CN110219772A - 一种垂直轴风力机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及到一种垂直轴风力机，包括风力机本体，所述风力机本体包括垂直轴和安装在垂直轴上的叶片，所述风力机本体的叶片处外围套有一圆环形管道，所述圆环形管道与垂直轴同轴；所述圆环形管道外侧均匀设有若干个进风口，每个进风口处均设有一个用于将风引向进风口的挡板；所述圆环形管道内侧均匀设有多个出风口，所述圆环形管道内部每个出风口处均设有一个隔板，所述隔板用于将风引向出风口。本发明通过圆环形管道将水平流动的自然风场改变为环形流动风场，风速可以大幅提高，提高垂直轴风力机的风能利用系数，使得垂直轴风力机的旋转速度可以大于风速。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及到一种垂直轴风力机。
背景技术
现在常见的风力机是水平轴三叶片的风机，水平风垂直穿过叶片旋转平面，属于升力型风机。这种风机叶片细长，达到几十米甚至上百米，重量也较大，给加工、运输和安装带来极大困难。历史上也出现过各种各样的垂直轴风机。阻力型垂直轴风力机具有启动性能良好、不需要对风系统特点，但是风能利用系数较低。近年来国内外学者对风力机外围的聚风装置做了大量的研究，以期提高阻力型垂直轴风力机的功率系数。这些装置主要分为遮蔽式、遮引式和导叶式三类。虽然遮蔽式、 遮引式的聚风装置提高了阻力型垂直轴风力机的功率系数， 但导致垂直轴风力机失去了不受风向控制的优点，导叶式聚风装置则保留了这个优点，但是提高效果有限。这些聚风装置都只是局部改变风的流场，因而功率系数提升不大，难以与水平轴升力型风力机竞争。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种垂直轴风力机，用于解决现有技术中功率系数提升不大的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种垂直轴风力机，包括风力机本体，所述风力机本体包括垂直轴1和安装在垂直轴1上的叶片6，其特征在于：所述风力机本体的叶片6处外围套有一圆环形管道3，所述圆环形管道3与垂直轴1同轴；所述圆环形管道3外侧均匀设有若干个进风口8，每个进风口8处均设有一个用于将风引向进风口8的挡板4；所述圆环形管道3内侧均匀设有多个出风口9，所述圆环形管道3内部每个出风口9处均设有一个隔板5，所述隔板5用于将风引向出风口9。
进一步地，所述挡板4的截面为C字型，每个挡板4均与圆环形管道3相切。
进一步地，所述圆环形管道3的上部和下部均设有水平布置的圆环形的导流板7，两块导流板7与圆环形管道3构成的环形槽朝向圆环形管道3的内侧。
进一步地，所述圆环形管道3采用钢管弯曲成型，或者采用虾米弯拼焊成型。
进一步地，所述圆环形管道3的外壁涂有防腐层，内壁抛光。
进一步地，所述进风口8设有十二个，所述出风口9设有三个，所述进风口8面积的三倍大于出风口9的面积；其中三个隔板5将整个圆环形管道3分成三个通道，每四个进风口8对应于一个出风口9，有效进风口8为三个。
进一步地，所述叶片6的中线与圆环形管道3的轴线位于同一水平面，所述叶片6的高度为圆环形管道3直径的1/2至2/3倍。
进一步地，所述出风口9的高度与叶片6的高度相等，且上下端分别齐平；所述出风口9的宽度为40°圆心角对应的弧长。
进一步地，所述垂直轴1通过轮毂2与叶片6连接，叶片6的径向尺寸与轮毂2的半径相等，所述叶片6与圆环形管道3的间隙为5mm。
进一步地，所述叶片6包括截面为V型的迎风面板61和被风面板62，所述迎风面板61与被风面板62周围通过连接板63连接，所述迎风面板61和被风面板62还设有加强筋64。
本发明的有益效果为：本发明通过圆环形管道将水平流动的自然风场改变为环形流动风场，风速可以大幅提高，提高垂直轴风力机的风能利用系数，使得垂直轴风力机的旋转速度可以大于风速。同时具有良好的启动性能，也不需要增加对风装置。叶片将环形流动风场向下向上流动，避免了一般阻力型垂直轴风力机叶片做负功的缺点；而且做功后的风及时向上向下排出，减少了叶片包裹的风量，更进一步地提高了风力机的功率系数。该风力机相比水平轴升力型风力机，具有视觉效果良好、环境友好，成本低等优点。
附图说明
图1为一种垂直轴风力机的俯视示意图。
图2为图1的侧视示意图。
图3为叶片的截面示意图。
图中：1-垂直轴；2-轮毂；3-圆环形管道；4-挡板；5-隔板；6-叶片；61-迎风面板；62-被风面板；63-连接板；64-加强筋；7-导流板；8-进风口；9-出风口。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，一种垂直轴风力机，包括风力机本体，所述风力机本体包括安装在风力机塔架上的垂直轴1和安装在垂直轴1上的叶片6；所述垂直轴1通过轮毂2与叶片6连接，叶片6的径向尺寸与轮毂2的半径相等，轮毂2采用钢板弯曲成圆筒体，叶片6与轮毂2焊接联接，轮毂2与垂直轴1采用平键或花键联接。如图3所示，所述叶片6包括截面为V型的迎风面板61和被风面板62，所述迎风面板61与被风面板62周围通过连接板63连接，所述迎风面板61和被风面板62还设有加强筋64。
所述风力机本体的叶片6处外围套有一圆环形管道3，该圆环形管道3通过型钢焊接于塔架上，所述圆环形管道3与垂直轴1同轴；所述圆环形管道3采用钢管弯曲成型，如果直径太大，无法弯管，则采用虾米弯拼焊成型（虾米弯节数尽可能的多）；所述圆环形管道3的外壁涂有防腐层，内壁抛光。如图2所示，所述圆环形管道3的上部和下部均设有水平布置的圆环形的导流板7，两块导流板7与圆环形管道3构成的环形槽朝向圆环形管道3的内侧。
