CN201763522U

CN201763522U - 垂直轴风力发动机

Info

Publication number: CN201763522U
Application number: CN2010205153693U
Authority: CN
Inventors: 于传龙
Original assignee: ZHANGJIAGANG NAITE MOTOR MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: ZHANGJIAGANG NAITE MOTOR MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-09-03

Abstract

本实用新型涉及一种垂直轴风力发动机，它包括可转动地安装于一支撑部件的转动部件、多个叶片组，转动部件具有一转动轴线以及自其转动轴线向外呈放射状延伸的多个支架，各叶片组安装在相应的支架上，且多个叶片组位于各支架的同一侧。每个叶片组包括至少一个叶片，各叶片具有正面、背面以及一对相对的侧端，一对相对的侧端中的一侧端与支架相转动连接、另一侧端为自由端。各支架上具有多个横杆，横杆处于叶片的背面一侧并在叶片正面受到冲力时对叶片背面提供阻挡力。叶片正面受到气流冲击时，由于横杆在背面阻挡，故叶片在两侧受压的情况下展开，使叶片几乎完全接受风力，当叶片背面受到气流冲击时，由于没有任何阻挡，叶片会在风力作用下被抬起。

Description

垂直轴风力发动机

技术领域

本实用新型涉及一风力发动机，特别涉及一种垂直轴风力发动机。

背景技术

风力发动机(简称为风力机)依据其风轮结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类，即水平轴风力机和垂直轴风力机。

水平轴风力机主要由塔架、转动部件、机头以及风轮等组成，风轮由多个叶片组成，风轮安装在机头上，机头通过转动部件与塔架相转动连接，组成风轮的叶片一般为窄而长的涡轮形叶片，当自然风吹向形叶时，叶片得到一个与气流方向垂直的动力，此动力推动风轮旋转，称为有效动力，叶片同时也受到一部分与气流方向平行的力，这种力为阻力，由塔架承受，这种力称为有害动力。阻力是风轮的正面压力，为了降低阻力的破坏度，设计者通常需要将叶片做的尽量窄，以免在遭遇狂风时塔柱和叶片被吹坏，但这样会影响风力机的效率。水平轴风力机的风轮通常要造得尽量高大、坚固，以得到更强的有效动力，同时弥补效率和抗风性的不足，但这使得风力机的造价过高。

垂直轴风力机目前也逐渐被广泛利用，主要由塔架、转动部件及风轮等组成，其风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，按照风向和风轮旋转轴来区分叶片，位于旋转轴左侧的叶片顺着自然风运转，即利用空气流过叶片产生的阻力驱动而转动，位于旋转轴右侧的叶片则会逆着自然风运转，叶片固定在一连接于转动部件的支架上，叶片可以设计为曲面形，左侧叶片的凹面部分接收的风力阻值大于右侧叶片的凸面部分接收的风力阻值，理论上，有效动力＝左侧叶片阻力-右侧叶片阻力，有害动力＝左侧叶片阻力+右侧叶片阻力-有效动力，由这些公式可以看出，垂直轴风力机对风力的利用效率较低，而抗风能力也较差。

实用新型内容

为克服上述缺点，本实用新型目的是提供一种垂直轴风力发动机，其可以在低成本的前提下提高效率和抗风性能。

本实用新型的技术方案是：一种垂直轴风力发动机，它包括可转动地安装于一支撑部件的转动部件、多个叶片组，转动部件具有一转动轴线以及自其转动轴线向外呈放射状延伸的多个支架，各叶片组安装在相应的支架上，且多个叶片组位于各支架的同一侧。每个叶片组包括至少一个叶片，各叶片具有正面、背面以及一对相对的侧端，一对相对的侧端中的一侧端与支架相转动连接、另一侧端为自由端。各支架上具有多个横杆，这些横杆处于叶片的背面一侧并在叶片正面受到冲力时对叶片自由端的背面提供阻挡力。以任一角度为观测方向，按转动部件的转动轴线将叶片组分为左侧叶片组和右侧叶片组，当自然风吹向左侧叶片组的叶片正面时，受叶片背面的横杆阻挡，叶片全部关闭，即叶片的正面完全受风压，而右侧叶片组的叶片则被风吹起，此时右侧叶片组上收到的阻力几乎为零，这可使转动部件产生较大的扭矩，达到接近完全接收风力的目的，有效动力得到提高，有害动力则大大降低。

