CN201526413U - 阻力型垂直轴风力机复合叶片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种阻力型垂直轴风力机复合叶片，将传统的单片叶片改为主叶片和活动叶片的组合。活动叶片端部在迎风区时阻挡活动叶片相对主叶片的转动，使活动叶片与主叶片闭合；在逆风区时失去阻挡作用，活动叶片与主叶片分开。使风叶迎风区受力面积基本不变，而风叶逆风区受力面积减少，从而减小了叶片转动阻力，增大了转动力矩，提高了风叶转速和风能利用率。连接活动叶片和主叶片的弹簧缓冲了两者间的撞击，延缓了叶片材料断裂失效和疲劳失效过程，提高了叶片使用寿命。

Description

阻力型垂直轴风力机复合叶片
一、技术领域
本发明涉及一种阻力型垂直轴风力机复合叶片。
二、背景技术
风能是一种无污染的清洁能源。风力发电技术成熟、成本较低，具有较大的发展潜力。风力发电机按叶片形状分为水平轴风力机和垂直轴风力机两类。垂直轴风力机可分为利用空气阻力做功和利用翼型的升力做功两类。其中，升力型风力机启动性能差，需借助其他动力设备以达到启动转速才能正常运行，不适宜作为简易型风力机。Savonius型(阻力型)风力机的起动转矩较大，启动性能良好，但运行时转速较低，通常认为其风能利用率低于水平轴风力机。然而小型的Savonius风力机结构简单、安装维护方便，较适合作为小型家用风电机组，但相对较低的风能利用率制约了其使用。于是，优化风力机叶片结构以提高风能利用率成为了研究热点。
三、发明内容
本发明的目的是：提出一种阻力型垂直轴风力机复合叶片，以提高传统Savonius风力机的转速，从而提高其风能利用效率。
本发明的技术解决方案是：一种阻力型垂直轴风力机复合叶片，包括第一主叶片、第二主叶片和风机转轴，所述的第一主叶片和第二主叶片为具有相同截面形状的两段弧形叶片，第一主叶片和第二主叶片的弧形开口方向相反，以风机转轴为对称中心呈S型，所述的叶片为复合叶片，第一主叶片与第二主叶片的上半部分为中空的矩形框，在第一主叶片的端部活动连接有第一活动叶片，同样地，在第二主叶片的端部活动连接第二活动叶片，第一活动叶片和第二活动叶片为弧形叶片，活动叶片弧长为主叶片弧长的3/5～5/8，第一活动叶片和第二活动叶片的自由端分别通过一对第一连接弹簧和第二连接弹簧与第一主叶片和第二主叶片连接。所述的阻力型垂直轴风力机叶片，所述的第一连接弹簧和第二连接弹簧分别设于第一主叶片和第二主叶片的矩形框的靠近风机转轴的一边。所述的阻力型垂直轴风力机叶片，所述的活动叶片通过转轴与主叶片端部活动连接，转轴平行于风机转轴。所述的阻力型垂直轴风力机叶片，所述的活动叶片转轴距主叶片端部1/5～1/8弧长。活动叶片的高度小于主叶片的中空矩形框的高度，活动叶片的上下缘距离主叶片中空矩形框内边缘0.5～1cm。
有益效果：
1.由于本发明采用复合式叶片结构，将传统的单片叶片改为主叶片和活动叶片的组合，使风叶迎风区受力面积基本不变，而风叶逆风区受力面积减少，从而增大了转动力矩，提高了风叶转速。风力机在水平风向的风力作用下转动时，迎风区的活动叶片由于端部的阻挡，使其与主风叶闭合，受力面积与单片叶片基本无异；当叶片逐渐转至逆风区时，活动叶片在风力作用下绕活动风叶转轴转动，末端逐渐与主风叶分离，使风叶总阻力面积减少。
2.连接弹簧的使用可以有效减缓活动风叶末端在与主风叶循环闭合、分离过程中的冲击力，从而延缓了叶片的材料断裂失效和疲劳失效过程，提高了叶片使用寿命。较小的弹簧劲度系数可以使活动叶片在逆风区绕轴旋转角度更大，受力面积减少更多；同时还可以减少在迎风区的活动叶片与主叶片的转动相位差。
3.本发明可应用于双叶或多叶型垂直轴风力机。为了防止活动叶片转动过程中相互碰撞或与其他主叶片碰撞，以双叶型垂直轴风力机为宜。
四、附图说明
图1是本发明阻力型垂直轴风力机复合叶片结构的立体示意图。
图中1为第一主叶片，2为第二主叶片，3为第一活动叶片，4为第二活动叶片，5为第一连接弹簧，6为第二连接弹簧，7为风机转轴，8为主叶片上的中空的矩形框。
图2是本发明结构的俯视图。
图3是本发明结构主视图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
一种阻力型垂直轴风力机叶片，包括第一主叶片1、第二主叶片2和风机转轴7，所述的第一主叶片1和第二主叶片2为具有相同截面形状的两段弧形叶片，第一主叶片1和第二主叶片2的弧形开口方向相反，以风机转轴7为对称中心呈S型，所述的叶片为复合叶片，第一主叶片1与第二主叶片2的叶片的上半部分为中空的矩形框，在第一主叶片1的端部活动连接有第一活动叶片3，同样的，在第二主叶片的端部活动连接第二活动叶片4，第一活动叶片3和第二活动叶片4为弧形叶片，活动叶片弧长为主叶片弧长的3/5～5/8，以保持风力机转动平稳和防止活动叶片转动时的相互碰撞，使风力机保持较好的转动性能。活动叶片端部略超出主叶片中孔内侧一段长度，使其在迎风区时起阻挡活动叶片转动作用，在逆风区时失去阻挡作用；同时便于安装弹簧。
第一活动叶片3和第二活动叶片4的自由端分别通过第一连接弹簧5和第二连接弹簧6与第一主叶片1和第二主叶片2连接。所述的活动叶片通过转轴与主叶片端部活动连接。所述的活动叶片转轴距主叶片端部1/5～1/8弧长，避免活动叶片转动时对主叶片末端薄弱区域的损伤。所述的第一连接弹簧5和第二连接弹簧6分别设于第一主叶片1和第二主叶片2的矩形框的靠近风机转轴7的一边。
活动叶片高度略小于主叶片高度，为了减少两者撞击和摩擦带来的风能损耗，活动叶片的高度小于主叶片上的中空的矩形框8的高度，活动叶片的上下缘距离主叶片中空矩形框8内边缘0.5～1cm，具体尺寸可以参照风力机叶片大小来定。
本发明可以用于双叶或多叶型垂直风力机。
工作状态下，风力机在水平风向的风力作用下转动时，迎风区的活动叶片由于端部的阻挡，使其与主风叶闭合，受力面积与单片叶片基本无异；如果选用较小的弹簧劲度系数可以使活动叶片在逆风区绕轴旋转角度更大，受力面积减少更多；同时还可以减少在迎风区的活动叶片与主叶片的转动相位差。当叶片逐渐转至逆风区时，活动叶片在风力作用下绕活动风叶转轴转动，末端逐渐与主风叶分离，使风叶总阻力面积减少，从而增大了转动力矩，提高了风叶转速。

