CN204827791U - 一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备 - Google Patents

Abstract

一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，包括有固定风涡和升阻型垂直轴风扇，升阻型垂直轴风扇设置在固定风涡内，固定风涡包括有若干圆周式固定排列的单叶，所述单叶横截面结构包括有迎风钝头面、迎风A面、迎风B面、涡椭面、滑帘槽，所述翼片结构包括有第一阻力部分、第二阻力部分、第一升力部分、第二升力部分和固定螺栓。本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，整体结构简单，操作使用方便，稳定性好，可靠性高，使用本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，可以更安全、实用又能高效利用风能进行发电。

Description

一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术，尤其涉及一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备。

背景技术

在环境日益受到重视的今天，火力发电排放大量的污染物对环境造成了十分严重的危害，为了降低污染物的排放，采用新能源发电是减小污染物排放的一个重要途径．而风力发电作为一种高度清洁的能源技术，几乎不产生污染物，比火力发电具有更高的环价值。

现有的风力机按风轮旋转轴在空间的方向，分为水平轴风力机和垂直轴风力机两大类，其中水平轴风力机设计制造技术相对比较成熟，是目前风电市场中最常用的机型，与水平轴相比，垂直轴风力机的研究相对滞后。但是现有风力发电机没有从结构风能利用上有所创新，一直在安全、效率、成本上制约风电的发展空间。

当前风力发电机叶片裸露在外，水平轴风力发电机三角翼型叶片，高速旋转的叶片具有以下缺点：第一，造成很大噪声污染并对飞鸟造成威胁；第二，随着设备的老化，高速运行的叶片对周边的地面设施带来巨大的安全隐患；第三，水平轴架设高，当风电一旦出现事故，救援困难；第四，水平轴三角翼裸露在外，尤其在外部风向不确定时，带来了维修时很多困难，并加大了设备运行成本；第五，大型升力型垂直轴风力发电机需要辅助装置启动；第六，阻力型垂直轴风力发电机尖速比＜1，风能利用率低，并且回旋时需要消耗一部分能量等问题。

所以当前大功率的风力发电设备不能建设在风力资源富裕而人口稠密地区。这样就增加了远距离输送电能的成本。

实用新型内容

本实用新型目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单，操作方便，安全、实用又能高效利用风能的固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备。

本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，包括有固定风涡和升阻型垂直轴风扇，升阻型垂直轴风扇设置在固定风涡内；所述固定风涡采用永久性材料制成，固定在设备的基座上，固定风涡包括有若干圆周式固定排列的单叶，单叶的个数为6~20；所述单叶横截面结构包括有迎风钝头面、迎风A面、迎风B面、涡椭面、滑帘槽；所述迎风钝头面用于风流分离，减少风能损失，迎风A面一侧为单叶内侧，即贴近升阻型垂直轴风扇一侧，迎风A面为小曲率圆弧面，迎风B面一侧为单叶外侧，迎风B面为大曲率圆弧面，使迎风A面和迎风B面向内逐渐变窄，在低密度气流进入时，起到集风的作用；所述涡椭面位于迎风A面同侧并贴近升阻型垂直轴风扇，涡椭面为椭圆线段，主要用于风扇旋入风流区内时，强烈的切入风流撞击在风扇上，又折回涡椭面上，又重新反弹在风扇叶片上，防止风能向外或者向风流逆向传播，起到聚能作用；滑帘槽对称设置于迎风A面和迎风B面，所述滑帘槽内设置有闭锁滑帘，当风力超过荷载风力时，根据升阻型垂直风力发电机在满载下所需风能的要求，通过嵌入固定固定风涡上的滑帘槽落下闭锁滑帘，调节风口大小，降低捕入风流量，在强风状态下能起到起到主动保护作用，而现有风力发电设备遇到强风时多采用改变翼片的攻角，降低迎风强度，而翼片还是处在强风作用下，避免风扇在强风流下的破坏，延长风扇的使用寿命，同时在强风下降低进入固定风涡内部的风流量，使发电机在强风下能够正常发电；升阻型垂直轴风扇的翼片以美国NACA翼型中的低速翼型轮廓为基础，整体为流线结构，所述升阻型垂直轴风扇有六个翼片，所述翼片结构包括有第一阻力部分、第二阻力部分、第一升力部分、第二升力部分和固定螺栓。第一阻力部分位于翼片的头部，第二阻力部分位于翼片尾部，均向外，主要是翼片在静止状态时所处位置与风向角度不同，可以做到头尾并用，减少对风的角度，增加低风速启动的能力；所述第一升力部分和第二升力部分是根据固定风涡内的气流运动而设计，第一升力部分位于翼片外侧，是风扇旋入进风流时，切入风流和第一升力部分形成攻角，形成升力运动，固定风涡中的涡椭面此时可以有效聚能，防止风能损失，当风扇旋入此位置时，风流切出风扇的风流进入涡椭面，涡椭面将这部分能量汇聚，这时形成强压力，同时又作用于风扇，形成强有力的聚能作用。涡椭面的聚能作用还可以降低固定风涡外部阻力，防止固定风涡捕风能力；第二升力部分位于翼片内侧，用于在风扇旋入回风流时，风流向外流出固定风涡，风流切在第二升力部分上，形成升力，使风扇在回旋时同样得到升力，增加风能的利用率。本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备可以在低风速下启动，在正常启动后依靠升力结构实现所需要的尖速比。并在强风速下通过滑帘调节捕入风量，维持正常电量输出。

