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CN109356787B - 低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构 - Google Patents

低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构 Download PDF

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CN109356787B
CN109356787B CN201811558859.9A CN201811558859A CN109356787B CN 109356787 B CN109356787 B CN 109356787B CN 201811558859 A CN201811558859 A CN 201811558859A CN 109356787 B CN109356787 B CN 109356787B
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Abstract

本发明提供低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机新型风轮结构，其具有凹型开口的升力型叶片按一定规则排列形成具有一定挡风能力的阻力型叶片组。使用该结构的风轮具有在2m/s风速条件下，叶片通过其自身结构凹型开口部位和形成的阻力型叶片组启动，具有阻力型叶片易启动的特点，不需要外界提供启动力矩；启动后，由于其使用的是升力型叶片，因此可保证风力机具有30％以上的风能利用率。

Description

低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构
技术领域
本发明属于垂直轴风力发电机领域，尤其涉及具有凹型开口的升力型叶片及利用该叶片构成的特殊排列结构的叶片组形成的升阻复合型风轮。
背景技术
风力发电机简称风力机，根据风轮轴与地面的相对位置分为水平轴风力机和垂直轴风力机两类，垂直轴风力机按风轮叶片工作原理可分为阻力型、升力型、升力-阻力组合型。阻力型垂直轴风力机主要是利用空气流过叶片产生阻力作为驱动力，而升力型则是利用空气流过叶片产生升力作为驱动力，升力-阻力组合型则是结合阻力型和升力型两者驱动原理工作的。
传统升阻垂直轴发电机H型风轮，如图1所示，由叶片、支撑杆、转动轴等部件构成，传统的H型升阻风轮上的升力型叶片安装角度是叶片的弦线与风轮圆周的切线方向一致，阻力型叶片安装角度是阻力板的平面与风轮圆周的径向一致。刚启动时，风轮的启动转矩来源于安装在其上的阻力型叶片，当转速达到一定的速度后，由风轮的升力型叶片带动垂直轴风力机旋转，此时的阻力型叶片则有可能消耗能量。
如图2所示，是现有技术中的基于翼型NACA0015的开口型翼型风轮安装结构示意图，其包括基于NACA0015的开口型叶片、支撑杆、转动轴，是CHEN等在翼型NACA0015的基础上，在翼型某一缘面上进行纵向切割，保留较大的一部分翼型，此种叶片能提高翼型的静态扭矩，从而提高垂直轴风力机的自启动性能。但启动风速也需要达到5m/s及以上。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种具有凹型开口的升力型叶片通过特殊的排列结构重新布置，使其满足在低风速条件下具有较好的启动性能，同时在高风速条件下具有较好的风能利用率。
本发明采用如下技术方案：
低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴、支撑杆、具有凹型开口的升力型叶片，转动轴上安装支撑杆，支撑杆另一端上安装具有凹型开口的升力型叶片。转动轴上布置的若干组支撑杆各自连接对应的叶片组，每一个叶片组内布置有在不同转动轨道的叶片，具有凹型开口的升力型叶片开口位置统一朝向风轮圆周外或统一朝向风轮圆周内，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片径向之间具有一定的间距。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次顺时针(俯视风轮)排列，内或外侧轨道上的具有凹型开口的升力型叶片布置在外或内侧轨道上具有凹型开口的升力型叶片的后侧。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次逆时针(俯视风轮)排列，内或外侧轨道上的具有凹型开口的升力型叶片布置在外或内侧轨道上具有凹型开口的升力型叶片的后侧。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片均顺时针(俯视风轮)在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片均逆时针(俯视风轮)在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，具有凹型开口的升力型叶片安装时的安装角(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)在0-8°范围内调节。
本发明进一步的技术方案是，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等因素兼顾下述两方面要求进行计算确定：刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
本发明的另一种实现方式是：
低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴、转盘、具有凹型开口的升力型叶片。转盘分成半径不同的轨道，具有凹型开口的升力型叶片上下两端分别固定在上转盘和下转盘上，内轨道与外轨道上的具有凹型开口的升力型叶片组成叶片组，具有凹型开口的升力型叶片开口位置统一朝向风轮圆周外或统一朝向风轮圆周内，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片径向之间具有一定的间距。
半径不同的轨道即半径不同的圆环。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次顺时针(俯视风轮)排列，内或外轨道上的具有凹型开口的升力型叶片布置在外或内轨道上具有凹型开口的升力型叶片的后侧。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次逆时针(俯视风轮)排列，内或外轨道上的具有凹型开口的升力型叶片布置在外或内轨道上具有凹型开口的升力型叶片的后侧。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片均顺时针(俯视风轮)在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片均逆时针(俯视风轮)在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，具有凹型开口的升力型叶片安装时的安装角(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)在0-8°范围内调节。
本发明进一步的技术方案是，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等因素兼顾下述两方面要求进行计算确定：刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
本发明的有益效果：
