CN220185268U - 一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，包括用于调节进风角度的导风环和位于导风环内部的风机，所述风机的外侧邻近于所述导风环的内侧相互靠近且存在间隙，所述导风环将调节进风角度后的风导向至风机中使其转动。所述风机通过从导风环进入风机的风的速度大小和方向调节风机中的叶片角度，从而调节风机的输出功率。通过调整进风角度的导风环导向的风与风机叶片升力、阻力结合，提高风机利用率，发电效率更高，导风环配合风机叶片，增加风机输出额定功率的范围，在极端大风情况下能保持功率输出，也能保证安全停机，保护风机。

Description

一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，具体涉及一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机。

背景技术

导风环是风力发电装置扩大风量的一个组件，在导风环的中间设置风机，风机的中间端与风力发电装置中的转子进行连接。当有风产生时，风通过导风环将风能导向至风机中，风机在风能的作用下旋转，把风的动能转变为风机轴的机械能，风力发电装置在风机轴的带动下旋转发电。

目前现有技术的垂直轴风机的风机叶片和导风环叶片的角度是固定的，导风环无法将获得的风能使风机叶片的角度发生变化，进而无法调整叶片的攻角，无法使风机获得更大的阻力或者升力，无法主动调节风机输出功率的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，通过在风机环形圈内设置的风机叶片，风机叶片通过第二轴承机构与环形圈连接，导风环的风导向至风机中使其转动，调整风机叶片角度，解决了现有技术中风机叶片角度固定，无法使风机获得更大的阻力或者升力以及无法主动调节输出功率的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下方案：

一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，包括用于调节进风角度的导风环和位于导风环内部的风机，所述风机的外侧邻近于所述导风环的内侧相互靠近且存在间隙，所述导风环将调节进风角度后的风导向至风机中使其转动。

进一步地，所述风机通过从导风环进入风机的风的速度大小和方向调节风机中的叶片角度，从而调节风机的输出功率。

进一步地，导风环通过外部风速大小调节导风环的叶片角度，调整进入风机的风的速度大小和方向，从而调节风机的输出功率。

具体地，在风力发电装置中，风机位于导风环内部，导风环将风导向至风机内使其产生转动，导风环根据风量大小调节自身的进风角度，从而使风机根据导风环进风角度或者传输至风机内的风速大小调节风机中的叶片角度，进而调节风机中的叶片的攻角，获得更大的阻力或升力，导风环改变进风角度，导向的风能与风机中叶片的升力或阻力结合，提高二者的利用率，使风机在调节叶片角度过程中的风阻得到降低，进而提高发电效率。通过两种方式主动调节风机的输出功率。

优选地，所述风机包括上下两个环形圈，在所述环形圈内部设有套筒，在套筒与两个环形圈之间设置多个连接筋，所述连接筋围绕套筒的外周面在环形圈的内周面进行环形阵列，两个环形圈中的连接筋一一对应。

优选地，在两个环形圈之间设置多个风机叶片，所述风机叶片位于连接筋在环形圈中的延伸方向，风机叶片的长度与相邻连接筋之间的间隙相适配，任意相邻的两个风机叶片形成一个风道。

优选地，还包括第一轴承机构，远离套筒的所述风机叶片的一端通过第一轴承机构与环形圈连接，风机叶片通过第一轴承机构转动，还包括第一驱动机构，第一驱动机构的一端与连接筋连接，第一驱动机构的另一端与风机叶片连接，第一驱动机构使风机叶片的角度单个调节或者全部同步调节。

优选地，所述风机叶片的形状为机翼型叶片，所述机翼型叶片尾部为弧形，叶片表面为弧形面，叶片底面为线形面。

优选地，所述风机叶片的形状为机翼衍生型叶片，所述机翼衍生型叶片包括叶片尾部为弧形的第一机翼衍生型叶片或第二机翼衍生型叶片，第一机翼衍生型叶片的表面为弧形，底面的尾部为弧形且向外弯曲；

第二机翼衍生型叶片为薄板状叶片，叶片底面弧度沿着叶片表面弧度延伸，叶片的底面弧度与表面弧度相同，第二机翼衍生型叶片厚度小于第一机翼衍生型叶片厚度，第二机翼衍生型叶片表面弧度与第一机翼衍生型叶片表面弧度一致。

优选地，风机叶片与第一轴承机构连接的一端为叶片头部，另一端为叶片尾部，叶片头部朝着导风环的叶片进口方向；

所述风机叶片的形状为机翼型叶片时，叶片底面的线形面朝向环形圈的圆心；

所述风机叶片的形状为机翼衍生型叶片时，叶片的弯曲方向朝向环形圈的圆心。

优选地，所述导风环包括环形盖板，在两个环形盖板之间设有多个导风环叶片，导风环叶片通过设有第二轴承机构与环形盖板连接，在位于底部的环形盖板的底面设置第二驱动机构，所述第二驱动机构与第二轴承机构的底端连接，第二驱动机构驱动第二轴承机构使导风环叶片转动。

