CN1502807A - 大流士风车 - Google Patents

Abstract

一种大流士风车，包括一个绕竖直转动轴旋转的由多个扇叶组成的转子。每个扇叶都是包形，该包形相对于旋转方向的后部被切开形成一个开口，在竖直转动轴方向上扇叶横截面是固定不变的。

Description

大流士风车

技术领域

本发明涉及一种风力发电用的风车。

背景技术

传统风车包括拖曳式风车，其利用风力推动扇叶(blades)；和悬挂式风车，当风吹到风扇上时，其利用风力抬升扇叶。

由于拖曳式风车不可能转得比风更快，因此，不可避免地，拖曳式风车的转动频率是较慢的。另一方面，悬挂式风车，如推进式风车和大流士风车(Darius Winmills)，虽然产生的转动能量较小，但能高频率旋转。

风车在一定频率下转动时，很多风能就可以被转化为转动能量，决定着转动频率的能量特征随不同类型的风车而变化。

拖曳式风车在低转动频率下也能产生高转动能量，在低速运行过程中能够高效率地转化风能，这类风车包括，浆叶式风车、Savonius风车、多扇叶风车。而另一类具有高旋转频率的悬挂式风车，如，推进式风车和大流士风车，在高速运行过程中能高效地转化风能。

因而我们希望设计这样一种车，利用风产生的拖曳和提升两种作用，在低速运转时，也能高效地吸收并转化风能。

日本专利出版物(未审查)JP2000-199472A介绍了一种利用风的拖曳和提升两种作用的风车。风车的三个位移式扇叶以相位差120°布置，每个风扇的上面和下面的外端都向外周角90°方向做了移动。然而，这些位移式扇叶结构太复杂，面积太宽，以致于其转动频率不能很容易地提高。所以，风车扇叶转动后留下的滑溜(slipstreams)容易形成阻力，这样造成的能量损失是很大的。

日本实用新型出版物(已审查)JP59-36705Y2介绍了一种使用翼形扇叶(wing-shaped blades)的竖直转轴风车(vertical-shaft windmill)。在这种风车中，每一个扇叶内侧安装了一个用于启动的可摇摆的辅助扇叶，每一个扇叶外侧安装了用于制动的辅助扇叶。用于启动的辅助扇叶有一个转动轴，相对于转动方向来说，该转动轴位于扇叶的前侧，该辅助扇叶上配有一个弹簧以使其始终处于打开的状态。另一方面，起制动作用的辅助扇叶也有其自己的转动轴，该转动轴位于扇叶后侧，并且该辅助扇叶也安装一个弹簧使该扇叶始终处于打开状态。

这一竖直转轴风车是对使用直扇叶大流士风车的改进(陀螺仪型风车)。其目的是改进大流士风车的一些缺点，如，由停止状态开始启动比较难，在高速转动时制动需要非常强劲。

然而，这些独立的活动的辅助扇叶被分别安装在该风车每个扇叶的内侧和外侧，每个辅助扇叶都由弹簧来拉动它。所以，这样的扇叶构造过于复杂，而且，在有强风吹动时，辅助扇叶容易被吹断。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有简单结构大流士风车，不易受风向的影响，不论转速高低都能高效地提取转化风能，从静止状态可以快速启动，并可高速旋转。

本项发明的大流士风车包括一个具有绕竖直转轴转动的多个扇叶的转子。每个扇叶是包状形状，相对于转动方向，该包状形状的后部是打开的，形成一个开口，并且沿着竖直转动轴方向扇叶的横截面的形状是不变的。

这一风车是绕竖直轴旋转的，受风向影响较小。如果风从任何一个扇叶的开口方向吹来，那么风就从开口处进入该扇叶，产生的气流会对扇叶的内壁产生推力。由于这一推力比作用于该扇叶前端外壁的力大，该扇叶就会向前移动，开口朝后，而转子就开始转动了。

当转子转动时，产生的尾流(wake)使转子一侧的风速减弱，另一侧的风速被加强，因此转子的转动就被加快了。

一个导向板可以安装成使其沿转动方向从扇叶的开口处凸出。导向板的作用是使沿着扇叶内外侧流过的气流光滑地变窄而不产生扰动，因此引导气流向后流动，从而减少能量损失。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的大流士风车平面图；

图2是图1中所示的大流士风车的侧视图；

图3是图1中所示的大流士风车所使用扇叶的第一种设计的平面图；

图4是图3所示扇叶的纵剖面图；

图5是图1中所示的大流士风车所使用扇叶的第二种设计的平面图；

图6是图1中所示的大流士风车所使用扇叶的第三种设计的平面图。

具体实施方式

如图1和图2所示，根据本发明的一个实施例的大流士风车1是一个竖直扇叶大流士风车(陀螺仪式风车)，它包括基座2，安装在基座2之上的塔座3，和安装在塔座3之上的转子4。基座2通过地脚螺栓牢固地固定在地面或其他基础之上。

转子4由竖直转动轴6、3个支撑杆7、和扇叶8组成。转动轴6通过轴承5安装在塔座3的上端来实现旋转功能。三个支撑杆7从转动轴6向外径向方向伸出，在圆周方向以120°角度相间隔。扇叶8分别安装在支撑杆7的各自末端以垂直延伸。

塔座3中有一个发电机10，该发电机10通过一套加速齿轮9与转动轴6的下端连接。当转子4转动时，发电机10产生的电被储存在蓄电池11中。

自然地，通过转动转子4所产生的电可以被直接输入电网，转子4的转动能量也可以用于抽水蓄能。由于使用转子4的转动能的系统已为大家所熟知，这里就不再讲述这一系统的细节了。

