CN201953573U - 升力型垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种升力型垂直轴风力发电机，包括发电机，一个旋转的垂直轴和至少三个对称的弧形叶片，所述发电机安装固定在所述垂直轴上，其中，每个弧形叶片具有一上端和一下端，所述叶片上端通过一上支撑板连接到所述旋转的发电机上，所述叶片下端也通过一下支撑板连接到所述旋转的发电机上；所述弧形叶片的两端的侧面具有均匀扭转的形状。本实用新型通过巧妙的将弧形叶片扭转一定角度，解决了以前的垂直轴升力型风力发电机不能变攻角的问题，还能实现逐级加速作用。

Description

升力型垂直轴风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机，尤其是具有特殊风叶的升力型垂直轴风力发电机。

技术背景

风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年来在我国有着广泛的运用，如帆船，风车磨房、抽水等。近年来，由于传统的便捷性不可再生性资源的枯竭，及它们燃烧后对坏境造成的各种污染，引起了人类反思，而风能作为自然界恩赐的清洁能源，又是取之不尽，得到的人们的重视，人们不断的对风能进行探索和发展，最终运用于现实生活之中，风力发电机由此而诞生。风力发电机可分为两大类：水平轴和垂直轴；达里厄(Darrieus)风力发电机是最早的升力型垂直轴风力发电机，简称D叶轮。它是由法国位名叫G.J.M.Darrieus工程师发明的，在1931年获得专利，但一直未得到重视，直到本世纪六十年代末才开始引起注意。经加拿大国家空气动力实验室和美国sandia实验室进行大量研究，达里厄风力发电机才具有了实用价值。与所有垂直轴风力发电机相比，它的风能利用系数最高。目前，所以的升力型垂直轴风力发电机都从达里厄型风力发电机的基础上发展、演化而来的。

根据升力性垂直轴发电机的形状可分为弯叶片和直叶片两种，比如φ形，H形和△形等。叶片都具有翼型剖面(多为对称翼型)，弯叶片(φ形)主要是使叶片只承受纯张力，受离心力载荷影响小，但其几何形状固定不变，不便采用变桨距方法控制转速，弯叶片制作成本比直叶片高。直叶片一般都采用横担式拉索支撑，以防止离心力引起大的弯曲应力过大而对叶片造成破坏，这些支撑将产生一定的气动阻力，而本实用新型的目的是结合两者的优点，支撑板采用升力性截面构造，使风机旋转时产生升力，来减轻电机和风叶的自重，而且结构简单，安装方便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种既能降低阻力和压力摩擦，又能够在各种风速条件下正常运行的升力型垂直轴风力发电机。

为了达到上述目的，本实用新型采用了下述方案：，所述的弧形叶片扭转的角度为，扭转后的通过所述弧形叶片截面的压力中心的叶片截面弦线，与扭转前的通过所述弧形叶片截面的压力中心的叶片截面弦线之间的夹角为11度。

由于本实用新型的风叶为3片呈弧形弯曲的弧形叶片，旋转时，风叶由于升力的关系会产生向外的一个力，这个力会使整个风轮的离心力增加，启动后只要有达到8m/s的风速就能使之产生加速度，因此本实用新型能应用于各种风速区域。

同时，如图3所示，多条箭头表示气流流向，Fl表示升力箭头朝上，Fd为气流所施加在风叶上的力，a为攻角：翼片截面在空气中由于下面为凹面空气流过时产出了较大的阻力，而上面的凸面的阻力显然比较小，所以由此形成一个压力差，使整个截面向前和向上运动。如图8所示，本实用新型的攻角与升力关系曲线图，X轴为攻角a的度数，Y轴分别为升力系数Cl和阻力系数Cd，图表所表示的是当攻角从0°-11°。升力系数Cl为递增区间；而11°以后则为递减区间，而此时阻力系数Cd开始快速上升。因此，本实用新型将弧形叶片扭转11°安装后，叶片截面弦线始终与支撑板间的攻角保持11°。

所述上支撑板和下支撑板都具有升力型叶片的截面。因此，这些支撑板高速旋转时能够产生升力来减轻发电机的自重。

所述上支撑板和下支撑板通过连接元件安装固定在所述发电机上，所述上支撑板和下支撑板的延长线通过所述发电机上的安装孔相交后，两者张角为33度。这样扭转的风叶可以在转动时逐级加速。

所述支撑板与所述发电机之间通过风叶压板和连接元件相连。该连接元件可以为螺栓或螺钉。

所述发电机的顶部设有防尘罩，以保护发电机。

本实用新型的有益效果是，第一，常规的垂直轴升力型风力发电机，由于攻角的因素影响不能很好的利用风力资源；本实用新型通过巧妙的将弧形叶片扭转一定角度，解决了以前的垂直轴升力型风力发电机不能变攻角的问题，还能实现逐级加速作用。