本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机新型风轮结构，采用具有开口的升力型翼型构成阻力型叶片组，具有低风速自启动和启动后较高风能利用率的特点。
风轮每叶片组内各叶片的特殊安装位置组合，形成了具有一定挡风能力的挡板，在风轮启动时，有阻力型风力机容易启动的特点，可以在较低的风速(风速2m/s)，完成风力机的启动；启动后，由于其使用的是升力型叶片，因此可保证风力机具有30％以上的风能利用率。
目前纯阻力型风力机风能利用率为15％以下，自启动风速为2m/s；纯升力型风力机风能利用率为30％以上，但无法自启动，需要外部电动机驱动启动；一般升力与阻力组合型风力机风能利用率约为20-25％，可以自启动，自启动风速为3m/s。具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力机，自启动风速在2m/s，工作风速在2-25m/s(25m/s及以上风速时，需停机处理否则会损坏风力机)。由于具有在启动时有纯阻力型风力机易启动的特点，自启动风速低，启动后有纯升力型风力机风能利用率高的特点，风能利用率可达30％以上，因此使用本发明技术的风力机具有更高效地利用风能创造社会财富的作用。
附图说明
图1为背景技术中的升阻型垂直轴风力发电机风轮的结构俯视图；
图2为背景技术中基于翼型NACA0015的开口型翼型叶片风轮结构示意图；
图3为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例1结构俯视图；
图4为本发明具有凹型开口的升力型叶片在实施例1中支撑杆连接叶片的结构示意图；
图5为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例2结构俯视图；
图6为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例3结构俯视图；
图7为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例4结构俯视图；
图8为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例5结构俯视图；
图9为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例6结构俯视图；
图10为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例7结构俯视图；
图11为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例8的结构俯视图；
图12为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例9的结构示意图；
图13为本发明使用的具有凹型开口的升力型叶片的结构示意图；
图14为本发明具有凹型开口的升力型叶片在运行中周围的压力分布图；
图15为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例17的结构俯视图；
图16为本发明具有凹型开口的升力型叶片组实施例20的结构俯视图。
图中，1-转动轴、2-支撑杆、3-阻力型叶片、4-升力型叶片、5-具有凹型开口的升力型叶片、6-叶片组构成的阻力挡板、7-上转盘、8-下转盘。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图3、13所示，本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴1、支撑杆2、具有凹型开口的升力型叶片5，转动轴1上安装支撑杆2，转动轴1上的支撑杆2安装方式采用现有安装方式，既可以是焊接，也可以螺栓连接、铆接等方式固定在转动轴1上。
支撑杆2另一端上安装具有凹型开口的升力型叶片5。支撑杆2既可以采用如图4所示方案与叶片固定：支撑杆2一端通过螺栓或铆接等紧固方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5内部；也可以采用其他方式，诸如将支撑杆2一端用焊接方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5上。
本领域人员应当知晓，此处的螺栓紧固或铆接或焊接不是对支撑杆与具有凹型开口的升力型叶片5连接方式的限制，而应当理解为但凡能让具有凹型的升力型叶片5安装在支撑杆上且能正常稳定运行的连接方法都适用于本发明。
如图4所示，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，叶片的安装角α(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)一般可在0-8°范围内调节。
转动轴1上的支撑杆2可分为若干组，若干组支撑杆2各自连接对应的叶片组，每一个叶片组内布置有在不同转动轨道运行的具有凹型开口的升力型叶片5，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周外，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板6，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片径向之间具有一定的间距。
叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等进行计算确定，一般按照兼顾以下两个方面的准则进行设计：即在刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片与叶片之间的间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次逆时针(俯视风轮)排列，内侧轨道上的具有凹型开口的升力型叶片5布置在外侧轨道上具有凹型开口的升力型叶片5的后侧，如图3所示。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
实施例2
如图5、13所示，本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴1、支撑杆2、具有凹型开口的升力型叶片5，转动轴1上安装支撑杆2，转动轴1上的支撑杆安装方式采用现有安装方式，既可以是焊接，也可以螺栓连接、铆接等方式固定在转动轴1上。
支撑杆2另一端上安装具有凹型开口的升力型叶片5。支撑杆2既可以采用如图4所示方案与叶片固定：支撑杆2一端通过螺栓或铆接等紧固方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5内部；也可以采用其他方式，诸如将支撑杆2一端用焊接方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5上。
本领域人员应当知晓，此处的螺栓紧固或铆接或焊接不是对支撑杆与具有凹型开口的升力型叶片5连接方式的限制，而应当理解为但凡能让具有凹型的升力型叶片5安装在支撑杆上且能正常稳定运行的连接方法都适用于本发明。
如图4所示，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，叶片的安装角α(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)一般可在0-8°范围内调节。