进一步地，叶片的上侧端连接于支架，叶片的下侧端为自由端。在静止状态下，叶片的下侧端便可在重力作用下自然下垂。

进一步地，各叶片分别具有一叶片转轴线，叶片相对支架可绕自身的叶片转轴线转动，叶片转轴线可以垂直于转动部件的转动轴线。当自然风吹到叶片的背面时，叶片绕叶片转轴线转动可达到气流方向位置，以减少无效动力和有害动力的产生。

更进一步地，每个叶片组包括多个叶片，每个叶片组的多个叶片的叶片转轴线相互平行。这样的话，同一叶片组上的叶片在背面受风时可被同步抬起。

优选地，叶片最好为薄片形状。当叶片的正面受风时，薄片式的叶片可因风压而迅速关闭，当叶片的背面受风时则可迅速被抬起。

优选地，叶片的纵截面可以呈弧形。当然，平板形的叶片也可以应用于此，而弧板形的叶片侧面受到的风力更强。

更具体地，叶片可以正面为凹面，背面为凸面。

更具体地，叶片的纵截面可以为一段劣弧。

更具体地，叶片的纵截面弧所对应的弦长比该叶片的上侧端与横杆之间的垂直距离长。这样，在叶片的正面受风时，横杆可以起到很好的阻挡作用，以避免叶片不能完全封闭。

优选地，叶片可以为柔性的，叶片呈刚性也可以，而柔性的叶片通常可以提供更优越的性能，比如在受强风时叶片可以发生一定的形变以避免被破坏。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：由于被气流抬起的叶片受到的风压几乎为零，故闭合叶片所受的风力可被近乎完全地转化为有效动能，该风力机对风力的有效利用率得到提高。而由于负载的减轻，在遭遇破坏性狂风时，关闭的叶片会因风压而快速旋转，因而可以躲避超重压风的冲击，而被抬起的叶片受到的风压几乎为零，从而可以双面避免遭遇狂风破坏。在风速过低时，可以使叶片组和转动部件的转动速度降低，叶片便可接收微弱的风力。

附图说明

附图1为根据本实用新型实施的一种风力机的应用图；

附图2为图1所示风力机的风轮部分的俯视图；

附图3为图2所示结构转过一个角度后的俯视图；

附图4为一组叶片在支架上受风压而关闭的侧视示意图；

附图5为一组叶片在支架上受风压而打开的侧视示意图。

其中：10、风力机；11、转动部件；111、叶片支撑框体；112、叶片架转轴；113、叶片架；12、塔架；13、叶片组；130、叶片。

具体实施方式

参见图1所示的实施例，与现有的垂直轴风力机相似，图中所示的结构主要由塔架12、转动部件11、叶片组13构成，而本实用新型的叶片组13的构成和安装方式与现有技术存在很大的区别。转动部件11通过叶片架转轴112回转支承于塔架12，将塔架12安装在地面上的话，叶片架转轴112的轴心线即相对地面垂直。本文中所谓的垂直轴是针对流体的流动方向来说的，如果将风力机按照图1所示的那样实施安装的话，叶片架转轴112的轴心线即垂直于地面或气流方向。

见图1-3所示的实施例，转动部件11具有多个自叶片架转轴112的轴心线呈放射状地向外延伸的叶片架113，叶片组13即连接于叶片架113上，并且，所有的叶片组13分别处于对应叶片架113的同一侧，如：按顺时针方向看的话，每组叶片组13都处于叶片架113的后侧，就像图2-3所示的那样。

每个叶片组13应包括至少一个叶片，而在图1所示的实施例中，每个叶片组13有多个叶片130，这些叶片130按纵向排列，但也可按照其他方式排列。叶片130转动连接于叶片架113，每个叶片130可以分别具有独立的叶片转轴线，较为理想的方式是：每个叶片130的叶片转轴线都垂直于叶片架转轴112的轴心线，就像各图所反映的实施例一样；更为理想的方式是：每个叶片组13中的所有叶片130的叶片转轴线相互平行。

各叶片130的一侧端与叶片架113相转动连接，而与此“一侧端”相对的侧端即为自由端，可随着流过的气流而移动。在图1、4及5所示的优选实施例中，叶片130的上侧端与叶片架113相连接，叶片130的下侧端为自由端，在正常无风状况下，叶片130的下侧端会在重力作用下自动垂下。

