CN85203805U

CN85203805U - 共轴式风力机

Info

Publication number: CN85203805U
Application number: CN198585203805U
Authority: CN
Inventors: 黄胜初
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1986-10-29

Abstract

本实用新型是一种风能利用装置。它以水平轴式风力机为主体，把水平轴式和立轴式两种风力机所固有的特点融为一体。借助立轴叶片，产生辅助力矩，形成较理想的风轮流道。同时，添加的水平轴副叶片，实现了对风能的多级利用。这样本装置风轮就能大量地吸收风轮回转体外围的气流能量，为提高风能利用系数找到了理论根据和实施方案。本机所设计的三角形桁架结构，又极大地增加了风轮的强度和可靠性，从而提供了一种高效、低廉、可靠的共轴式风力机。

Description

本发明是一种风能利用装置。

目前国内外通用的风力机一般可分为立轴式和水平轴式两种。立轴式风力机若不装辅助装置，本身就不能自行起动；而且，只有风速超过5m／s时，才产生功率；同时其叶片的实度比较大，使风轮的结构变得复杂；立轴式风力机的可利用风速范围也较窄，故它的风能利用系数较水平轴的低。上述缺陷是造成立轴风力机的经济性差、效率低的主要原因，并使其作为商品使用远不如水平轴风力机。

虽然水平轴风力机较立轴式风力机有着不容争辫的优点，然而它的风能利用系数也只能达到35％左右。从已检索的国外专利文献中（参见本文后面的参考文献），也不难看出，不管是哪个品种的风力机，进入风轮利用区的气流，仅仅只一次性的单级利用，而不象汽轮机的多级叶轮那样，可对气流进行多级利用，以致获得较好的使用效率。

目前常用的风力机中，风轮迴转面周围的气流不仅得不到充分的利用，反而有一部份作用在风轮上的气流从其迴转面的边缘飞逸走了。结果就大大降低了风能的利用系数，使其与理论效率59％相差甚远。

还需指出的是，目前风力机的叶片结构，不是悬臂梁式，就是平行四边形式，或是φ型模式。这些叶片的强度往往承受不了台风的袭击和恶劣气候的影响，造成叶片的超前疲劳和折断。因之，目前的风力机投资较大，维护费用较高且可靠性较差。所以，提高风力机的效率，降低单台风机的生产成本和增加可靠性，仍是国内外风力机制造厂家所追求的目标。

本发明装置的目的在于克服上述缺点，而提供一种共轴式风力机。它把立轴式和水平式两种风力机的固有特点融为一体，以水平轴风力机为主体，借助立轴叶片和水平轴副叶片，进行简单的组合，从而提供一种高效、低廉、可靠的风能利用装置——共轴式风力机。

下面列举图例对本发明装置的结构进行说明。附图1是本发明装置的风轮立体图（只画出一组三角形桁架结构），附图2是该风轮的侧视图。附图3是图2中A－A剖视后的风轮剖面图。发明是这样实现的：如图3所示，该装置有一围绕水平主轴（5）旋转的轮毂（4），轮毂（4）与主轴（5）刚性联接，风轮的动力通过主轴（5）传入到风轮驱动的各种工作机中。在轮毂（4）上均匀的安装着三支水平轴主叶片（2），其安装角度为8°～35°（图中未画出）。而在主叶片（2）的端部，安装着立轴式风力机的叶片（1），如图2、3所示其翼展方向在风轮外侧与主轴（5）的中心线的夹角为5°～30°水平轴副叶片（3）安装在立轴叶片（1）的后缘和轮毂（4）之间、在风轮旋转方向与水平轴主叶片（2）滞后α角（α在10°～40°之间）、在迎风方向与水平轴主叶片（2）滞后8°～40°的方位。所述水平轴主叶片（2）、水平轴副叶片（3）、主轴叶片（1）和轮毂（4）组成三角形桁架结构，再由二组、三组、三组以上的这种三角形桁架结构构成共轴式风轮。

此外，立轴叶片（1）采用较大升阻比的翼型，水平轴主叶片（2）和副叶片（3）为同一翼型，其翼弦之比为2～4比1。

本发明装置的作用和效果是：

（一）本装置中的水平轴主叶片（2）构成水平轴第一级风轮，水平轴副叶片（3）构成了水平轴第二级风轮，立轴叶片（1）则组成立轴式风轮。这样，由上述二个水平轴风轮和一个立轴式风轮构成的三个风轮，实现了对风能的多级利用。