Claims (5)

1.一种阻力型垂直轴风力机复合叶片，包括第一主叶片(1)、第二主叶片(2)和风机转轴(7)，所述的第一主叶片(1)和第二主叶片(2)为具有相同截面形状的两段弧形或半圆形叶片，第一主叶片(1)和第二主叶片(2)的弧形开口方向相反，以风机转轴(7)为对称中心呈S型，其特征在于，所述的叶片为复合叶片，第一主叶片(1)与第二主叶片(2)的叶片的上半部分为中空的矩形框，在第一主叶片(1)的端部活动连接有第一活动叶片(3)，同样的，在第二主叶片的端部活动连接第二活动叶片(4)，第一活动叶片(3)和第二活动叶片(4)为弧形叶片，活动叶片弧长为主叶片弧长的3/5～5/8，第一活动叶片(3)和第二活动叶片(4)的自由端分别通过一对第一连接弹簧(5)和第二连接弹簧(6)与第一主叶片(1)和第二主叶片(2)连接。
2.如权利要求1所述的阻力型垂直轴风力机复合叶片，其特征在于，所述的活动叶片通过转轴与主叶片端部活动连接。
3.如权利要求2所述的阻力型垂直轴风力机复合叶片，其特征在于，所述的活动叶片转轴距主叶片端部1/5～1/8弧长。
4.如权利要求1所述的阻力型垂直轴风力机复合叶片，其特征在于，所述的第一连接弹簧(5)和第二连接弹簧(6)分别设于第一主叶片(1)和第二主叶片(2)的矩形框的靠近风机转轴(7)的一边。
5.如权利要求1所述的阻力型垂直轴风力机复合叶片，其特征在于，活动叶片的高度小于主叶片的中空矩形框的高度，活动叶片的上下缘距离主叶片中空矩形框内边缘0.5～1cm。
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