转动轴1上的支撑杆2可分为若干组，若干组支撑杆各自连接对应的叶片组，每一个叶片组内布置有在不同转动轨道运行的具有凹型开口的升力型叶片5，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周外，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次排列，使每组叶片组内的叶片5排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板6，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5径向之间具有一定的间距。
叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等进行计算确定，一般按照兼顾以下两个方面的准则进行设计：即在刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片与叶片之间的间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次逆时针(俯视风轮)排列，外侧轨道上的具有凹型开口的升力型叶片5布置在内侧轨道上具有凹型开口的升力型叶片5的后侧，如图5所示。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
实施例3
如图6、13所示，本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴1、支撑杆2、具有凹型开口的升力型叶片5，转动轴1上安装支撑杆2，转动轴1上的支撑杆2安装方式采用现有安装方式，既可以是焊接，也可以螺栓连接、铆接等方式固定在转动轴1上。
支撑杆2另一端上安装具有凹型开口的升力型叶片5。支撑杆2既可以采用如图4所示方案与叶片固定：支撑杆2一端通过螺栓或铆接等紧固方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5内部；也可以采用其他方式，诸如将支撑杆2一端用焊接方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5上。
本领域人员应当知晓，此处的螺栓紧固或铆接或焊接不是对支撑杆与具有凹型开口的升力型叶片5连接方式的限制，而应当理解为但凡能让具有凹型的升力型叶片5安装在支撑杆上且能正常稳定运行的连接方法都适用于本发明。
如图4所示，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，叶片的安装角α(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)一般可在0-8°范围内调节。
转动轴1上的支撑杆2可分为若干组，若干组支撑杆2各自连接对应的叶片组，每一个叶片组内布置有在不同转动轨道运行的具有凹型开口的升力型叶片5，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周外，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次排列，使每组叶片组内的叶片5排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板6，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5径向之间具有一定的间距。
叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等进行计算确定，一般按照兼顾以下两个方面的准则进行设计：即在刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片与叶片之间的间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次顺时针(俯视风轮)排列，内侧轨道上的具有凹型开口的升力型叶片5布置在外侧轨道上具有凹型开口的升力型叶片5的后侧，如图6所示。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
实施例4
如图7、13所示，本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴1、支撑杆2、具有凹型开口的升力型叶片5，转动轴1上安装支撑杆2，转动轴1上的支撑杆2安装方式采用现有安装方式，既可以是焊接，也可以螺栓连接、铆接等方式固定在转动轴1上。
支撑杆2另一端上安装具有凹型开口的升力型叶片5。支撑杆2既可以采用如图4所示方案与叶片固定：支撑杆2一端通过螺栓或铆接等紧固方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5内部；也可以采用其他方式，诸如将支撑杆2一端用焊接方法安装在具有凹型开口的升力型叶片5上。
本领域人员应当知晓，此处的螺栓紧固或铆接或焊接不是对支撑杆与具有凹型开口的升力型叶片5连接方式的限制，而应当理解为但凡能让具有凹型的升力型叶片5安装在支撑杆上且能正常稳定运行的连接方法都适用于本发明。
如图4所示，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，叶片的安装角α(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)一般可在0-8°范围内调节。
转动轴1上的支撑杆2可分为若干组，若干组支撑杆2各自连接对应的叶片，每一个叶片组内布置有在不同转动轨道运行的具有凹型开口的升力型叶片5，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周外，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板6，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片径向之间具有一定的间距。
叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等进行计算确定，一般按照兼顾以下两个方面的准则进行设计：即在刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片与叶片之间的间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次顺时针(俯视风轮)排列，外侧轨道上的具有凹型开口的升力型叶片5布置在内侧轨道上具有凹型开口的升力型叶片5的后侧，如图7所示。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
实施例5
如图8、13所示，实施例5是在实施例1的结构上改进而来，唯一改变之处是，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周内。
实施例5其余结构与实施例1的其余结构相同。
实施例6
如图9、13所示，实施例6是在实施例2的结构上改进而来，唯一改变之处是，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周内。
实施例6其余结构与实施例2的其余结构相同。
实施例7
如图10、13所示，实施例7是在实施例3的结构上改进而来，唯一改变之处是，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周内。
实施例7其余结构与实施例3的其余结构相同。
实施例8
如图11、13所示，实施例8是在实施例4的结构上改进而来，唯一改变之处是，具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周内。
实施例8其余结构与实施例4的其余结构相同。
实施例9.
