片(2)的斜面相配合，支撑杆(3)的内陷的半圆形面与动叶片(2)的半圆形端面相配合；所述支撑杆(3)通过销钉竖直固定在端板(1)之间。

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