CN201539362U - 一种导流式立轴风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于风力发电的导流式立轴风机，该导流式立轴风机包括通过轴承竖立安装在机架(10)上的主轴(2)、安装在主轴(2)上的叶轮(5)。由罩壁(4)、顶板(8)、底板(9)、调向舵片(3)构成的导流罩(12)通过上下两套轴承及定位轴套同心套装在主轴(2)上，导流罩(12)与叶轮(5)外侧保持一定间隙。因立式叶轮的外侧增设了可自由转动的导流罩，该导流罩的罩体将立式叶轮的外柱面的一半面积遮挡起来，因而只有叶轮的另一半面积可以接受来凤，产生转动力矩。另半侧叶片被导流罩遮挡，不承受风的作用力。叶轮仅能受到一个方向力矩，提高了风和空气动力特性。

Description

一种导流式立轴风机

技术领域

本实用新型涉及一种导流式立轴风机，特别涉及一种用于风力发电的导流式立轴风机。

背景技术

风能是清洁能源，零碳零硫。又是可再生能源，无穷无尽。发展低碳经济，降低化石燃料消耗，风能身负大任。风机(又称风力机)是用来捕获风能的工具，它把不同方向的来风转化为固定方向的机械扭距，进而带动各种特定功能的机械式发电机，达到为人类所利用之目的。

按照叶轮轴延伸方向的不同，风机可划分为两种类型：水平轴风机和立轴(垂直轴)风机。现有技术中，用的最多的是水平轴风机。特别是用作发电的风机，近百分之百采用的是水平轴风机。主要原因是其叶轮结构决定了它可以比立轴风机具有更优越的空气动力性能，或者说可以获得更多的动力输出。

但是水平轴风机缺点也显而易见，主要表现在需要调向方面。方向多变是风的突出特点，水平轴风机为了获取最大的动力来源，就必须时刻不断地使叶轮平面正对来风方向。这对于小型风机来说并非难事，一只尾舵便可解决。但对于工业级的大、中型风机，就不是尾舵所能解决的。它需要拖动的重量过大，包括叶轮以及与其同轴相连的变速箱、离合器、制动器、发电机等部件，总重量达数十吨～数百吨。必须设置独立机构，进行缓缓调节。由此带来了两个不利后果。第一增大了能耗，也等于减少了风机的能量输出。第二会造成对电网的冲击(对并网风机发电而言)。风场上风向变化是很快的，任何一点从顺风到逆风可能只需要几秒钟。而大型风机转头180°调向，需要几分钟。因此，随时有可能有任何一台或多台风机处于偏风，甚至逆风状态，发电机就变成了电动机，从向电网供电转为从电网(或者其他发电机)吸取电能。风电供电常常不稳定，或劣质电源之名。这与水平轴风机调整不及时有直接关系。

若想提高风电的供电稳定度，最有效的途径就是让机头调向能跟得上风向的变化速度。这对于大、中型水平轴风机而言是很难解决的。但这一要求对于立轴风机来说却是轻而易举的。因为立轴风机的叶片形状设计保证了无论风向来自何方，叶轮的旋转方向都是不变的。

但是在立轴风机中，安装在立轴上的叶轮的叶片在周向上均匀分布，无论任何方向风力作用在叶轮上时，叶轮上的叶片承受风力后分别产生两个方向相反的旋转力矩，上述两个方向相反的旋转力矩作用在叶轮上，并部分抵消，因而，立轴风机的空气动力性能不如水平轴风机。

如能将立轴风机的空气动力性能提高到与水平轴风机相同的水平，甚至更高一些，那么将会对获取风能成本的降低和能流稳定性提高有很强的促进作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高空气动力性能的导流式立轴式风机。

本实用新型的导流式立轴风机包括通过轴承竖立安装在机架上的主轴、安装在主轴上的叶轮。由罩壁、顶板、底板、调向舵片构成的导流罩，通过上下两套轴承及定位轴套同心套装在主轴上，所述导流罩与叶轮外侧保持一定间隙，并能与主轴一起旋转。

