CN201521400U - 基于导叶和升力叶片的立轴风车装置 - Google Patents

基于导叶和升力叶片的立轴风车装置 Download PDF

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郑源
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Hohai University HHU
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Abstract

本实用新型公开了一种基于导叶和升力叶片的立轴风车装置，包括风车轴，在所述的风车轴上设置有2片或2片以上的升力型叶片，其特征在于：在所述的风车轴上还设置有2个导叶，该2个导叶分别位于升力叶片270°和90°转角处，所述的导叶包括入风端和导风端，所述的入风端与风向相同，所述的导风端与风向垂直且指向风车轴。采用此结构后，每个升力叶片2在旋转空间的任何角度都具有较高的动力矩，使风车的整体动力矩增大，风车功率输出可提高2％。

Description

基于导叶和升力叶片的立轴风车装置
技术领域
本实用新型涉及风车技术领域，尤其是一种升力型叶片立轴风车装置。
背景技术
与水平轴风车相比，升力型立轴风车转速慢，噪音低；发电机可置于地面，而维护费用低；无需对风，不存在偏航功率损失。但升力型立轴风车的风能转化率，低于水平轴风车，因而发展较慢，应用率较低。
从直叶片升力型立轴风车叶片的空气动力学分析可以看出，升力叶片在360°转角范围内，在270°和90°两个位置的动力矩均为负值，其附近区域的动力矩也都较低，甚至处于刹车状态或无效状态。这也就成为升力型风车风能利用系数较低的一个重要原因。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供的一种基于导叶和升力型直叶片的高性能立轴风车。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种基于导叶和升力叶片的立轴风车装置，包括风车轴，在所述的风车轴上设置有2片或2片以上的升力型叶片，其特征在于：在所述的风车轴上还设置有2个导叶，该2个导叶分别位于升力叶片270°和90°转角处，所述的导叶包括入风端和导风端，所述的入风端与风向相同，所述的导风端与风向垂直且指向风车轴。
所述的两片导叶采用支架相连，固定在风车轴上的轴承，在支架的两端顶部设置两个平板，平板的一端固定在平板立柱，平板与支架相垂直。
所述的升力型叶片密实度σ为0.13～0.5，σ＝2NC/D，其中C为叶片弦长，N为叶片数，D为升力型叶片旋转直径。
所述的升力型叶片采用直叶片结构，叶片通过横梁与风车轴相连。
与现有技术相比，本实用新型立轴风车的有益效果是：
1、在风车轴上同时设置2片导叶和2片或2片以上的升力型叶片，利用两片导叶对风向的导向，可使风能利用率比现有升力型立轴风车高2％。
2、攻角为相对速度矢量与叶片弦线的夹角。在一定范围内攻角越大，风车整体的动力矩越大。两片导叶分别处于两个升力叶片攻角最小的位置，利用改变风向来增大该位置的叶片攻角，从而使得风车的整体动力矩，在转速不发生变化的条件下，较现有升力型立轴风车有所增大。
3、升力型叶片由空气动力学升力驱动旋转。导叶则通过由平板传递的力矩来随风向调整空间位置，使导叶始终都处于升力型叶片旋转空间的90°和270°位置，彻底消除了原升力型立轴风车叶片在任何风向下90°和270°的负力矩现象。
4、导叶可以捕获更多的风，并通过改变风向，使其与升力型叶片运动方向垂直或近似垂直，使叶片在该区域附近的动力矩从最低值上升到最高值。
附图说明
图1是本实用新型具有两片升力叶片的立轴风车示意图。
图2是本实用新型具有三片升力叶片的立轴风车俯视示意图
图3是本实用新型导叶叶片结构示意图。
图4是无导叶作用时90°位置叶片受阻力示意图
图5是本实用新型导叶叶片作用于升力叶片的功角示意图。
其中：1、风车轴；2、升力型叶片；3、导叶；4、平板；5、平板立柱；6、轴承；7、横梁；8、支架；9、叶片翼弦
具体实施方式
1、下面结合附图，对本实用新型作详细说明。如图1所示，本实用新型导叶式升力型风车装置，包括风车轴1，在风车轴1上安装有2片或2片以上的升力型叶片2和2片导叶3。导叶3、平板4、平板立柱5和支架8组成一个可旋转运动机构。由于对称，在风的作用下两导叶具有自平衡性，使得两导叶连线始终与风向垂直。但为了保证来风从导叶前缘进入、后缘流出，在支架8的两端末尾装设两个平板。风向改变后，平板受风向阻力作用，使其展向始终与风向一致。因此，在平板的扰动下，可以破坏有两导叶的后缘同时迎风的平衡状态，并增强两导叶随风向不断调整方向的动力。升力叶片2、支架6与风车轴1组成另一旋转机构，升力叶片2由空气动力学升力提供动力而旋转。两旋转机构由两个轴承7过渡连接，因而两者之间运动不互相干扰。
2、如图2所示，平板4展向与导叶3连线垂直，在平板4的作用下，可确保两导叶3始终处于风车的90°和270°位置。如图3所示经导叶3导向后，风向发生90°的改变。
3、当风车前的风向改变时，升力型叶片2不受风向限制，继续旋转。风对平板4产生阻力，并通过平板立柱8传递力矩，从而驱动两导叶3运动，及时调整导叶3位置，使两导叶3始终分别处于90°和270°位置。
4、如图4所示，当无导叶3时风向与风车切速度方向一条线时，攻角为0°，此时叶片2逆风向运动，升力为0，合力为阻力R，造成刹车状态。如图5所示，安装导叶3后，风经导叶3向导后，作用于90°位置的叶片2。在速度矢量三角形中，风速V和切向速度U组成合速度W，叶片翼弦9与合速度W的夹角，即攻角为α。此时，升力为S，阻力为R，动力矩增加。与90°位置受力相似，在270°位置会产生同样的效果。
本实用新型为基于导叶3和升力型叶片2组成的立轴风车，由升力型叶片2与导叶3组成，其中导叶3在平板4和自平衡性的作用下，不断调整位置，保持在风车旋转空间内90°和270°的相对位置不发生改变。导叶3改变了90°和270°附近叶片2的风向，增大了叶片空气动力学攻角，增加了动力矩，达到了提高风车的风能转化率的效果。

Claims (4)

1.一种基于导叶和升力叶片的立轴风车装置，包括风车轴，在所述的风车轴上设置有2片或2片以上的升力型叶片，其特征在于：在所述的风车轴上还设置有2个导叶，该2个导叶分别位于升力叶片270°和90°转角处，所述的导叶包括入风端和导风端，所述的入风端与风向相同，所述的导风端与风向垂直且指向风车轴。
2.根据权利要求1所述的基于导叶和升力叶片的立轴风车装置，其特征在于：所述的两片导叶采用支架相连，固定在风车轴上的轴承，在支架的两端顶部设置两个平板，平板的一端固定在平板立柱，平板与支架相垂直。
3.根据权利要求1所述的基于导叶和升力叶片的立轴风车装置，其特征在于：所述的升力型叶片密实度σ为0.13～0.5，σ＝2NC/D，其中C为叶片弦长，N为叶片数，D为升力型叶片旋转直径。
4.根据权利要求1所述的基于导叶和升力叶片的立轴风车装置，其特征在于：所述的升力型叶片采用直叶片结构，叶片通过横梁与风车轴相连。
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