如图1所示，所述圆环形管道3外侧均匀设有十二个进风口8，每个进风口8处均设有一个用于将风引向进风口8的挡板4，所述挡板4的截面为C字型（即整体为半圆柱形），每个挡板4均与圆环形管道3相切；所述圆环形管道3内侧均匀设有三个出风口9，所述圆环形管道3内部每个出风口9处均设有一个（圆弧形的）隔板5，所述隔板5用于将风引向出风口9；三个隔板5将整个圆环形管道3分成三个通道，每四个进风口8对应于一个出风口9，有效进风口8为三个，其中进风口8面积的三倍要大于出风口9的面积（进风口8的高度与圆环形管道3直径尽可能的接近，宽度也尽可能的大，只要给挡板4和隔板5留下焊接空间即可）。
如图2所示，所述叶片6的中线与圆环形管道3的轴线位于同一水平面；所述出风口9的高度与叶片6的高度相等，且上下端分别齐平；所述出风口9的宽度为40°圆心角对应的弧长；所述叶片6的高度为圆环形管道3直径的1/2至2/3倍；所述叶片6与圆环形管道3的间隙为5mm。
隔板5和挡板4都可以采用钢板弯曲制而成。挡板4沿着切线方向焊接在环形管道外壁面上。叶片6采用钢板拼焊，中间的加强筋先与被风面的面板焊接，再与迎风面面板焊接（可以采用塞焊的方法）。导流板7有两件，是一个环形板，分别焊在环形管道的上下表面，其表面与管道表面最高点齐平。
上述方案中的连接大多采用焊接，所有焊缝须磨平抛光。为了减少风在圆环形管道3里的流动阻力，圆环形管道3内表面是光滑的，挡板4的内外表面、圆弧型的隔板5也是光滑的。
本发明的风向变化过程及原理：本发明的结构使得无论什么风向，总有三个进风口8与自然风向基本一致，风沿着圆周的切向方向从这三个进风口8进入圆环形管道3，在圆环形管道3里被加速，再从出风口9切向流出，沿切向方向吹向叶轮6。而其他处于迎风面的进风口则因为挡板的遮挡不能进风。如图3所示，叶片6的迎风面是中间凸起的，即由中间开始向上向后、向下向后倾斜，这个结构不仅加强了叶片6的强度，而且使得吹向叶片6的风推动叶片后向下向上流动，从圆环形管道3的上下端面流出。所述叶片6的高度为圆环形管道3直径的1/2至2/3倍，水平风绕过圆环形管道3的迎风面后越过叶片6顶端，在圆环形管道3的中心形成虹吸效应，有利于做功后气流的排出。
以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种垂直轴风力机，包括风力机本体，所述风力机本体包括垂直轴（1）和安装在垂直轴（1）上的叶片（6），其特征在于：所述风力机本体的叶片（6）处外围套有一圆环形管道（3），所述圆环形管道（3）与垂直轴（1）同轴；所述圆环形管道（3）外侧均匀设有若干个进风口（8），每个进风口（8）处均设有一个用于将风引向进风口（8）的挡板（4）；所述圆环形管道（3）内侧均匀设有多个出风口（9），所述圆环形管道（3）内部每个出风口（9）处均设有一个隔板（5），所述隔板（5）用于将风引向出风口（9）。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述挡板（4）的截面为C字型，每个挡板（4）均与圆环形管道（3）相切。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述圆环形管道（3）的上部和下部均设有水平布置的圆环形的导流板（7），两块导流板（7）与圆环形管道（3）构成的环形槽朝向圆环形管道（3）的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述圆环形管道（3）采用钢管弯曲成型，或者采用虾米弯拼焊成型。
5.根据权利要求4所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述圆环形管道（3）的外壁涂有防腐层，内壁抛光。
6.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述进风口（8）设有十二个，所述出风口（9）设有三个，所述进风口（8）面积的三倍大于出风口（9）的面积；其中三个隔板（5）将整个圆环形管道（3）分成三个通道，每四个进风口（8）对应于一个出风口（9），有效进风口（8）为三个。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片（6）的中线与圆环形管道（3）的轴线位于同一水平面，所述叶片（6）的高度为圆环形管道（3）直径的1/2至2/3倍。
8.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述出风口（9）的高度与叶片（6）的高度相等，且上下端分别齐平；所述出风口（9）的宽度为40°圆心角对应的弧长。
9.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述垂直轴（1）通过轮毂（2）与叶片（6）连接，叶片（6）的径向尺寸与轮毂（2）的半径相等，所述叶片（6）与圆环形管道（3）的间隙为5mm。
10.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机，其特征在于：所述叶片（6）包括截面为V型的迎风面板（61）和被风面板（62），所述迎风面板（61）与被风面板（62）周围通过连接板（63）连接，所述迎风面板（61）和被风面板（62）还设有加强筋（64）。
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