与现有技术相比，本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备具备以下优点：一，现有水平轴和垂直轴风力发电机的翼片裸露在外，在翼片旋转时形成噪音污染，损害飞行动物；随着设备老化，高速运行的翼片对地面建筑物及人畜带来极大安全隐患。而本实用新型所述高速运行的翼片在固定风涡内，降低了噪音的产生，杜绝了飞翼事故；二，现有风力发电机在外部高空维修，由于所处环境风流的不确定性，维修人在外部作业，容易导致高空坠落事故。而本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备的维修是在所有滑帘降下后的室内操作；三，现有大型垂直轴风力发电机顶部多采用钢丝绳斜拉固定，主要防止垂直轴风力发电机中心轴偏转，相比，本实用新型升阻型垂直轴风力发电机主轴固定在固定风涡上，相比钢丝绳结构更安全；四，在有升阻结合的翼片结构时，能够在低风速情况下启动，不用外加辅助启动装置，风能利用范围更广；五，在固定风涡上装有调节风量的闭锁滑帘，可以在超强风下调节风口的大小，降低进入固定风涡内的风流量，做到主动保护内部风扇，又能正常发电，而不用失速保护或精密的变翼控制系统；六，由于风扇处在固定风涡内运行，所以在加工时安全性要求相对较低，加工工艺简单，制造成本明显降低；七，本实用新型在现有垂直轴风力发电基础上，增加了捕风和集风的固定风涡结构，并降低了风扇回旋阻力，提高了垂直轴风力发电机的效率；八，本实用新型相比现有2或3翼达里厄型垂直轴风力发电机，采用6翼结构，翼展更大，迎风实度更高，提高了垂直轴风力发电机的效率；九，现有风力发电机服务年限多为15-20年，这样增加了发电成本，而本实用新型采用永久固定风涡结构，服务年限大为延长，降低了发电成本，开拓了市场；十，本实用新型采用固定风涡作为外圈结构，可以根据不同地理条件建设多种结构，如灯笼、火箭等形状，利于环境美化，成为地标建筑；十一，本实用新型可以在固定风涡上端和中部建成观景平台，以便建设在风力资源丰富的城区，供旅游使用。

本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，整体结构简单，操作使用方便，稳定性好，可靠性高，使用本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，可以更安全、实用又能高效利用风能进行发电。

附图说明

附图1是本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备的俯视结构示意图。附图2是固定风涡单叶截面结构示意图。附图3是升阻型垂直轴风扇翼片截面结构示意图。附图4是固定风涡捕风流体及内部气流图。附图5是升阻型垂直轴风扇翼片进风流中受力图。附图6是升阻型垂直轴风扇翼片回风流中受力图。

