CN213331394U - 一种升阻互补型风轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种升阻互补型风轮，包括：集风筒；升力型垂直轴风轮，可转动地安装在集风筒内；阻力型垂直轴风轮，可转动地安装在集风筒的下方；超越离合器，安装在集风筒上，超越离合器的一端与升力型垂直轴风轮相连接，超越离合器的另一端与阻力型垂直轴风轮相连接。该升阻互补型风轮既可以在低风速时自启动，也可以保证风能利用率，具有风能利用效率高、启动风速低、结构简单等诸多优点。

Description

一种升阻互补型风轮

技术领域

本实用新型涉及风力发电装置技术领域，具体而言，涉及一种适用于公路隧道风能收集的升阻互补型风轮。

背景技术

就目前国内现状而言，对隧道风能利用的关注程度不足，相关研究大多以铁路隧道风发电为重点。相对于列车行驶过程中带动产生的高速活塞风，公路隧道整体处于不连续、较低风速环境下，风能收集条件更加复杂，由此导致了风力机设计的不同。

垂直轴风力机大致分为升力型和阻力型两类，其中阻力型风轮启动转矩较大，低风速环境下启动性能较好，但由于转速较慢、风能利用率较低，用于发电成本较高、缺乏竞争力；升力型风轮风能利用系数较高，经实验测得最高可达0.4，但因其启动转矩较小，一般难以实现自启动，使得其总体结构较为复杂，建设成本较高。

因此，有必要开发一种新型的风力机，以提高公路隧道内低风速运行环境下风轮的风能利用效率，并且简化结构、降低建设成本。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种升阻互补型风轮，该升阻互补型风轮风能利用效率高、启动风速低、结构简单。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种升阻互补型风轮，包括：

集风筒；

升力型垂直轴风轮，可转动地安装在集风筒内；

阻力型垂直轴风轮，可转动地安装在集风筒的下方；

超越离合器，安装在集风筒上，超越离合器的一端与升力型垂直轴风轮相连接，超越离合器的另一端与阻力型垂直轴风轮相连接。

进一步地，升力型垂直轴风轮包括：

升力叶片轴，沿竖直方向安装在集风筒内，升力叶片轴与超越离合器的一端可转动地连接；

升力叶片，设置在升力叶片轴的外周，升力叶片通过一支撑杆与升力叶片轴相连接，升力叶片轴的外周均布设置有多片升力叶片。

进一步地，升力叶片为螺旋型叶片。

进一步地，升力型垂直轴风轮为NACA0018翼型风轮。

进一步地，阻力型垂直轴风轮包括：

阻力叶片轴，沿竖直方向安装在集风筒的下部，阻力叶片轴与超越离合器的下端可转动地连接；

阻力叶片，多片阻力叶片沿阻力叶片轴的外周均布设置。

进一步地，阻力叶片为螺旋型叶片。

进一步地，集风筒包括：

中央圆筒；

收缩管，设置在中央圆筒的进风端，收缩管的内径从远离中央圆筒的一端至靠近中央圆筒的一端逐渐减小，升力型垂直轴风轮设于中央圆筒内靠近收缩管的一端；

扩散管，设置在中央圆筒的出风端，扩散管的内径从靠近中央圆筒的一端至远离中央圆筒的一端逐渐增大，收缩管和扩散管均与中央圆筒相连通。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：通过设置集风筒将流入的隧道风增速、整流后驱动升力型垂直轴风轮旋转发电，提高了隧道风能流密度，改善了隧道风能的不稳定性，提高了风能品质；通过采用升力型垂直轴风轮和阻力型垂直轴风轮相结合的形式，并采用超越离合器连接上述两种类型的风轮，自动筛选出转速较高的轴并随之转动，降低了切入风速，减少了转矩波动。该升阻互补型风轮既可以在低风速时自启动，也可以保证风能利用率，具有风能利用效率高、启动风速低、结构简单等优点。