本实用新型的有益效果为：本实用新型为一种具有可调节叶角的垂直轴升阻型风机，1、通过调整进风角度的导风环导向的风进入风机内与风机叶片升力、阻力结合，提高风机利用率。2、风机叶片旋转过程中的风阻也得到降低，发电效率更高。3、导风环配合风机叶片，增加风机输出额定功率的范围，在极端大风情况下能保持功率输出，也能保证安全停机，保护风机。3、克服以往垂直轴风机无法主动调节风机输出功率的缺点，为建造大型、超大型垂直轴风力发电机机提供更具优势条件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的仰视图；

图3为本实用新型的另一种结构示意图；

图4为本实用新型的俯视图；

图5为本实用新型风机叶片种类的结构示意图。

附图说明：1-风机，10-环形圈，11-连接筋，12-风机叶片，121-机翼型叶片，122-机翼衍生型叶片，1221-第一机翼衍生型叶片，1222-第二机翼衍生型叶片，13-第一轴承机构，14-第一驱动机构，15-套筒，2-导风环，20-环形盖板，21-导风环叶片，22-第二轴承机构，23-第二驱动机构。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实用新型的实施例1为一种具有可调节叶角的垂直轴升阻型风机，包括用于调节进风角度的导风环2和位于导风环2内部的风机1，所述风机1的外侧邻近于所述导风环2的内侧相互靠近且存在间隙，所述导风环2将调节进风角度后的风导向至风机1中使其转动。

具体地，如图1、图2和图3所示，在风力发电装置中，风机1位于导风环2内部，导风环2将风能导向至风机1内使其产生转动，导风环2根据风能大小调节自身的进风角度，从而使风机1根据导风环2进风角度传输的风量大小调节风机1中的叶片角度，进而调节风机1中的叶片的攻角，获得更大的阻力或升力，导风环2改变进风角度，导向的风与风机1中叶片的升力或阻力结合，提高二者的利用率，使风机1在调节叶片角度过程中的风阻得到降低，进而提高发电效率。

进一步地，所述风机1通过从导风环2进入风机1的风的速度大小和方向调节风机1中的叶片角度，从而调节风机1的输出功率。

进一步地，导风环2通过外部风速大小调节导风环2的叶片角度，调整进入风机1的风的速度大小和方向，从而调节风机1的输出功率。

具体地，通过两种方式主动调节风机1的输出功率，一种是导风环2进入风机1的风的速度大小和方向，另一种是导风环2通过外部风速大小调节导风环2的叶片角度，进而调整进入风机1的风的速度大小和方向，实现风机1输出功率的主动调节。

进一步地，所述风机1包括上下两个环形圈10，在所述环形圈10内部设有套筒15，在套筒15与两个环形圈10之间设置多个连接筋11，所述连接筋11围绕套筒15的外周面在环形圈10的内周面进行环形阵列，两个环形圈10中的连接筋11一一对应。

具体地，如图3所示，风机1主体由上下两个环形圈10和位于其内部的套筒15组成，同时在环形圈10和套筒15之间设置多个连接筋11，三者组成了风机1的主体框架，连接筋11围绕套筒15的外周面进行环形阵列，连接筋11在上下环形圈10中的位置彼此相对应，为风机叶片12提供了安装条件。

进一步地，在两个环形圈10之间设置多个风机叶片12，所述风机叶片12位于连接筋11在环形圈10中的延伸方向，风机叶片12的长度与相邻连接筋11之间的间隙相适配，任意相邻的两个风机叶片12形成一个风道。

具体地，风机叶片12主要位于两个环形圈10之间，风机叶片12的最外端与风机叶片12在相连两个的连接筋11中旋转调节叶片角度，风机叶片12的整体长度等于相邻连接筋11之间的宽度，即风机叶片12对相邻连接筋11之间实现打开或关闭状态，全部关闭状态时可保护风机1。

进一步地，还包括第一轴承机构13，远离套筒15的所述风机叶片12的一端通过第一轴承机构13与环形圈10连接，风机叶片12通过第一轴承机构13转动。

具体地，如图3和图4所示，通过设置贯穿的第一轴承机构13，第一轴承机构13分别将两个环形圈10与风机叶片12进行相连接，从而使风机叶片12在两个连接筋11组成的空间内旋转，以调节叶片角度，进而调整风机叶片12的攻角，使风机1获得更大的阻力，在旋转过程中，风机叶片12朝向环形圈10的圆心旋转时，将会获得更大的叶片阻力，而且获得更大的启动扭力，叶尖速比降低；风机叶片12远离环形圈10的圆心旋转时，将会获得更大的叶片升力，则叶片启动扭力降低，叶尖速比增加。