第二，旧有的垂直轴升力型风力发电机的结构的缺陷还包括，升力产生的离心力没能最大化，最大化的利用了升力产生的离心力，能使加速效果更为明显，而本实用新型设计了具有升力型截面的上、下支撑板，从而达到减轻发电机自身的重量的效果。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的弧形叶片结构示意图；

图3为本实用新型的工作原理示意图；

图4为本实用新型的上支撑板结构示意图；

图5为本实用新型的下支撑板结构示意图；

图6为本实用新型的翼型的升力系数Cl、阻力系数Cd随攻角a变化曲线图。

图中，1、发电机底座；2、弧形叶片；3、下支撑板；4、上支撑板；5、发电机；6、防尘罩；7、叶片压板；8、螺栓；9、螺栓；10、螺钉。

具体实施例

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型。如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种升力型垂直轴风力发电机，包括发电机(5)，一个旋转的垂直轴和至少三个对称的弧形叶片(2)，所述发电机(5)通过发电机底座(1)安装固定在所述垂直轴上，其中，每个弧形叶片(2)具有一上端和一下端，所述叶片上端通过一上支撑板(4)连接到所述旋转的发电机上，所述叶片下端通过一下支撑板(3)连接到所述旋转的发电机上；所述弧形叶片的两端的侧面具有均匀扭转的形状。所述的弧形叶片扭转的角度为，扭转后的通过所述弧形叶片截面的压力中心的叶片截面弦线，与扭转前的通过所述弧形叶片截面的压力中心的叶片截面弦线之间的夹角为11°。

由于本实用新型的风叶为3片呈弧形弯曲的弧形叶片，旋转时，风叶由于升力的关系会产生向外的一个力，这个力会使整个风轮的离心力增加，启动后只要有达到8m/s的风速就能使之产生加速度，因此本实用新型能应用于各种风速区域。

同时，如图3所示，多条箭头表示气流流向，Fl表示升力箭头朝上，Fd为气流所施加在风叶上的力，a为攻角：翼片截面在空气中由于下面为凹面空气流过时产出了较大的阻力，而上面的凸面的阻力显然比较小，所以由此形成一个压力差，使整个截面向前和向上运动。如图8所示，本实用新型的攻角与升力关系曲线图，X轴为攻角a的度数，Y轴分别为升力系数Cl和阻力系数Cd，图表所表示的是当攻角从0°-11°。升力系数Cl为递增区间；而11°以后则为递减区间，而此时阻力系数Cd开始快速上升。因此，本实用新型将弧形叶片扭转11°安装后，叶片截面弦线始终与支撑板间的攻角保持11°。

所述上支撑板(4)和下支撑板(3)都具有升力型叶片的截面。因此，这些支撑板高速旋转时能够产生升力来减轻发电机的自重。

所述上支撑板和下支撑板通过连接元件安装固定在所述发电机上，所述上支撑板和下支撑板的延长线通过所述发电机上的安装孔相交后，两者张角为33°。这样扭转的风叶可以在转动时逐级加速。

所述支撑板与所述发电机之间通过叶片压板(7)和连接元件相连。该连接元件可以为螺栓(8)、(9)或螺钉(10)。

所述发电机的顶部设有防尘罩(6)，以保护发电机。

以上所述，仪是本实用新型升力型垂直轴风力发电机的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种升力型垂直轴风力发电机，包括发电机，一个旋转的垂直轴和至少三个对称的弧形叶片，所述发电机安装固定在所述垂直轴上，其中，每个弧形叶片具有一上端和一下端，所述叶片上端通过一上支撑板连接到所述旋转的发电机上，所述叶片下端通过一下支撑板连接到所述旋转的发电机上；其特征在于：所述弧形叶片的两端的侧面具有均匀扭转的形状。

2.根据权利要求1所述的升力型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的弧形叶片扭转的角度为，扭转后的通过所述弧形叶片截面的压力中心的叶片截面弦线，与扭转前的通过所述弧形叶片截面的压力中心的叶片截面弦线之间的夹角为11度。

3.根据权利要求1或2所述的升力型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上支撑板和下支撑板都具有升力型叶片的截面。

4.根据权利要求1或2所述的升力型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述上支撑板和下支撑板通过连接元件安装固定在所述发电机上，所述上支撑板和下支撑板的延长线通过所述发电机上的安装孔相交后，两者张角为33度。

5.根据权利要求1或2所述的升力型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述支撑板与所述发电机之间通过叶片压板和连接元件相连。

6.根据权利要求1或2所述的升力型垂直轴风力发电机，其特征在于：所述发电机的顶部设有防尘罩。

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