将叶片130的与叶片架113相靠近的面定义为背面，另一侧面定义为正面，参见图1所示，叶片架转轴112左侧的叶片130显示正面，与该正面相反的侧面即为反面。叶片架113上设有叶片支撑框体111，叶片支撑框体111可以与叶片架113一体构造，即：叶片架113可以为框架式结构。叶片支撑框体111处于叶片130的背面一侧，当叶片130的正面受到流体冲击时，叶片支撑框体111即对叶片130的背面提供阻挡力。以气流为例，见图2-5所示，各图中的一排箭头W即代表自然风，当风叶片130的正面吹时，叶片130的背面会迅速倚靠在叶片支撑框体111上，这会使叶片130的正面接受风力全压，与此相反，当叶片130的背面受压时，叶片130就会被气流抬起而打开，理论上与气流方向相平行的部分即感受零压。图1所示即为一种理想位置，自然风朝向纸面，叶片架转轴112左侧的叶片130正面受风压，左侧的叶片组13上产生风力全压，而叶片架转轴112右侧的叶片则被风抬起，右侧的叶片组上产生的风压几乎为零，这使得转动部件11上产生更大的扭矩，可达到近乎完全接收风力的目的，使有效动力增加；而由于叶片架转轴112右侧的叶片被抬起，使得整体负载减轻，故左侧的叶片130因风压而关闭在叶片支撑框体111上后会快速旋转，可以避开超重压风的破坏性袭击，而右侧的叶片接收的风压几乎为零，故也可避开风的袭击，因此，即使遭遇狂风，由于左、右侧叶片都可躲避袭击，也能保持良好的抗风性。

上述的叶片支撑框体111由于起支撑作用的主要为其横杆部分，故也可以为杆式构造，不一定要为框式封闭结构。

叶片130可以如图4-5所示的那样为薄片状，叶片130的下侧端可以随重力自然下垂，而在正面受风压时，叶片130可以迅速在叶片支撑框体111上如图4的那样关闭，在背面被气流冲击时，叶片130可以迅速被抬起而感受近乎零压，如图5所示的那样。叶片最好为弧形构造，即叶片130的纵截面呈弧形，且以劣弧为优选方式，在图示的实施例中，叶片130的正面为凹面，背面为凸面，叶片130的纵截面弧所对应的弦长应比叶片的上侧端至在叶片130的背面支撑叶片130的下侧端的叶片支撑框体111部分的垂直距离长，对应于图示的实施例，也即弧的弦长的比叶片支撑框体111的宽度长，这样的话，理论上叶片支撑框体111可以在叶片130正面受风压时对叶片130的正面提供良好的支撑，以使叶片130关闭。

叶片130可以由刚性材料制成，也可以由柔性材料制成，以柔性叶片为佳。

以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种垂直轴风力发动机，它包括

可转动地安装于一支撑部件的转动部件，该转动部件具有一转动轴线，且该转动部件具有多个自其转动轴线向外呈放射状延伸的支架；

多个叶片组，各叶片组连接于所述支架；

其特征在于：多个叶片组位于各支架的同一侧，每个叶片组包括至少一个叶片，各叶片具有正面、背面以及一对相对的侧端，一对相对的侧端中的一侧端与支架相转动连接、另一侧端为自由端，各支架上具有多个横杆，这些横杆处于叶片的背面一侧并在叶片正面受到冲力时对叶片自由端的背面提供阻挡力。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发动机，其中，叶片的上侧端连接于支架，叶片的下侧端为自由端。

3.根据权利要求1所述的风力发动机，其中，各叶片分别具有一叶片转轴线，叶片相对支架可绕自身的叶片转轴线转动，所述叶片转轴线垂直于转动部件的转动轴线。

4.根据权利要求3所述的风力发动机，其中，每个叶片组包括多个叶片，每个叶片组的多个叶片的叶片转轴线相互平行。

5.根据权利要求1所述的风力发动机，其中，叶片为薄片形状。

6.根据权利要求1-5之一所述的风力发动机，其中，叶片的纵截面呈弧形。

7.根据权利要求6所述的风力发动机，其中，叶片的正面为凹面，各叶片的背面为凸面。

8.根据权利要求6所述的风力发动机，其中，叶片的纵截面为一段劣弧。

9.根据权利要求6所述的风力发动机，其中，叶片的纵截面弧所对应的弦长比该叶片的上侧端与横杆之间的垂直距离长。

10.根据权利要求1-5之一所述的风力发动机，其中，叶片为柔性的。