进一步地，还包括第一驱动机构14，第一驱动机构14的一端与连接筋11连接，第一驱动机构14的另一端与风机叶片12连接，第一驱动机构14使风机叶片12的角度单个调节或者全部同步调节。

具体地，一个风机叶片12设有两个第一驱动机构14，分别将风机叶片12的顶部和底部与连接筋11相连，通过调节风机叶片12的角度来调节风机1的输出功率，第一驱动机构14可以采用液压推动杆或者电动推动杆或者气动推动杆的方式对风机叶片12提供驱动力，进而风机叶片12在第一轴承机构13的作用下实现旋转，确保实现叶片的推动，同时可控制调节后的风机叶片12角度固定。同时在调节叶片角度时，可控制单个风机叶片12或者全部风机叶片12的调节角度。

进一步地，远离所述环形圈10的风机叶片12一端与套筒15之间存在间隙。具体地，存在间隙是由于风机叶片12的整体长度与相邻连接筋11之间的宽度相适配，从而使进入风机1中的风能带动整个风机1转动，提高风机1的发电效率。

进一步地，所述风机叶片12的形状为机翼型叶片121，所述机翼型叶片121尾部为弧形，叶片表面为弧形面，叶片底面为线形面。

进一步地，所述风机叶片12的形状为机翼衍生型叶片122，所述机翼衍生型叶片122包括叶片尾部为弧形的第一机翼衍生型叶片1221或第二机翼衍生型叶片1222，第一机翼衍生型叶片1221的表面为弧形，底面的尾部为弧形且向外弯曲；第二机翼衍生型叶片1222为薄板状叶片，叶片底面弧度沿着叶片表面弧度延伸，叶片的底面弧度与表面弧度相同，第二机翼衍生型叶片1222厚度小于第一机翼衍生型叶片1221厚度，第二机翼衍生型叶片1222表面弧度与第一机翼衍生型叶片1221表面弧度一致。

具体地，如图5所示，在机翼型叶片121的基础上，机翼衍生型叶片122有两种，包括第一机翼衍生型叶片1221，在机翼型叶片121尾部加上更大的弧度，追求更大的阻力，使风机1偏向阻力型，另一种为第二机翼衍生型叶片1222，采用薄板，贴合机翼型的迎风的外表面，此形状仍然具有升力阻力特性，同时制造加工更方便，成本更低。

进一步地，风机叶片12与第一轴承机构13连接的一端为叶片头部，另一端为叶片尾部，叶片头部朝着导风环2的叶片进口方向；所述风机叶片12的形状为机翼型叶片121时，叶片底面的线形面朝向环形圈10的圆心；所述风机叶片12的形状为机翼衍生型叶片122时，叶片的弯曲方向朝向环形圈10的圆心。

具体地，如图3所示，对两种叶片类型在风机叶片12中的安装布置进行阐述，主要为叶片头部朝向导风环叶片21进口的方向。

进一步地，所述导风环2包括环形盖板20，在两个环形盖板20之间设有多个导风环叶片21，导风环叶片21通过设有第二轴承机构22与环形盖板20连接，在位于底部的环形盖板20的底面设置第二驱动机构23，所述第二驱动机构23与第二轴承机构22的底端连接，第一驱动机构14驱动第二轴承机构22使导风环叶片21转动。

具体地，通过设置第二轴承机构22，使导风环叶片21在两个环形盖板20内发生转动来调整导风环叶片21的角度，进而调整导向的进风角度，发挥风能的最大利用率，最大实现发电效率。如图2所示，第二驱动机构23由电动推杆和液压活塞，在二者之间设有链片单元，链片单元与第二轴承机构22的底端连接，在导风环2中设有智能机构，用于检测风向，根据此风向大小，第二驱动机构23便通过第二轴承机构22中的导风环叶片21发生转动而调整角度，同时导风环2与风机叶片12相互配合，增加风机1输出额定功率的范围，在极端大风情况下能保持功率输出，也能保证安全停机，保护风机1。