每一个从竖直转动轴6沿径向凸出的支撑杆7，由一个上水平部7a、一个下水平部7b、和一对竖直部7c构成。上水平部7a从转动轴6的上部水平向外凸出，其末端分叉。下水平部7b从转动轴6的下部水平向外凸出，其末端分叉。竖直不7c分别连接上水平部7a和下水平部7b的分叉末端。

另外，加固杆12在下水平部7b与竖直转动轴6之间对角延伸。竖直部7c在以旋转方向为参照的前部和后部上的两个部分穿过每个扇叶8。

每个扇叶8都是一个包状结构，该结构的相对于旋转方向的后部被切开形成一个开口。如图3所示，扇叶8是翼形。扇叶8的水平横截面沿着支撑它的竖直转动轴6的方向是均一不变的(形状与图3所示是一样的)。

朝向竖直转动轴6的每个扇叶8的侧面(内面15)是凸向转动轴6的(即沿径向向内)，而与内面15相反的侧面(外面14)的形状是沿径向向外凸的。在具有由弯曲的外面14和在相反方向的内面15确定的内部空间的翼状扇叶8中，如图3所示，在转动方向上，外面14的长度比内面15的长度长。

此外，在扇叶8内部，多个间隔器13在竖直方向等间距排列，每个间隔器在平板形式上与每个扇叶8有基本相同的形状。每个间隔器13的一端通过开口16从扇叶8向凸出。在间隔器13上开有一个或多个洞17，以减轻其重量。

间隔器13安装在支撑杆7的竖直部7c上。在图3中，数字19和20分别表示两个洞，成对竖直部7c分别从这两个洞中穿过。

一个导向板18卡紧在竖向排列的多个间隔器13的尾部，导向板的表面与每个间隔器13表面垂直。导向板18的长度与扇叶8的竖向长度基本一致。所以，扇叶8内部空间的后部被导向板平分为内侧和外侧。导向板18在转动方向上从间隔器13的后沿进一步向后延伸。

如果风从一个扇叶8的后面吹来，如图3中箭头W所示，空气从开口16进入到扇叶8的内部空间。由于进入到扇叶8内部空间的空气受阻不能从扇叶前端流出，空气的内部流推动扇叶8内壁使扇叶8向前移动。当该扇叶8受到如图3中W箭头方向的风吹动时，风在另外两个扇叶8上产生相反的作用力。然而，在前进方向上，风在另外两个扇叶上产生的反向的作用力远远小于作用在该扇叶8的正向作用力。所以，该扇叶在风的推动下向前移动，转子开始如图1所示沿逆时针方向旋转。

一旦转子4开始在风力作用下转动，在转子左侧和右侧的风速会由于转子4转动而产生的尾流而相应改变。所以，转子可以高速旋转。

当风速较低时，扇叶8的开口16后面的外侧气流和内侧气流相互流动着靠近，将导向板18夹在中间，如图3中虚线箭头A所示。另一方面，当风速变得较快时，扇叶8的开口16后面的外侧气流和内侧气流彼此在导向板18两侧分开，如图3中虚线箭头B所示。

图5是可以替代图3和图4所示扇叶的另一种设计。

扇叶8不再装备导向板18，其外面14的长度延长至间隔器13的后端。所以，开口16形成于扇叶8后部的内侧。

这一设计的扇叶的其他部分与图3所示扇叶其余的部件基本一样。所以，标示各个部位的数字、以及各个部位的详细说明在这里都不再重复。

图6是可以替代图4和图5所示扇叶的另一种设计。

扇叶8的内面15延长至间隔器13的后端，从而，开口16形成于扇叶8后部的外侧。

这一设计的其他部分与图5所示扇叶其余的部件基本一样。

扇叶8的截面形状不仅仅局限于图3、图5和图6所示的形状。只有当扇叶8是翼状，且在尾部有一个开口时，其内面15可以径向向内凹入。

扇叶8的数目可适当增减。可是，如果使用过多的扇叶，转子4的转动频率就不能很容易地提高了。另一方面，如果扇叶数目是2或更少，风的能量就不能被安全地利用。所以，扇叶的数目最好是3或4。

另外，在弯曲扇叶大流士风车情况下，每个扇叶8可以是弯曲的，从而，其上下两端更接近竖直转动轴6。

如上所述，根据本项发明，可以利用风的推力将处于停止状态的转子很快地启动，并以快于风速的旋转速度转动转子。因此，不论转速高低，都能高效率地提取转化风能，从而确保旋转高效输出。

另外，每个扇叶的结构都很简单，具有在长度方向上均匀一致且没有可移动部分的固定横截面。所以，这种扇叶不会轻易折断，容易生产，成本低。

如果导向板沿转动方向从每个扇叶的开口处凸出，扇叶后面的气流在导向板的作用下，会被窄化，而不会紊乱，这样能量的损失就会减少。

Claims (2)

1.一种大流士风车，其包括一个由多个扇叶组成的转子，各个扇叶围绕一个竖直转动轴旋转，其中，

每个所述扇叶都是包形，该包形相对于旋转方向的后部被切开形成一个开口，在竖直转动轴方向上扇叶横截面是固定不变的。

2.如权利要求1所述的大流士风车，其特征在于，该大流士风车还包括一个导向板，沿转动方向从所述扇叶的开口处凸出。

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