CN110242496A - 一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机 - Google Patents

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Abstract

一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，其定子和转子均包括上支架、下支架、叶片及叶片固定杆，叶片固定杆竖直铰接安装在上支架与下支架之间，且转子的上支架与下支架之间固装有转子中心轴；叶片安装在叶片固定杆上，若干叶片在圆周向均布；叶片为长方形，叶片的一条长边固连在叶片固定杆上，叶片的另一条长边为自由边，叶片的自由边两端分别与上支架和下支架通过叶片限位与复位弹簧相连；转子与定子的叶片旋向相反；转子和定子的叶片数量均为4～16个；转子和定子的叶片安装角摆转范围均为±30°；转子和定子的叶片均满足长边:短边＝1:(0.2～0.45)。本发明的摆动叶片式导流型垂直轴风轮机可有效改善低风速下的启动性能，并有效提高风能利用率。

Description

一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机。
背景技术
风能作为一种清洁能源，其占传统能源的比重越来越大，而导流型垂直轴风轮机便是一种使用范围比较广泛的风能发电设备。
目前，传统的导流型垂直轴风轮机主要应用在小型离网的供电设施中，且由外部定子和内部转子组成，而外部定子用于产生导流作用，其在一定程度上可以减少来自迎风侧的阻力。
但是，传统的导流型垂直轴风轮机的外部定子和内部转子的不对称程度仍然较低，则会因迎风侧和背风无功侧的阻力导致风轮机的效率降低，而且内部转子叶片又都采用固定安装角，同时外部定子采用固定式的笼型定子结构，并且导流型风轮机的内部转子的惯性极距较大，导致风轮机的微风启动性能不佳，且普遍存在风能利用率较低的缺点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，外部定子和内部转子的叶片安装角度能够随着气流自适应改变，有效改善低风速下的启动性能，有效提高风能利用率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，包括转子和定子，定子位于转子外侧，所述转子包括转子上支架、转子下支架、转子叶片、转子叶片固定杆、转子中心轴及转子叶片限位与复位弹簧；所述转子上支架水平固装在转子中心轴顶端，所述转子下支架水平固装在转子中心轴下端；所述转子叶片固定杆竖直安装在转子上支架和转子下支架之间，转子叶片固定杆上端与转子上支架相铰接，转子叶片固定杆下端与转子下支架相铰接，转子叶片固定杆可绕铰接点转动；所述转子叶片采用长方形结构，转子叶片的一条长边固连在转子叶片固定杆上，转子叶片的另一条长边为自由边，转子叶片的自由边两端分别与转子上支架和转子下支架通过转子叶片限位与复位弹簧相连；所述转子叶片数量若干，若干转子叶片在圆周方向上均布设置；所述定子包括定子上支架、定子下支架、定子叶片、定子叶片固定杆及定子叶片限位与复位弹簧；所述定子上支架位于转子上支架上方，所述定子下支架位于转子下支架下方，所述定子叶片固定杆竖直安装在定子上支架和定子下支架之间，定子上支架及定子下支架相对于地面静止不动；所述定子叶片固定杆上端与定子上支架相铰接，定子叶片固定杆下端与定子下支架相铰接，定子叶片固定杆可绕铰接点转动；所述定子叶片采用长方形结构，定子叶片的一条长边固连在定子叶片固定杆上，定子叶片的另一条长边为自由边，定子叶片的自由边两端分别与定子上支架和定子下支架通过定子叶片限位与复位弹簧相连；所述定子叶片数量若干，若干定子叶片在圆周方向上均布设置；所述转子叶片与定子叶片的旋向相反。
所述转子叶片和定子叶片的数量均为4～16个。
所述转子叶片和定子叶片的安装角摆转范围均为±30°。
所述转子叶片和定子叶片均满足长边:短边＝1:(0.2～0.45)。
本发明的有益效果：
本发明的摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，外部定子和内部转子的叶片安装角度能够随着气流自适应改变，有效改善低风速下的启动性能，有效提高风能利用率。
附图说明
图1为本发明的一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机的结构示意图；
图2为本发明的摆动叶片式导流型垂直轴风轮机中转子的结构示意图；
图3为本发明的摆动叶片式导流型垂直轴风轮机中定子的结构示意图；
图4为本发明的摆动叶片式导流型垂直轴风轮机的工作状态图；
