CN202132181U - 一种垂直轴升阻复合型风力发电系统 - Google Patents

一种垂直轴升阻复合型风力发电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，它包括一发电机；一中心安装主轴；一个上连接支架；一个下连接支架；至少二个弧形翼片；一设于上连接架与下连接架之间的叶轮，所述的叶轮包括对称式固设于中心安装主轴两侧的叶片；若干对夹设在叶片上的叶轮龙骨，所述的每对叶轮龙骨分别对称地设于中心安装主轴两侧。本实用新型采用垂直轴结构，对风向无任何要求，不管风从任何一个方向吹来都能受风，推动中心安装主轴转动。还在S形阻力差式螺旋转体叶轮的外部增加了升力型的达里厄弧形翼片，这种复合纳风方式的风力发电系统具有设计简捷、易于制造加工、转速较低、重心下降，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等特点。

Description

一种垂直轴升阻复合型风力发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种垂直轴风力发电系统，尤其是一种同时采用弧形翼片和螺旋状叶轮的升阻复合型的风力发电系统。
背景技术
人类利用风能已有数千年历史，在蒸汽机发明以前风能曾作为重要的动力，应用于人类生活的众多方面。风力发电的探索，则起源于19世纪末的丹麦，但是直到20世纪70年代以前，还只有小型充电用风力发电机达到实用阶段。1973年爆发石油危机以后到现今社会，美国、西欧等发达国家为寻求替代石油燃料的能源，投入了大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制风力发电机组，开创了风能利用的新时代。我国政府也在近年投入大量的资金及技术开展风力发电的研发，并取得了举世瞩目的成效。垂直轴风车很早就被应用于人类的生活领域中，中国最早利用风能的形式就是垂直轴风车。但是垂直轴风力发电机的发明则要比水平轴的晚一些，直到20世纪20年代才开始出现(Savonius式风轮——1924年，Darrieus式风轮——1931年)。由于人们普遍认为垂直轴风轮的尖速比不可能大于1，风能利用率低于水平轴风力发电机，因而导致垂直轴风力发电机长期得不到重视。
随着科技的发展和人类认识水平的不断提高，人们逐渐认识到垂直轴风轮的尖速比不能大于1仅仅适用于阻力型风轮(Savonius式风轮)，而升力型风轮(Darrieus式风轮)的尖速比甚至可以达到6，并且其风能利用率也不低于水平轴。
然而，目前市场上可供应的垂直轴风力发电系统很少。原因在于结构设计不合理导致加工工艺复杂，不易实现工业化生产。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，它采用弧形翼片和螺旋状叶轮相结合的结构方式。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，它包括：一发电机；一中心安装主轴，其下端与发电机联接，所述的中心安装主轴垂直安装；一个上连接支架，所述的上连接支架包括至少二个分别用于联接弧形翼片与中心安装主轴之间的连接片；一个下连接支架，所述的下连接支架包括至少二个分别用于联接弧形翼片与中心安装主轴之间的连接片；至少二个弧形翼片，每个弧形翼片的两端分别与上连接支架、下连接支架的连接片联接；一设于上连接架与下连接架之间的叶轮，所述的叶轮包括对称式固设于中心安装主轴两侧的叶片；若干对夹设在叶片上的叶轮龙骨，所述的每对叶轮龙骨分别对称地设于中心安装主轴两侧。
其进一步技术方案为：还包括用于联接每对叶轮龙骨的龙骨连接件，所述的龙骨连接件固定于中心安装主轴。
其进一步技术方案为：还包括用于联接中心安装主轴与发电机的发电机固定法兰。
其进一步技术方案为：所述的叶片和弧形翼片均为轻质金属片或塑胶片。
其进一步技术方案为：所述的若干对叶轮龙骨和与之联接固定的叶片自上而下环绕中心安装主轴旋转180度，形成螺旋转体的形状。
其进一步技术方案为：所述的叶片为可弯曲的太阳能电池片。
其进一步技术方案为：所述的叶轮龙骨为S型阻力差螺旋转体叶轮龙骨；所述的弧形翼片是达里厄弧形翼片；所述的叶片为S型阻力差螺旋转体叶片。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用立轴(即垂直轴)结构，相对于水平轴流式风力发电系统，它是径流式的，是沿长轴布设叶轮，直接利用风的推力旋转工作的；对风向无任何要求，不管风从任何一个方向吹来都能受风，推动中心安装主轴转动。S形阻力差式螺旋转体叶轮的外部增加了升力型的达里厄弧形翼片，一来使风力发电系统的受风面积提高，二来可提高风力发电系统的转速，能产生更大的发电功率，当风速过大时，风力发电系统内的S型螺旋转体叶面还可以产生阻力防止风力发电系统失速，保护发电机不易损坏。这种复合纳风方式的风力发电系统具有设计简捷、易于制造加工、转速较低、重心下降，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等明显特点。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