1－固定风涡11－迎风钝头面12－迎风A面13－迎风B面14－涡椭面15－滑帘槽2－升阻型垂直轴风扇21－第一阻力部分22－第二阻力部分23－第一升力部分24－第二升力部分25－固定螺栓。

具体实施方式

现参照附图1、附图2、附图3、附图4、附图5和附图6，结合实施例说明如下：本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，包括有固定风涡1和升阻型垂直轴风扇2，升阻型垂直轴风扇2设置在固定风涡1内；所述固定风涡1采用永久性材料制成，固定在设备的基座上，固定风涡1包括有若干圆周式固定排列的单叶，单叶的个数为6~20；所述单叶横截面结构包括有迎风钝头面11、迎风A面12、迎风B面13、涡椭面14、滑帘槽15；所述迎风钝头面11用于风流分离，减少风能损失，迎风A面12一侧为单叶内侧，即贴近升阻型垂直轴风扇2一侧，迎风A面12为小曲率圆弧面，迎风B面13一侧为单叶外侧，迎风B面13为大曲率圆弧面，使迎风A面12和迎风B面13向内逐渐变窄，在低密度气流进入时，起到集风的作用；所述涡椭面14位于迎风A面12同侧并贴近升阻型垂直轴风扇2，涡椭面14为椭圆线段，主要用于风扇旋入风流区内时，强烈的切入风流撞击在风扇上，又折回涡椭面14上，又重新反弹在风扇叶片上，防止风能向外或者向风流逆向传播，起到聚能作用；滑帘槽15对称设置于迎风A面12和迎风B面13，所述滑帘槽15内设置有闭锁滑帘，当风力超过荷载风力时，根据升阻型垂直风力发电机在满载下所需风能的要求，通过嵌入固定固定风涡1上的滑帘槽15落下闭锁滑帘，调节风口大小，降低捕入风流量，在强风状态下能起到起到主动保护作用，而现有风力发电设备遇到强风时多采用改变翼片的攻角，降低迎风强度，而翼片还是处在强风作用下，避免风扇在强风流下的破坏，延长风扇的使用寿命，同时在强风下降低进入固定风涡1内部的风流量，使发电机在强风下能够正常发电；升阻型垂直轴风扇2的翼片以美国NACA翼型中的低速翼型轮廓为基础，整体为流线结构，所述升阻型垂直轴风扇2有六个翼片，所述翼片结构包括有第一阻力部分21、第二阻力部分22、第一升力部分23、第二升力部分24和固定螺栓25。第一阻力部分21位于翼片的头部，第二阻力部分22位于翼片尾部，均向外，主要是翼片在静止状态时所处位置与风向角度不同，可以做到头尾并用，减少对风的角度，增加低风速启动的能力；所述第一升力部分23和第二升力部分24是根据固定风涡1内的气流运动而设计，第一升力部分23位于翼片外侧，是风扇旋入进风流时，切入风流和第一升力部分23形成攻角，形成升力运动，固定风涡1中的涡椭面14此时可以有效聚能，防止风能损失，当风扇旋入此位置时，风流切出风扇的风流进入涡椭面14，涡椭面14将这部分能量汇聚，这时形成强压力，同时又作用于风扇，形成强有力的聚能作用。涡椭面14的聚能作用还可以降低固定风涡1外部阻力，防止固定风涡1捕风能力；第二升力部分24位于翼片内侧，用于在风扇旋入回风流时，风流向外流出固定风涡1，风流切在第二升力部分24上，形成升力，使风扇在回旋时同样得到升力，增加风能的利用率。本实用新型所述的一种固定风涡1升阻型垂直轴风力发电设备可以在低风速下启动，在正常启动后依靠升力结构实现所需要的尖速比。并在强风速下通过滑帘调节捕入风量，维持正常电量输出。