本实用新型的工作原理为：位于导风环2内部的风机1，导风环2的叶片角度可调整，风机1的叶片角度可调整，二者的叶片角度调整方向不同，导风环叶片21在两个环形盖板20之间进行整体的转动；风机叶片12的一端(叶片头部)固定连接于环形圈10中，远离环形圈10的风机叶片12的一端(叶片尾部)作为转动端，在相邻两个连接筋11组成的空间内进行转动，可实现对相邻连接筋11组成空间的开启或关闭。同时，通过导风环2改变的进风角度，或者进入风机1中的风速大小通过第一驱动机构14调节风机叶片12在第一轴承机构13中发生转动以调节单个风机叶片12角度或者同步调节全部风机叶片12的角度，即调节风机叶片12的攻角，风机叶片12向圆心调节，获得更大的阻力，风机叶片12朝圆心外调节，获得更大升力，经调整进风角度的导风环2导向的风能与风机叶片12升力、阻力结合，提高利用率；风机叶片12旋转过程中的风阻也得到降低，发电效率更高；导风环2配合风机叶片12，增加风机1输出额定功率的范围，在极端大风情况下能保持功率输出，也能保证安全停机，保护风机1。通过导风环2进入风机1的风的速度大小和方向，或者导风环2通过外部风速大小调节导风环2的叶片角度，进而调整进入风机1的风的速度大小和方向，实现风机1输出功率的主动调节。

实施例2

本实施例2在实施例1的基础上进行实施，还包括风力传感器(图中未示出)，风力传感器主要位于风机1的顶部，用于监测进入风机1内的风能大小，可将此信息通过处理器传输至显示器中，以供实时监测。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，包括用于调节进风角度的导风环(2)和位于导风环(2)内部的风机(1)，所述风机(1)的外侧邻近于所述导风环(2)的内侧相互靠近且存在间隙，所述导风环(2)将调节进风角度后的风导向至风机(1)中使其转动。

2.根据权利要求1所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，所述风机(1)通过从导风环(2)进入风机(1)的风的速度大小和方向调节风机(1)中的叶片角度，从而调节风机(1)的输出功率。

3.根据权利要求1所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，导风环(2)通过外部风速大小调节导风环(2)的叶片角度，调整进入风机(1)的风的速度大小和方向，从而调节风机(1)的输出功率。

4.根据权利要求1所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，所述风机(1)包括上下两个环形圈(10)，在所述环形圈(10)内部设有套筒(15)，在套筒(15)与两个环形圈(10)之间设置多个连接筋(11)，所述连接筋(11)围绕套筒(15)的外周面在环形圈(10)的内周面进行环形阵列，两个环形圈(10)中的连接筋(11)一一对应。

5.根据权利要求4所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，在两个环形圈(10)之间设置多个风机叶片(12)，所述风机叶片(12)位于连接筋(11)在环形圈(10)中的延伸方向，风机叶片(12)的长度与相邻连接筋(11)之间的间隙相适配，任意相邻的两个风机叶片(12)形成一个风道。

6.根据权利要求5所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，还包括第一轴承机构(13)，远离套筒(15)的所述风机叶片(12)的一端通过第一轴承机构(13)与环形圈(10)连接，风机叶片(12)通过第一轴承机构(13)旋转，还包括第一驱动机构(14)，第一驱动机构(14)的一端与连接筋(11)连接，第一驱动机构(14)的另一端与风机叶片(12)连接，第一驱动机构(14)使风机叶片(12)的角度单个调节或者全部同步调节。

7.根据权利要求6所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，所述风机叶片(12)的形状为机翼型叶片(121)，所述机翼型叶片(121)尾部为弧形，叶片表面为弧形面，叶片底面为线形面。

8.根据权利要求6所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，所述风机叶片(12)的形状为机翼衍生型叶片(122)，所述机翼衍生型叶片(122)包括叶片尾部为弧形的第一机翼衍生型叶片(1221)或第二机翼衍生型叶片(1222)，第一机翼衍生型叶片(1221)的表面为弧形，底面的尾部为弧形且向外弯曲；

第二机翼衍生型叶片(1222)为薄板状叶片，叶片底面弧度沿着叶片表面弧度延伸，叶片的底面弧度与表面弧度相同，第二机翼衍生型叶片(1222)厚度小于第一机翼衍生型叶片(1221)厚度，第二机翼衍生型叶片(1222)表面弧度与第一机翼衍生型叶片(1221)表面弧度一致。

9.根据权利要求7或8任一项所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，风机叶片(12)与第一轴承机构(13)连接的一端为叶片头部，另一端为叶片尾部，叶片头部朝着导风环(2)的叶片进口方向；

所述风机叶片(12)的形状为机翼型叶片(121)时，叶片底面的线形面朝向环形圈(10)的圆心；

所述风机叶片(12)的形状为机翼衍生型叶片(122)时，叶片的弯曲方向朝向环形圈(10)的圆心。

10.根据权利要求6所述的一种具有可调叶角的垂直轴升阻型风机，其特征在于，所述导风环(2)包括环形盖板(20)，在两个环形盖板(20)之间设有多个导风环叶片(21)，导风环叶片(21)通过设有第二轴承机构(22)与环形盖板(20)连接，在位于底部的环形盖板(20)的底面设置第二驱动机构(23)，所述第二驱动机构(23)与第二轴承机构(22)的底端连接，第二驱动机构(23)驱动第二轴承机构(22)使导风环叶片(21)转动。