CN201228613Y - 一种垂直轴风力发电机风叶及风轮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机风叶及风轮，为解决现有技术中垂直轴风力发电机风轮不能自行启动等问题而发明。本实用新型的垂直轴风力发电机风叶横截面为翼型，所述横截面前缘点与后缘点之间的连接弦中点分别分布在圆心在一条垂直线上的一系列平行截面圆上，截面圆直径大小随圆心沿垂直线变化呈C型样条曲线变化，所述风叶上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。上述扭转结构的垂直轴风力发电机风叶及采用该风叶制成的风轮，对于各方向的来风风叶在垂直风向的受风面均能产生倾斜扭矩，因此，风轮可以在低风速下自启动旋转。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种垂直轴风力发电机的风叶及风轮，尤其是Φ型垂直轴发风力电机的风叶及风轮。
背景技术
目前对于公知风力发电机风轮只有Φ型垂直轴风力发电机风轮具有和水平轴三桨叶风轮的效率竞争的能力，但是这种风轮具有启动困难，需借助外力启动的缺点，给这种风力发电机的普及带来了困难。
实用新型内容
为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种微风启动的垂直轴风力发电机的风叶及风轮。
为了达到上述目的，本实用新型的垂直轴风力发电机的风叶横截面为翼型，横截面前缘点与后缘点之间的连接弦中点分别分布在圆心在一条垂直线上的一系列平行截面圆上，截面圆直径大小随圆心沿垂直线变化呈C型样条曲线变化，其特征在于，所述风叶上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。特别是，所述风叶沿所述垂直线呈螺旋上升状。
其中，所述风叶上、中、下端横截面弦中点所在的截面圆直径分别具体为1200、2000、1200mm，截面圆直径沿叶片高度自上而下垂直距离每间隔225mm对应直径分别具体为1335、1475.27、1612.39、1738.69、1846.89、1930.54、1983.49、2000、1976.43、1916.90、1827.55、1715.37、1587.62、1452.33、1321.64、1200mm。
进一步地，所述风叶翼型横截面具体坐标为：(1.0000，0.00105)、(0.9500，0.00672)、(0.9000，0.01207)、(0.8000，0.02187)、(0.7000，0.03053)、(0.6000，0.03803)、(0.5000，0.04412)、(0.4000，0.04837)、(0.3000，0.05002)、(0.2500，0.04952)、(0.2000，0.04782)、(0.1500，0.04455)、(0.1000，0.03902)、(0.0750，0.03500)、(0.05000，0.02962)、(0.0250，0.02187)、(0.0125，0.01578)、(0.0000，0.0000)、(0.0125，-0.01578)、(0.0250，-0.02187)、(0.05000，-0.02962)、(0.0750，-0.03500)、(0.1000，-0.03902)、(0.1500，-0.04455)、(0.2000，-0.04782)、(0.2500，-0.04952)、(0.3000，-0.05002)、(0.4000，-0.04837)、(0.5000，-0.04412)、(0.6000，-0.03803)、(0.7000，-0.03053)、(0.8000，-0.02187)、(0.9000，-0.01207)、(0.9500，-0.00672)、(1.0000，-0.00105)。
为了达到上述目的，本实用新型的垂直轴风力发电机的风轮，由风叶和轮轴组成，该风叶横截面为翼型，横截面前缘点与后缘点之间的连接弦中点分别分布在圆心在一条垂直线上的一系列平行截面圆上，截面圆直径大小随圆心沿垂直线变化呈C型样条曲线变化，所述风叶上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。
特别是，所述风轮的风叶沿所述垂直线呈螺旋上升状。
其中，所述风轮的风叶上、中、下端横截面弦中点所在的截面圆直径分别具体为1200、2000、1200mm，截面圆直径沿叶片高度自上而下垂直距离每间隔225mm对应直径分别具体为1335、1475.27、1612.39、1738.69、1846.89、1930.54、1983.49、2000、1976.43、1916.90、1827.55、1715.37、1587.62、1452.33、1321.64、1200mm。