与现有技术相比，本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备具备以下优点：一，现有水平轴和垂直轴风力发电机的翼片裸露在外，在翼片旋转时形成噪音污染，损害飞行动物；随着设备老化，高速运行的翼片对地面建筑物及人畜带来极大安全隐患。而本实用新型所述高速运行的翼片在固定风涡内，降低了噪音的产生，杜绝了飞翼事故；二，现有风力发电机在外部高空维修，由于所处环境风流的不确定性，维修人在外部作业，容易导致高空坠落事故。而本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备的维修是在所有滑帘降下后的室内操作；三，现有大型垂直轴风力发电机顶部多采用钢丝绳斜拉固定，主要防止垂直轴风力发电机中心轴偏转，相比，本实用新型升阻型垂直轴风力发电机主轴固定在固定风涡上，相比钢丝绳结构更安全；四，在有升阻结合的翼片结构时，能够在低风速情况下启动，不用外加辅助启动装置，风能利用范围更广；五，在固定风涡上装有调节风量的闭锁滑帘，可以在超强风下调节风口的大小，降低进入固定风涡内的风流量，做到主动保护内部风扇，又能正常发电，而不用失速保护或精密的变翼控制系统；六，由于风扇处在固定风涡内运行，所以在加工时安全性要求相对较低，加工工艺简单，制造成本明显降低；七，本实用新型在现有垂直轴风力发电基础上，增加了捕风和集风的固定风涡结构，并降低了风扇回旋阻力，提高了垂直轴风力发电机的效率；八，本实用新型相比现有2或3翼达里厄型垂直轴风力发电机，采用6翼结构，翼展更大，迎风实度更高，提高了垂直轴风力发电机的效率；九，现有风力发电机服务年限多为15-20年，这样增加了发电成本，而本实用新型采用永久固定风涡结构，服务年限大为延长，降低了发电成本，开拓了市场；十，本实用新型采用固定风涡作为外圈结构，可以根据不同地理条件建设多种结构，如灯笼、火箭等形状，利于环境美化，成为地标建筑；十一，本实用新型可以在固定风涡上端和中部建成观景平台，以便建设在风力资源丰富的城区，供旅游使用。

本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，整体结构简单，操作使用方便，稳定性好，可靠性高，使用本实用新型所述的一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，可以更安全、实用又能高效利用风能进行发电。

Claims (1)

1.一种固定风涡升阻型垂直轴风力发电设备，包括有固定风涡（1）和升阻型垂直轴风扇（2），其特征在于，升阻型垂直轴风扇（2）设置在固定风涡（1）内；固定风涡（1）采用永久性材料制成，固定在设备的基座上，固定风涡（1）包括有若干圆周式固定排列的单叶，单叶的个数为6~20；单叶横截面结构包括有迎风钝头面（11）、迎风A面（12）、迎风B面（13）、涡椭面（14）、滑帘槽（15）；迎风钝头面（11）用于风流分离，减少风能损失，迎风A面（12）一侧为单叶内侧，即贴近升阻型垂直轴风扇（2）一侧，迎风A面（12）为小曲率圆弧面，迎风B面（13）一侧为单叶外侧，迎风B面（13）为大曲率圆弧面，使迎风A面（12）和迎风B面（13）向内逐渐变窄；涡椭面（14）位于迎风A面（12）同侧并贴近升阻型垂直轴风扇（2），涡椭面（14）为椭圆线段；滑帘槽（15）对称设置于迎风A面（12）和迎风B面（13），滑帘槽（15）内设置有闭锁滑帘；升阻型垂直轴风扇（2）的翼片以美国NACA翼型中的低速翼型轮廓为基础，整体为流线结构，升阻型垂直轴风扇（2）有六个翼片，翼片结构包括有第一阻力部分（21）、第二阻力部分（22）、第一升力部分（23）、第二升力部分（24）和固定螺栓（25），第一阻力部分（21）位于翼片的头部，第二阻力部分（22）位于翼片尾部，均向外，第一升力部分（23）位于翼片外侧，第二升力部分（24）位于翼片内侧。