（二）本装置中上述三角形桁架结构具有较高的强度和极佳的稳定性，这不仅极大地提高了叶片的抗疲劳性、整个风轮的抗振性和风力机的抗大风能力。而且确保了风力机的可靠性，同时也有利于降低生产成本。

（三）本装置中立轴叶片（1），除可对主轴（5）产生一个辅助力矩外，还可减少水平轴主叶片（2）的下洗和诱导阻力，同时提高了水平叶片（2）的升力，增加了风力机的出力。

（四）本装置中立轴叶片（1）工作时，在水平轴主叶片（2）构成的第一级风轮前，形成一个引风导管，构成均匀的收缩流道，以减少风力损失。同时，进入风轮的气流，不再通过水平轴叶片端部向风轮外逸去，这也显著地减少了风能损失。

（五）本装置中立轴叶片（1），在上述第一级风轮的

风侧，所产生的升力，可帮助气流的扩散，并在

风侧造成一定的负压，使更多的气流被吸入风轮迴转体，从而大大地增加了通过各叶片的气流，这不仅使本发明的风力机的起动风速比一般的水平轴风力机的起动风速下降1－2m／s，而且工作时，对风能的利用率也显著地提高了。

（六）本装置中有较大升阻比的立轴叶片（1），组成的第三级风轮工作时，其翼型周围的气流靠近风轮轴（即主轴（5）内表面处是低压区，靠近外表面处是高压区。这样可把风轮迴转体外围的气流导入风轮区，结果在不增大风轮直径的情况下，实际增加了风轮的受风面积，使风力机的风能利用系数突破BetZ极限可能实现。

（七）一般的水平轴风力机的风轮出口处有一环量，它会影响风轮吸收风能。但由于安装了与主轴（5）成5°～30°的立轴叶片（1）后，就可加大出口风道的扩散度，而利于风能的回收。

（八）本装置中水平轴副叶片（3）既是风能吸收元件，又是风轮的结构增强构件。

美国专利第4334823号中，曾表明在较先进的立轴式风力机中，立轴叶片的翼弦与其叶片支臂的交角在90°～120°范围内变化时，立轴叶片仍可产生升力。而本发明装置中，立轴叶片（1）的翼弦也是与其支臂（本发明中是水平轴主叶片（2）的交角在90°～120°范围，故具有立轴式风力机的实质特征。这样立轴叶片（1）才可能在气流作用下，在主轴（5）上产生一个辅助力矩。于是主轴（5）既是立轴式风轮的旋转轴，也是由主、副叶片组成的水平轴式风力机的旋转轴，这样就把一个立轴式风轮与两个水平轴式风轮融为一体，构成了共轴式风力机。

本发明可广泛应用在各种水平轴式风力机中，若本发明装置应用在中型和大型的风力机中，宜采用两组三角形桁架结构组成的风轮；若应用在小型、微型或低风速下远行的风力机中，除采用两组三角形桁架结构组成的风轮外，也可采用三组或三组以上的上述风轮。

参考文献

一、美国专利：

1、第4325647号；

2、第4334823号；

3、第4370095号；

4、第4362469号；

5、第4325675号；

6、第3924966、4439105、4450364号；

二、日本专利：

1、《特许公报》昭59－42751

2、《特许公报》昭56－42752

3、《特许公报》昭59－48309

三、西德专利：

1、第3331166号

2、第3225456、3008327、2753891、2823790号

四、法国专利：

第2166697、2259251、2289767、2286243号

Claims

1、一种风能利用装置-共轴式风力机。该装置有一围绕水平主轴[5]旋转的轮毂[4]，水平轴主叶片[2]以8°～35°的安装角均匀地紧固在轮毂[4]上，其特征在于：

A、所述水平轴主叶片[2]的端部，安装着立轴式风力机的叶片[1]，其翼展方向在风轮外侧与主轴[5]的中心线的夹角为5°～30°。

B、水平轴副叶片[3]安装在立轴叶片[1]的后缘和轮毂[4]之间、在风轮旋转方向与水平轴主叶片[2]滞后α角(α在10°～40°之间)、在迎风方向与水平轴主叶片[2]滞后8°～40°的方位。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是立轴叶片〔1〕采用较大升阻比的翼型。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征是水平轴主叶片〔2〕和副叶片〔3〕为同一翼型，其翼弦之比为2～4比1。