进一步地，所述风轮的风叶翼型横截面具体坐标为：(1.0000，0.00105)、(0.9500，0.00672)、(0.9000，0.01207)、(0.8000，0.02187)、(0.7000，0.03053)、(0.6000，0.03803)、(0.5000，0.04412)、(0.4000，0.04837)、(0.3000，0.05002)、(0.2500，0.04952)、(0.2000，0.04782)、(0.1500，0.04455)、(0.1000，0.03902)、(0.0750，0.03500)、(0.05000，0.02962)、(0.0250，0.02187)、(0.0125，0.01578)、(0.0000，0.0000)、(0.0125，-0.01578)、(0.0250，-0.02187)、(0.05000，-0.02962)、(0.0750，-0.03500)、(0.1000，-0.03902)、(0.1500，-0.04455)、(0.2000，-0.04782)、(0.2500，-0.04952)、(0.3000，-0.05002)、(0.4000，-0.04837)、(0.5000，-0.04412)、(0.6000，-0.03803)、(0.7000，-0.03053)、(0.8000，-0.02187)、(0.9000，-0.01207)、(0.9500，-0.00672)、(1.0000，-0.00105)。
其中，所述风叶沿共同的截面圆圆心点连线构成中心线的轮轴上分布，并且风叶的横截面弦与该弦中点和该点所在截面圆圆心连线的夹角呈95.2度设置。
上述结构的垂直轴风力发电机风叶以及采用上述结构的垂直轴风力发电机风叶制成的风轮，沿垂直轴方向，风叶从下到上构成扭曲式，各方向来风时，风叶在垂直风向受风面均能产生倾斜扭矩，因此，风轮可以在低风速下自启动旋转。
附图说明
图1是本实用新型垂直轴风力发电机风叶实施例的横截面扭转角度示意图。
图2是图1所示实施例的横截面位置示意图。
图3是本实用新型垂直轴风力发电机的风轮实施例的俯视示意图。
图4是图3所示实施例的主视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的垂直轴风力发电机风叶及风轮作进一步详细说明。
本实用新型
如图1所示，本实用新型的垂直轴风力发电机的风叶横截面为翼型，本实用新型所指的翼型是机翼的流线型横截面，此种形状横截面的风叶在空气流动时得到的升力分布为鸟翼状，升力可以为风叶转动提供动力，本实用新型的风叶横截面可以为任意翼型，但如下坐标描述时效果最好，(1.0000，0.00105)、(0.9500，0.00672)、(0.9000，0.01207)、(0.8000，0.02187)、(0.7000，0.03053)、(0.6000，0.03803)、(0.5000，0.04412)、(0.4000，0.04837)、(0.3000，0.05002)、(0.2500，0.04952)、(0.2000，0.04782)、(0.1500，0.04455)、(0.1000，0.03902)、(0.0750，0.03500)、(0.05000，0.02962)、(0.0250，0.02187)、(0.0125，0.01578)、(0.0000，0.0000)、(0.0125，-0.01578)、(0.0250，-0.02187)、(0.05000，-0.02962)、(0.0750，-0.03500)、(0.1000，-0.03902)、(0.1500，-0.04455)、(0.2000，-0.04782)、(0.2500，-0.04952)、(0.3000，-0.05002)、(0.4000，-0.04837)、(0.5000，-0.04412)、(0.6000，-0.03803)、(0.7000，-0.03053)、(0.8000，-0.02187)、(0.9000，-0.01207)、(0.9500，-0.00672)、(1.0000，-0.00105)。