图1为本实用新型一种垂直轴升阻复合型风力发电系统具体实施例的立体结构图；
图2为图1的俯视图。
图中标识说明：
1    连接支架        2    弧形翼片
3    叶轮龙骨        4    叶片
5    龙骨连接件      6    中心安装主轴
7    下连接支架      8    发电机
9    发电机固定法兰
具体实施方式
为了更充分理解本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1和图2所示，本实用新型一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，它包括发电机8(它设有与其它电源管理电路联接的端口，通常是充电管理电路，以便将不稳定的风力发出的电能进行存储之后再输出至用电负载)；中心安装主轴6，其下端与发电机联接，中心安装主轴6垂直安装；上连接支架1，上连接支架1包括三个分别用于联接弧形翼片2与中心安装主轴6之间的连接片(图中未单独示出)；下连接支架7，下连接支架7包括三个分别用于联接弧形翼片2与中心安装主轴6之间的连接片(图中未单独示出)；三个弧形翼片2，每个弧形翼片2的两端分别与上连接支架1、下连接支架7的连接片联接；设于上连接架1与下连接架7之间的叶轮，叶轮包括对称式固设于中心安装主轴6两侧的叶片4；四对夹设在叶片上的叶轮龙骨3，每对叶轮龙骨3分别对称地设于中心安装主轴6两侧。还包括用于联接每对叶轮龙骨3的龙骨连接件5，龙骨连接件5固定于中心安装主轴6。还包括用于联接中心安装主轴6与发电机8的发电机固定法兰9。
其中，叶片和弧形翼片优选轻质金属片或塑胶片。四对叶轮龙骨和与之联接固定的叶片自上而下环绕中心安装主轴旋转180度，形成螺旋转体的形状。叶轮龙骨为S型阻力差螺旋转体叶轮龙骨；弧形翼片是达里厄弧形翼片；叶片为S型阻力差螺旋转体叶片。
于其它实施例中，叶片可以采用可弯曲的太阳能电池片，将太阳能电池片上的转换电能通过中心安装主轴输送至充电管理电路中，以同时实现风力发电和光伏发电，提高本发电系统的发电效率。各部件之间的联接大多采用可拆式的螺纹联接，以便重复拆装，并能降低生产成本、运输成本和维护成本。
综上所述，本实用新型采用立轴(即垂直轴)结构，相对于水平轴流式风力发电系统，它是径流式的，是沿长轴布设叶轮，直接利用风的推力旋转工作的；对风向无任何要求，不管风从任何一个方向吹来都能受风，推动中心安装主轴转动。S形阻力差式螺旋转体叶轮的外部增加了升力型的达里厄弧形翼片，一来使风力发电系统的受风面积提高，二来可提高风力发电系统的转速，能产生更大的发电功率，当风速过大时，风力发电系统内的S型螺旋转体叶面还可以产生阻力防止风力发电系统失速，保护发电机不易损坏。这种复合纳风方式的风力发电系统具有设计简捷、易于制造加工、转速较低、重心下降，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等明显特点。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于包括：
一发电机；
一中心安装主轴，其下端与发电机联接，所述的中心安装主轴垂直安装；
一个上连接支架，所述的上连接支架包括至少二个分别用于联接弧形翼片与中心安装主轴之间的连接片；
一个下连接支架，所述的下连接支架包括至少二个分别用于联接弧形翼片与中心安装主轴之间的连接片；
至少二个弧形翼片，每个弧形翼片的两端分别与上连接支架、下连接支架的连接片联接；
一设于上连接架与下连接架之间的叶轮，所述的叶轮包括对称式固设于中心安装主轴两侧的叶片；
若干对夹设在叶片上的叶轮龙骨，所述的每对叶轮龙骨分别对称地设于中心安装主轴两侧。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于还包括用于联接每对叶轮龙骨的龙骨连接件，所述的龙骨连接件固定于中心安装主轴。
3.根据权利要求2所述的一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于还包括用于联接中心安装主轴与发电机的发电机固定法兰。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于所述的叶片和弧形翼片均为轻质金属片或塑胶片。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于所述的若干对叶轮龙骨和与之联接固定的叶片自上而下环绕中心安装主轴旋转180度，形成螺旋转体的形状。
6.根据权利要求1所述的一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于所述的叶片为可弯曲的太阳能电池片。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴升阻复合型风力发电系统，其特征在于所述的叶轮龙骨为S型阻力差螺旋转体叶轮龙骨；所述的弧形翼片是达里厄弧形翼片；所述的叶片为S型阻力差螺旋转体叶片。
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