如图12、13所示，低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴1、上转盘7、下转盘8、具有凹型开口的升力型叶片5。上转盘7、下转盘8为圆盘状，具有凹型开口的升力型叶片5固定在上转盘和下转盘之间，上转盘7、下转盘8不同半径的轨道上的具有凹型开口的升力型叶片5组成叶片组。
具有凹型开口的升力型叶片的上下两端可以采用焊接、螺栓连接或铆接等方式分别固定在上转盘和下转盘上，也可以在具有凹型开口的升力型叶片5的上下两端均安装连接件，再在上转盘、下转盘上安装相应支撑部件，从而将具有凹型开口的升力型叶片5上下两端分别固定在上转盘、下转盘上。
如图4所示，根据不同地区风速的大小，及风力机运行条件等因素，叶片的安装角α(叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角)一般可在0-8°范围内调节。
具有凹型开口的升力型叶片5开口位置均统一朝向风轮圆周外，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板6，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5径向具有一定间距。
叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片5之间的径向距离需要根据当地的风速、风力机的运行条件等进行计算确定，一般按照兼顾以下两个方面的准则进行设计：即在刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片与叶片之间的间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5渐次逆时针(俯视风轮)排列，内侧环上的具有凹型开口的升力型叶片5布置在外侧环上具有凹型开口的升力型叶片5的后侧，如图3所示。
本发明进一步的技术方案是，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
本发明进一步的技术方案是，具有本发明的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构的风力发电机，主要适合于安装在风速低，风向经常改变，风力时断时续，及风力大小不稳定的内陆地区。
实施例10.
实施例10是在实施例2的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例2中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例10的其余结构与实施例2相同。
实施例11.
实施例11是在实施例3的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例3中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例11的其余结构与实施例3相同。
实施例12.
实施例12是在实施例4的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例4中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例12的其余结构与实施例4相同。
实施例13.
实施例13是在实施例5的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例5中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例13的其余结构与实施例5相同。
实施例14.
实施例14是在实施例6的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例6中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例14的其余结构与实施例6相同。
实施例15
实施例15是在实施例7的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例7中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例15的其余结构与实施例7相同。
实施例16
实施例16是在实施例8的结构上改进而来，唯一不同之处是将实施例8中具有凹型开口的升力型叶片5的固定方式替换为固定在上转盘7、下转盘8之间。
实施例16的其余结构与实施例8相同。
实施例17
如图15所示，实施例17是在实施例1的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例18
实施例18是在实施例3的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例19
实施例19是在实施例5的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例20
如图16所示，实施例20是在实施例7的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例21
实施例21是在实施例9的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例22
实施例22是在实施例11的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例23
实施例23是在实施例13的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
实施例24
实施例24是在实施例15的基础上改进而来，唯一不同之处是每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片5在风轮径向上叶片间呈平行状态排列。
如图13所示，实施例1-24中的具有凹型开口的升力型叶片的翼型可以为申请号为CN03804514.1(公开号：CN 1639461A)，发明名称为“风力发电用的风车”的翼型：该叶片的外皮，通过将1片结构的由铝合金或塑料(包括玻璃钢(FRP))等材料构成的薄板状的原材料弯曲而被形成为流线形的翼型。