图中，1—转子上支架，2—转子下支架，3—转子叶片，4—转子叶片固定杆，5—转子中心轴，6—转子叶片限位与复位弹簧，7—定子上支架，8—定子下支架，9—定子叶片，10—定子叶片固定杆，11—定子叶片限位与复位弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3示，一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，包括转子和定子，定子位于转子外侧，所述转子包括转子上支架1、转子下支架2、转子叶片3、转子叶片固定杆4、转子中心轴5及转子叶片限位与复位弹簧6；所述转子上支架1水平固装在转子中心轴5顶端，所述转子下支架2水平固装在转子中心轴5下端；所述转子叶片固定杆4竖直安装在转子上支架1和转子下支架2之间，转子叶片固定杆4上端与转子上支架1相铰接，转子叶片固定杆4下端与转子下支架2相铰接，转子叶片固定杆4可绕铰接点转动；所述转子叶片3采用长方形结构，转子叶片3的一条长边固连在转子叶片固定杆4上，转子叶片3的另一条长边为自由边，转子叶片3的自由边两端分别与转子上支架1和转子下支架2通过转子叶片限位与复位弹簧6相连；所述转子叶片3数量若干，若干转子叶片3在圆周方向上均布设置；所述定子包括定子上支架7、定子下支架8、定子叶片9、定子叶片固定杆10及定子叶片限位与复位弹簧11；所述定子上支架7位于转子上支架1上方，所述定子下支架8位于转子下支架2下方，所述定子叶片固定杆10竖直安装在定子上支架7和定子下支架8之间，定子上支架7及定子下支架8相对于地面静止不动；所述定子叶片固定杆10上端与定子上支架7相铰接，定子叶片固定杆10下端与定子下支架8相铰接，定子叶片固定杆1可绕铰接点转动；所述定子叶片9采用长方形结构，定子叶片9的一条长边固连在定子叶片固定杆10上，定子叶片9的另一条长边为自由边，定子叶片9的自由边两端分别与定子上支架7和定子下支架8通过定子叶片限位与复位弹簧11相连；所述定子叶片9数量若干，若干定子叶片在圆周方向上均布设置；所述转子叶片3与定子叶片9的旋向相反。
所述转子叶片3和定子叶片9的数量均为9个。
所述转子叶片3和定子叶片9的安装角摆转范围均为±30°。
所述转子叶片3和定子叶片9均满足长边:短边＝1:0.25。
当采用了本发明的摆动叶片式导流型垂直轴风轮机后，如图4所示，风作用在定子上，会首先使迎风侧的定子叶片9的自由边摆向圆心侧，此时可将一部分要通过风轮机阻力面的风导向动力面，此时定子叶片9的迎风侧进风口面积大于背风侧出风口面积，进而可以产生喷管效应，使风速得到进一步加强，从而转子的效率也得到进一步增加。
同时，在背风侧的定子叶片9的自由边会摆向圆周侧，此时定子叶片9与转子叶片3之间形成较大的夹角和较小的出风口，气流与定子叶片9的反作用力会再次作用到转子叶片3上，从而进一步加强了转子的正向扭矩，进而提高了转子的效率。
另外，由于转子叶片3和定子叶片9可以随风自适应摆动，提高了转子叶片3与定子叶片9的不对称程度，进而使用于产生动力的转子叶片3的数量得到进一步增加，从而可以有效降低转子的惯性极距，进而可以增加风轮机的微风启动性能。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，其特征在于：包括转子和定子，定子位于转子外侧，所述转子包括转子上支架、转子下支架、转子叶片、转子叶片固定杆、转子中心轴及转子叶片限位与复位弹簧；所述转子上支架水平固装在转子中心轴顶端，所述转子下支架水平固装在转子中心轴下端；所述转子叶片固定杆竖直安装在转子上支架和转子下支架之间，转子叶片固定杆上端与转子上支架相铰接，转子叶片固定杆下端与转子下支架相铰接，转子叶片固定杆可绕铰接点转动；所述转子叶片采用长方形结构，转子叶片的一条长边固连在转子叶片固定杆上，转子叶片的另一条长边为自由边，转子叶片的自由边两端分别与转子上支架和转子下支架通过转子叶片限位与复位弹簧相连；所述转子叶片数量若干，若干转子叶片在圆周方向上均布设置；所述定子包括定子上支架、定子下支架、定子叶片、定子叶片固定杆及定子叶片限位与复位弹簧；所述定子上支架位于转子上支架上方，所述定子下支架位于转子下支架下方，所述定子叶片固定杆竖直安装在定子上支架和定子下支架之间，定子上支架及定子下支架相对于地面静止不动；所述定子叶片固定杆上端与定子上支架相铰接，定子叶片固定杆下端与定子下支架相铰接，定子叶片固定杆可绕铰接点转动；所述定子叶片采用长方形结构，定子叶片的一条长边固连在定子叶片固定杆上，定子叶片的另一条长边为自由边，定子叶片的自由边两端分别与定子上支架和定子下支架通过定子叶片限位与复位弹簧相连；所述定子叶片数量若干，若干定子叶片在圆周方向上均布设置；所述转子叶片与定子叶片的旋向相反。
2.根据权利要求1所述的一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，其特征在于：所述转子叶片和定子叶片的数量均为4～16个。
3.根据权利要求1所述的一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，其特征在于：所述转子叶片和定子叶片的安装角摆转范围均为±30°。
4.根据权利要求1所述的一种摆动叶片式导流型垂直轴风轮机，其特征在于：所述转子叶片和定子叶片均满足长边:短边＝1:(0.2～0.45)。
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