如图1、图2所示，横截面前缘点与后缘点之间的连接弦中点分别分布在圆心在一条垂直线上的一系列平行截面圆上，截面圆直径大小随圆心沿垂直线变化呈C型样条曲线变化，横截面前缘点A，后缘点B，连接弦AB中点在截面圆上，C型样条曲线的设置可以使风叶只受张力，不承受离心力载荷，从而使弯曲应力减至最小，所以叶片较轻，运行速度较高。C型样条曲线如下列所述风叶弯曲形状时受力状态最佳，风叶上、中、下端横截面弦中点所在的截面圆直径分别具体为1200、2000、1200mm，截面圆直径沿轮轴自上而下每间隔225mm对应直径分别具体为：1335、1475.27、1612.39、1738.69、1846.89、1930.54、1983.49、2000、1976.43、1916.90、1827.55、1715.37、1587.62、1452.33、1321.64、1200mm。
如图1所示，风叶上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。风叶从底端向上扭转60度，扭转角具体表现为上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。扭曲60度角结构的设置能有效减小风叶在运行中的阻力矩，使各个方向的来风均能在风叶垂直风向受风面产生更大的倾斜扭矩，更大限度利用风能启动，从而使风轮在低风速下自启动旋转。
风叶螺旋上升状的设置形成垂直轴推进器，通过叶片转动形成的空气流动推动叶片转动。
如图3和图4所示，本实用新型的垂直轴风力发电机风轮由三片(不限于三片，图示为三片)风叶10、20、30和轮轴2构成，轮轴2上设置有6根轮辐3，用于将风叶固定连接在轮轴2上，风叶10、20、30上下两端分别与轮辐3的端部连接，轮轴2的中心线为三片风叶共同的截面圆(风轮旋转面)圆心点连线，此种设置力臂最大，即可获得的动力矩最大；风叶的横截面前缘点与后缘点之间的连接弦与该弦中点和该点所在截面圆圆心连线的夹角呈95.2度设置(如图2所示)，在安装风叶时，须对每片风叶的翼片按同一旋转方向，以风叶自身轴为旋转过一个给定的角度，使每个风叶的横截面弦与风轮旋转平面形成一个安桨角Φ为95.2度，此安桨角可以使风的发电效率最高。
当气流流经风轮时，在风叶10、20和30上分别产生动力。将动力分解成沿气流方向的阻力及垂直气流方向的升力。阻力对风轮面形成正面压力，而升力就对风轮转轴产生转动力矩，从而使风轮转动起来，本实用新型风叶扭曲结构的设置使各方向的来风均能在风叶垂直风向受风面产生倾斜扭矩，更大限度利用风能启动，螺旋状结构的设置形成垂直轴推进器，通过叶片的转动形成空气流动推动叶片转动，风轮可以在低风速下自启动旋转，实际测试表明，在风速达到2.3米/秒时，风轮即可旋转，风速达到12.5米/秒时，风轮达到额定输出转矩，此时风轮转速达到486转/分钟。
本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或结构上做任何变化，凡是利用上述结构的垂直轴风力发电机的风叶及风轮或其变形，均应认为落在本实用新型保护范围之内。
Claims (9)
1、一种垂直轴风力发电机风叶，横截面为翼型，横截面前缘点与后缘点之间的连接弦中点分别分布在圆心在一条垂直线上的一系列平行截面圆上，截面圆直径大小随圆心沿垂直线变化呈C型样条曲线变化，其特征在于，所述风叶上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。
2、如权利要求1所述的垂直轴风力发电机风叶，其特征在于，所述风叶沿所述垂直线呈螺旋上升状。
3、如权利要求2所述的垂直轴风力发电机风叶，其特征在于，所述风叶上、中、下端横截面弦中点所在的截面圆直径分别具体为：1200、2000、1200mm，截面圆直径沿叶片高度自上而下垂直距离每间隔225mm对应直径分别具体为：1335、1475.27、1612.39、1738.69、1846.89、1930.54、1983.49、2000、1976.43、1916.90、1827.55、1715.37、1587.62、1452.33、1321.64、1200mm。
4、如权利要求1或2或3所述的垂直轴风力发电机风叶，其特征在于，所述风叶翼型横截面具体坐标为：(1.0000，0.00105)、(0.9500，0.00672)、(0.9000，0.01207)、(0.8000，0.02187)、(0.7000，0.03053)、(0.6000，0.03803)、(0.5000，0.04412)、(0.4000，0.04837)、(0.3000，0.05002)、(0.2500，0.04952)、(0.2000，0.04782)、(0.1500，0.04455)、(0.1000，0.03902)、(0.0750，0.03500)、(0.05000，0.02962)、(0.0250，0.02187)、(0.0125，0.01578)、(0.0000，0.0000)、(0.0125，-0.01578)、(0.0250，-0.02187)、(0.05000，-0.02962)、(0.0750，-0.03500)、(0.1000，-0.03902)、(0.1500，-0.04455)、(0.2000，-0.04782)、(0.2500，-0.04952)、(0.3000，-0.05002)、(0.4000，-0.04837)、(0.5000，-0.04412)、(0.6000，-0.03803)、(0.7000，-0.03053)、(0.8000，-0.02187)、(0.9000，-0.01207)、(0.9500，-0.00672)、(1.0000，-0.00105)。