在叶片内，嵌插有剖面大体呈コ字状的支撑横梁，支撑横梁在叶片的上下面上分别通过铆钉或粘接剂而被安装，从而可以防止旋转时的叶片变形。
如图4所示，并且叶片还可以是开口回流式(哥亭根式)翼型等为代表的在飞机上所使用的流线形的翼型，在翼下面的后缘上形成有切缺部B。该翼下面，根据翼的空气动力特性，从距离前缘a为35％～45％间的位置至后缘b都被切除。其结果，叶片被形成为雷诺数低、升力系数高那样的翼型。
在风力机进行启动或风轮尖速比小于1时，具有凹型开口的升力型叶片具有切缺部，更重要的是具有凹型开口的升力型叶片按特殊的排列方式组合在一起构成叶片组，类似形成一个具有挡风作用的阻力型大叶片，所以相对于图3的A方向的风，在尖速比为1以下的低转速区域内，风通过叶片组形成的阻力板效应产生风轮旋转的力矩。由于纯阻力型叶片风轮在较低风速条件下，也有较大的风力驱动力矩，具有凹型开口的升力型叶片按特殊的排列方式组合在一起构成叶片组形成阻力板效应的风轮，有纯阻力型风轮的特点，因此可以在较低的风速条件下完成启动。
在风轮尖速比达到1以上时，单个叶片的周围，相对于来自于前方(图4箭头方向)的风形成了如图14所示的那样的压力分布。即，叶片所使用的翼型的压力分布是在翼下面的前部分有比外气压高的压力，在后部分则是与外气压基本相同的压力，在上面，由于流速因前端的翼形状而被加速，因此压力变小，所以，虽然在叶片的下面的后部设置了切缺部，但对翼的空气动力特性影响较小。具有凹型开口的升力型叶片虽按特殊的排列方式组合在一起构成叶片组，但每个凹型开口的升力型叶片均有在风轮高速旋转时在相对气流作用下产生升力的能力，因此，风轮有纯升力型叶片风轮风能利用率高的特点。
叶片使用的是雷诺数低、具有高升力系数的翼型，所以在叶片上，通过风产生升力，而这些力使风轮旋转。
叶片的雷诺数在30，000～3,000，000的范围，升力系数在1.0～1.4的范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴、支撑杆、具有凹型开口的升力型叶片，转动轴上安装支撑杆，支撑杆另一端上安装具有凹型开口的升力型叶片，其特征在于，转动轴上布置的若干组支撑杆各自连接对应的叶片组，每一个叶片组内布置有在不同转动轨道的叶片，具有凹型开口的升力型叶片开口位置统一朝向风轮圆周外或统一朝向风轮圆周内，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片径向之间具有间距。
2.低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，包括转动轴、转盘、具有凹型开口的升力型叶片，其特征在于，转盘分成不同半径的轨道，具有凹型开口的升力型叶片上下两端分别固定在上转盘和下转盘上，内轨道与外轨道上的具有凹型开口的升力型叶片组成叶片组，具有凹型开口的升力型叶片开口位置统一朝向风轮圆周外或统一朝向风轮圆周内，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次排列，使每个叶片组内的叶片排列状态接近一整块挡风板，形成由叶片组构成的阻力挡板，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片径向之间具有间距。
3.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，俯视风轮方向，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次顺时针排列，叶片的顺时针排列是指使风轮的旋转方向是顺时针方向的叶片排列；风轮旋转时，风从叶片的前缘流向后缘，升力型叶片的前缘是升力型叶片的迎风面，升力型叶片的后缘是升力型叶片的背风面，内轨道/外轨道上的具有凹型开口的升力型叶片布置在外轨道/内轨道上具有凹型开口的升力型叶片的后缘的后方。
4.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，俯视风轮方向，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片渐次逆时针排列，叶片的逆时针排列是指使风轮的旋转方向是逆时针方向的叶片排列；风轮旋转时，风从叶片的前缘流向后缘，升力型叶片的前缘是升力型叶片的迎风面，升力型叶片的后缘是升力型叶片的背风面，内轨道/外轨道上的具有凹型开口的升力型叶片布置在外轨道/内轨道上具有凹型开口的升力型叶片的后缘的后方。
5.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，俯视风轮方向，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片均顺时针在风轮径向上叶片间呈平行状态排列，顺时针在风轮径向上叶片间呈平行状态排列是指使风轮的旋转方向是顺时针方向的在风轮径向上叶片间呈平行状态的排列。
6.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，俯视风轮方向，每一个叶片组内具有凹型开口的升力型叶片均逆时针在风轮径向上叶片间呈平行状态排列，逆时针在风轮径向上叶片间呈平行状态排列是指使风轮的旋转方向是逆时针方向的在风轮径向上叶片间呈平行状态的排列。
7.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，每一个叶片组内至少包括2片叶片，对来自于任何方向的风都能高效地使风轮旋转，与风向无关。
8.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，根据不同地区风力机运行条件因素，具有凹型开口的升力型叶片安装时叶片的弦线与风轮圆周切线的夹角即安装角在0-8°范围内调节。
9.根据权利要求1或2所述的低风速自启动垂直轴升阻复合型风力发电机风轮结构，其特征在于，叶片组内相邻具有凹型开口的升力型叶片之间的径向距离需要根据当地风力机的运行条件因素兼顾下述两方面要求进行计算确定：刚启动或低速运转时，叶片间距应能保证叶片组形成一个风阻较大的挡风板；叶片高速运转时，叶片间距不会明显影响相对气流在各叶片上的流动。
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