下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的升阻互补型风轮的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的升阻互补型风轮中升力型垂直轴风轮、阻力型垂直轴风轮和超越离合器的连接结构示意图。

图3为图2的俯视示意图。

图4为本实用新型实施例的升阻互补型风轮中集风筒沿轴向的截面图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、集风筒；2、升力型垂直轴风轮；3、阻力型垂直轴风轮；4、超越离合器；11、中央圆筒；12、收缩管；13、扩散管；21、升力叶片轴；22、升力叶片；23、支撑杆；31、阻力叶片轴；32、阻力叶片。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图4，一种本实用新型实施例的升阻互补型风轮，该升阻互补型风轮主要包括集风筒1、升力型垂直轴风轮2、阻力型垂直轴风轮3和超越离合器4。其中，升力型垂直轴风轮2可转动地安装在集风筒1的内部；阻力型垂直轴风轮3可转动地安装在集风筒1的下方；超越离合器4固定安装在集风筒1上，并且该超越离合器4的一端与升力型垂直轴风轮2相连接，超越离合器4的另一端与阻力型垂直轴风轮3相连接。

上述的升阻互补型风轮，通过设置集风筒1将流入的隧道风增速、整流后驱动升力型垂直轴风轮2旋转发电，提高了隧道风能流密度，改善了隧道风能的不稳定性，提高了风能品质；通过采用升力型垂直轴风轮2和阻力型垂直轴风轮3相结合的形式，并采用超越离合器4连接上述两种类型的风轮，自动筛选出转速较高的轴并随之转动，降低了切入风速，减少了转矩波动。该升阻互补型风轮既可以在低风速时自启动，也可以保证风能利用率，具有风能利用效率高、启动风速低、结构简单等诸多优点。

具体来说，参见图1和图2，在本实施例中，升力型垂直轴风轮2包括升力叶片轴21、升力叶片22和支撑杆23。其中，升力叶片轴21沿竖直方向安装在集风筒1的内部，升力叶片轴21与超越离合器4的一端可转动地连接；升力叶片22设置在升力叶片轴21的外周，该升力叶片22通过一根支撑杆23与升力叶片轴21相连接，在升力叶片轴21的外周均布设置有多片上述的升力叶片22。如此设置，升力风轮采用垂直轴风轮，无需对风，相比于水平轴风轮具有更高的环境适应能力，也更易于安装维护。

进一步地，参见图1和图2，在本实施例中，升力叶片22为螺旋型叶片；升力型垂直轴风轮2为NACA0018翼型风轮。传统的直叶片受力周期变化较大，导致动转矩周期波动性大，风轮主轴易受冲击，影响叶片寿命，降低风轮经济效益。本实用新型中升力叶片22采用螺旋型叶片，叶片螺旋扭曲将叶片在高度方向上微分，升力型垂直轴风轮2转动时无论是顺丰还是逆风都能产生转矩，从而避免了传统直叶片的极值情况，减小了动转矩波动。

具体地，参见图1和图2，在本实施例中，阻力型垂直轴风轮3包括阻力叶片轴31和阻力叶片32。其中，阻力叶片轴31沿竖直方向安装在集风筒1的下部，阻力叶片轴31与超越离合器4的另一端可转动地连接；阻力叶片32的数量为多片，多片阻力叶片32沿阻力叶片轴31的外周均布设置。同样地，阻力叶片32也为螺旋型叶片，动转矩波动小，自启动性能好。

参见图1和图4，在本实施例中，集风筒1包括中央圆筒11、收缩管12和扩散管13。其中，收缩管12设置在中央圆筒11的进风端；收缩管12的内径从远离中央圆筒11的一端至靠近中央圆筒11的一端逐渐减小；升力型垂直轴风轮2设于中央圆筒11内靠近收缩管12的一端；扩散管13设置在中央圆筒11的出风端，扩散管13的内径从靠近中央圆筒11的一端至远离中央圆筒11的一端逐渐增大，收缩管12和扩散管13均与中央圆筒11相连通。通过设置上述的集风筒1，可以有效地对入流隧道风进行增速、整流，然后再驱动风轮旋转发电，从而提高了隧道风能流密度，改善了隧道风能的不稳定性等弱点，提高了风能品质。