5、一种垂直轴风力发电机风轮，由风叶和轮轴组成，其特征在于，该风叶横截面为翼型，横截面前缘点与后缘点之间的连接弦中点分别分布在圆心在一条垂直线上的一系列平行截面圆上，截面圆直径大小随圆心沿垂直线变化呈C型样条曲线变化，所述风叶上端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线与该风叶下端横截面弦中点和该点所在的截面圆圆心连线的夹角为60度。
6、如权利要求5所述的垂直轴风力发电机风轮，其特征在于，所述风叶沿所述垂直线呈螺旋上升状。
7、如权利要求5所述的垂直轴风力发电机风轮，其特征在于，所述风叶上、中、下端横截面弦中点所在的截面圆直径分别具体为1200、2000、1200mm，截面圆直径沿叶片高度自上而下垂直距离每间隔225mm对应直径分别具体为1335、1475.27、1612.39、1738.69、1846.89、1930.54、1983.49、2000、1976.43、1916.90、1827.55、1715.37、1587.62、1452.33、1321.64、1200mm。
8、如权利要求5所述的垂直轴风力发电机风轮，其特征在于，所述风叶翼型横截面具体坐标为：(1.0000，0.00105)、(0.9500，0.00672)、(0.9000，0.01207)、(0.8000，0.02187)、(0.7000，0.03053)、(0.6000，0.03803)、(0.5000，0.04412)、(0.4000，0.04837)、(0.3000，0.05002)、(0.2500，0.04952)、(0.2000，0.04782)、(0.1500，0.04455)、(0.1000，0.03902)、(0.0750，0.03500)、(0.05000，0.02962)、(0.0250，0.02187)、(0.0125，0.01578)、(0.0000，0.0000)、(0.0125，-0.01578)、(0.0250，-0.02187)、(0.05000，-0.02962)、(0.0750，-0.03500)、(0.1000，-0.03902)、(0.1500，-0.04455)、(0.2000，-0.04782)、(0.2500，-0.04952)、(0.3000，-0.05002)、(0.4000，-0.04837)、(0.5000，-0.04412)、(0.6000，-0.03803)、(0.7000，-0.03053)、(0.8000，-0.02187)、(0.9000，-0.01207)、(0.9500，-0.00672)、(1.0000，-0.00105)。
9、如权利要求5、6、7或8所述的垂直轴风力发电机风轮，其特征在于，所述风叶沿共同的截面圆圆心点连线构成中心线的轮轴上分布，风叶的横截面弦与该弦中点和该点所在截面圆圆心连线的夹角呈95.2度设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Pingquan Xiyi green energy Manufacturing Co. Ltd. Assignor: Beijing Urban Green Energy Science & Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2011990000340 Denomination of utility model: Impeller and windwheel of vertical shaft wind power generator Granted publication date: 20090429 License type: Exclusive License Record date: 20110504 |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090429 Termination date: 20120702 |