上述导流式立轴风机中，设置在叶轮外侧的导流罩的横截面形状为180°圆弧(半圆)。

上述导流式立轴风机中，调向舵片固定在上述罩壁的一端并向半径方向延伸。

本实用新型的导流式立轴风机因立式叶轮的外侧增设了可自由转动的导流罩，该导流罩的罩体将立式叶轮的外柱面的一半面积遮挡起来，这样就只有叶轮的另一半面积可以接受来凤，产生转动力矩。另半侧叶片被导流罩遮挡，不承受风的作用力。由于导流罩的存在，叶轮仅能受到一个方向力矩，从而提高了风和空气动力特性。

本实用新型能够获得下述有益效果。

1.采用立式叶轮比悬臂梁式水平叶轮结构强度更高，并减轻重量，抗震颤，抗强风能力有明显提高，成本也较低。

2.为重型发电设备进行地面安装提供了一条出路，同时降低了整机成本、基础成本和安装成本。

3.设备更便于维修，可不停机维修和检修，减少了停机时间，降低了维修费用。

4.风场利用率更高，单位面积可竖起更高风机。

5.阻力型风机比升力型风机起动力矩大，适应风速范围更广，增加了运行时数。

6.无调向时差，减少了电网冲击，提高供电稳定度。

附图说明

图1是显示本实用新型导流式立轴风机结构的视图。

图2是沿图1中A-A线的横截面视图。

附图标记

1定位轴套  2主轴  3调向舵片  4罩壁  5叶轮  6叶片  7轴承  8顶板  9底板  10机架  11动力输出端  12导流罩B  来凤方向  C叶轮旋转方向

具体实施方式

下文将结合附图详细介绍本实用新型导流式立轴风机的结构。

主轴2通过轴承竖立安装在机架10上。叶轮5固定在主轴2上，可以带动主轴同步转动。罩壁4、顶板8、底板9、舵片3连接成一个套体部件，构成导流罩12，通过上下两套轴承及定位轴套同心套装在主轴2上，并可以绕主轴自由转动。横截面形状为180°圆弧型(半圆)的导流罩12包覆在叶轮外侧，并留有转动间隙，其调向舵片沿半径方向向外延伸，保证来风作用到叶轮时，叶轮能保持最大转动力矩。

本装置的工作原理如下：

因立式叶轮的外侧增设了可以自由转动的导流罩12，其罩体将立式叶轮的外柱面的一半面积遮挡起来，这样就只有叶轮的另一半面积可以接受来凤。

在任何方向例如B向有风吹动时，在调向舵片3的作用下，导流罩12将停留在迎风面积最小的角度上，也就是调向舵片3的指向和风向B相同。叶轮5的右半侧叶片处于最佳受风状态，叶轮5产生了顺时针的转动力矩。对于叶轮的左半侧叶片而言，由于被导流罩12遮挡，叶片6受不到风的作用力。来凤只能绕过导流罩12的外缘吹向后方，这就避免了来凤在左半侧叶片产生的逆时针旋转力矩，导流罩12承受的风力会通过轴承传递到主轴2，最终被机架10吸收。由此，由于导流罩12的存在，就把原来叶轮能够受到的一正一反两个力矩，变成了只受到一个方向力矩，从而达到了提高风和空气动力特性的目的。

Claims (3)

1.一种导流式立轴风机，其包括通过轴承竖立安装在机架(10)上的主轴(2)、安装在主轴(2)上的叶轮(5)，其特征在于：由罩壁(4)、顶板(8)、底板(9)、调向舵片(3)构成的导流罩(12)，通过上下两套轴承及定位轴套同心套装在主轴(2)上，导流罩(12)与叶轮(5)外侧保持一定间隙。

2.如权利要求1所述导流式立轴风机，其特征在于：设置在叶轮(5)外侧的导流罩(12)的横截面形状为180°圆弧。

3.如权利要求1或2所述导流式立轴风机，其特征在于：调向舵片(3)固定在罩壁(4)的一端并向半径方向延伸。

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