具体地，在本实施例中，升力叶片22的弦长为120mm，升力型垂直轴风轮2的半径为2m，升力叶片22的螺旋角为90°。阻力叶片32的直径为296mm，高度为800mm，重叠比(两片叶片之间交叠部分宽度与风轮直径d的比值)为0.2，螺旋角为90°。收缩管12为收缩角为40°的圆弧形收缩管12，扩散管13为扩散角为40°的圆弧形扩散管13。中央圆筒11的内部半径为1.125m，外围半径为1.75m，长度为3.74m。

本实用新型实施例的升阻互补型风轮，通过ANSYS Fluent模拟测算表明，集风筒1浓缩后的风速约为入口(收缩管12的外侧)风速的163.76％，具有良好的风能浓缩功能；阻力叶片32的启动风速约为2m/s，启动风速较低。该升阻互补型风轮能够提高隧道内低风速运行环境下风轮的风能利用效率，解决偏远地区隧道供能问题。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种升阻互补型风轮，其特征在于，包括：

集风筒(1)；

升力型垂直轴风轮(2)，可转动地安装在所述集风筒(1)内；

阻力型垂直轴风轮(3)，可转动地安装在所述集风筒(1)的下方；

超越离合器(4)，安装在所述集风筒(1)上，所述超越离合器(4)的一端与所述升力型垂直轴风轮(2)相连接，所述超越离合器(4)的另一端与所述阻力型垂直轴风轮(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的升阻互补型风轮，其特征在于，所述升力型垂直轴风轮(2)包括：

升力叶片轴(21)，沿竖直方向安装在所述集风筒(1)内，所述升力叶片轴(21)与所述超越离合器(4)的一端可转动地连接；

升力叶片(22)，设置在所述升力叶片轴(21)的外周，所述升力叶片(22)通过一支撑杆(23)与所述升力叶片轴(21)相连接，所述升力叶片轴(21)的外周均布设置有多片所述升力叶片(22)。

3.根据权利要求2所述的升阻互补型风轮，其特征在于，所述升力叶片(22)为螺旋型叶片。

4.根据权利要求2所述的升阻互补型风轮，其特征在于，所述升力型垂直轴风轮(2)为NACA0018翼型风轮。

5.根据权利要求1所述的升阻互补型风轮，其特征在于，所述阻力型垂直轴风轮(3)包括：

阻力叶片轴(31)，沿竖直方向安装在所述集风筒(1)的下部，所述阻力叶片轴(31)与所述超越离合器(4)的下端可转动地连接；

阻力叶片(32)，多片所述阻力叶片(32)沿所述阻力叶片轴(31)的外周均布设置。

6.根据权利要求5所述的升阻互补型风轮，其特征在于，所述阻力叶片(32)为螺旋型叶片。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的升阻互补型风轮，其特征在于，所述集风筒(1)包括：

中央圆筒(11)；

收缩管(12)，设置在所述中央圆筒(11)的进风端，所述收缩管(12)的内径从远离所述中央圆筒(11)的一端至靠近所述中央圆筒(11)的一端逐渐减小，所述升力型垂直轴风轮(2)设于所述中央圆筒(11)内靠近所述收缩管(12)的一端；

扩散管(13)，设置在所述中央圆筒(11)的出风端，所述扩散管(13)的内径从靠近所述中央圆筒(11)的一端至远离所述中央圆筒(11)的一端逐渐增大，所述收缩管(12)和所述扩散管(13)均与所述中央圆筒(11)相连通。

Images