CN201358887Y - 升力阻力混合型垂直轴风轮 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种升力阻力混合型垂直轴风轮，包括升力型叶片，阻力型叶片，上下盖板，旋转轴，上下盖板间沿周向等距安装有升力型叶片和阻力型叶片；升力型叶片为机翼叶型，阻力型叶片为圆弧叶型；阻力型叶片的中弧线长度是升力型叶片中弧线长度的一半，且其中弧线形状与对应升力型叶片中弧线的前半段形状相同；升力型叶片与阻力型叶片交替排列。本实用新型的优点是升力阻力混合型垂直轴风轮的尖速比高于相应的纯阻力型垂直轴风轮，从而使其具有较高的风能利用效率；升力阻力混合型垂直轴风轮的自启动性能明显优于相应的纯升力型垂直轴风轮。

Description

升力阻力混合型垂直轴风轮
技术领域
本实用新型涉及一种垂直轴风轮，尤其是一种用于垂直轴风力机上的垂直轴风轮。
背景技术
风力机是风力发电系统的动力源，它将风能转化为机械能，进而推动发电机发电。风力机按结构形式大体上分为水平轴和垂直轴两种。水平轴风力机发展较完善，由于其具有较高的效率而作为当今主流的风力机类型得到了广泛的应用。然而由于水平轴风力机安装难度高、投资成本大且不便移动等缺点，它的使用目前往往主要限于并网发电中，而对于一些小型离网型发电系统中，目前使用最为广泛的仍是垂直轴风力机。
按叶片工作原理，垂直轴风力机又主要有两种类型，分为升力型垂直轴风力机和阻力型垂直轴风力机。升力型垂直轴风力机的叶片常为机翼型，当来流横掠机翼时由于Magnus效应会产生由机翼压力面指向吸力面的一个升力，这个升力即构成为推动升力型垂直轴风轮旋转的主要推动力。典型的阻力型垂直轴风力机的风叶往往采用圆弧型叶片，当气流冲击风叶受到圆弧型叶片的阻挡力，这个力的反作用力即构成为阻力型垂直轴风力机旋转的主要推动力。
由于升力型垂直轴风力机具有良好的气动力学绕流特性，其尖速比及风能利用率均高于对应的阻力型垂直轴风力机。但是升力型垂直轴风力机也具有其致命缺陷：自启动性能差；较高的尖速比导致了其较大的气动噪声等。然而这些致命缺陷正是阻力型垂直轴风力机上所没有的，但制约阻力型垂直轴风力机推广应用的一个主要原因是其较低的风能利用效率。
因此，若能将两种风力机的风轮有机地结合，则可构造出既有升力效应又有阻力作用的混合型风力机，它可以扬升力型垂直轴风力机之长，避阻力型垂直轴风力机之短。但目前尚未见任何与此相关的报道。
发明内容
本实用新型是要提供一种升力阻力混合型垂直轴风轮，其目的在于克服现有技术中，升力型垂直轴风力机自启动性能差与阻力型垂直轴风力机的风能利用率低的缺点，该轴风轮将升力型风力机中的升力型叶片与阻力型风力机中阻力型叶片相结合，从而提高了垂直轴风轮的整体效能。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种升力阻力混合型垂直轴风轮，包括升力型叶片，阻力型叶片，上下盖板，旋转轴，其特点是：上下盖板间沿周向等距安装有升力型叶片和阻力型叶片；升力型叶片为机翼叶型，阻力型叶片为圆弧叶型；阻力型叶片的中弧线长度是升力型叶片中弧线长度的一半，且其中弧线形状与对应升力型叶片中弧线的前半段形状相同；升力型叶片与阻力型叶片交替排列。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
1.本实用新型中，升力型叶片所具有的升力效应，使其比纯阻力型垂直轴风轮具有更高的尖速比，从而有效提高了其风能利用效率。
2.本实用新型中，阻力型叶片所具有的阻力效应，使其自启动性能较纯升力型垂直轴风轮有显著提高。
附图说明
图1是本实用新型的主视图；
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型加以详细说明。但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
如图1，2所示，本实用新型的升力阻力混合型风轮，包括升力型叶片1，阻力型叶片3。
上下盖板7上等间距的安装有升力型叶片1和阻力型叶片3；阻力型叶片3中弧线4长度是升力型叶片1中弧线2长度的一半，并且阻力型叶片3中弧线4的形状与升力型叶片1中弧线2的前半段形状完全相同；升力型叶片1与阻力型叶片3交替排列。上下盖板7和旋转轴5构成传动装置的基本结构。
来流流过升力型叶片1时，由于Magnus效应，在具有机翼形状的升力型叶片1上产生气动升力，该升力由升力型叶片1的凹面指向凸面，从而推动风轮沿旋转方向6旋转。这种升力的推动能使风轮的尖速比得到显著提高。
与此同时，来流冲击在阻力型叶片3时，叶片对气流产生阻力，该阻力的反作用力的方向正好是自阻力型叶片3圆弧的凹面指向圆弧的凸面，也能为风轮起到沿旋转方向6的有效推动作用。
当风轮启动时，由于转速较低，升力型叶片1上的升力尚不足以推动风轮旋转，但阻力型叶片3上的气流阻力对叶片的反作用力却以足够大，从而能推动风叶开始旋转，这样使本风轮的自启动性得到显著提高。

Claims (3)

1.一种升力阻力混合型垂直轴风轮，包括升力型叶片(1)，阻力型叶片(3)，上下盖板(7)，其特征在于：所述上下盖板(7)之间沿周向等间距地安装有升力型叶片(1)和阻力型叶片(3)；升力型叶片(1)为机翼叶型，阻力型叶片(3)为圆弧叶型。
2.根据权利要求1所述的升力阻力混合型垂直轴风轮，其特征在于：所述阻力型叶片(3)的中弧线(4)长度是升力型叶片(1)中弧线(2)长度的一半，且其中弧线(4)形状与对应升力型叶片(1)中弧线(2)的前半段形状相同。
3.根据权利要求1所述的升力阻力混合型垂直轴风轮，其特征在于：所述升力型叶片(1)与阻力型叶片(3)交替排列。
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