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CN1603612A - 升力、阻力联合型垂直轴风力机 - Google Patents

升力、阻力联合型垂直轴风力机 Download PDF

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Abstract

一种升力、阻力联合型垂直轴风力机，用于风力发电设备技术领域。包括：导流装置、机架、转子固定圆盘、叶片、导流板。转子固定圆盘、叶片、导流板组成转子，叶片垂直设置在转子固定圆盘上，导流板的中心与转子的转轴重合，导流板的设置方向与叶片的弦线方向一致，转子和导流装置固定在机架上。本发明当叶片与来流的夹角较小时，叶片受到气流作用于叶片的升力；当叶片与来流的夹角较大时，叶片受到气流作用于叶片上的阻力。这样处于顺风位置时的叶片可以充分的利用风能。对于处在逆风位置时的叶片，气流反方向作用于叶片，同样也可以驱动转子转动，因此大大提高了风轮的效率。

Description

升力、阻力联合型垂直轴风力机
技术领域
本发明涉及一种垂直轴风力机，具体是一种升力、阻力联合型垂直轴风力机，用于风力发电设备技术领域。
技术背景
风能作为一种取之不尽、用之不竭的新型能源具有良好的应用前景和开发潜力。我国的风能资源比较丰富，大力发展风电事业符合我国确立的可持续性发展战略的要求。风力机是风能利用的主要装置。现有的风力发电机主要是水平轴高速风轮。其主要缺点就是需要有较高的启动风速，并且需要根据风向的变化调整风轮的朝向。垂直轴风力机不需要调整风轮朝向。
经对现有技术文献的检索发现，目前主要有两种类型的垂直轴风力机：升力型风力机和阻力型风力机。David A Spear，PHD，编著的《Wind TurbineTechnology Fundamental Conception Of Wind Turbine Engineering》《风力机技术---风力机的基本概念》，New York ASME(The American Society ofMechanical Engineers)PRESS 1994(纽约美国机械工程师协会出版社1994年)，该书中第二章(49，58，60页)、第三章(93，94页)提及：升力型风力机，利用气流对叶片的升力来驱动风轮旋转，需要有比较大的启动风速。阻力型风力机，利用气流对叶片的阻力来驱动风轮旋转，不需要很大的启动风速，因此在平均风速较低的地区也可以使用。但是当叶片与风速方向夹角比较小时叶片基本上得不到驱动风轮旋转的动力。升力、阻力联合型垂直轴风力机可以充分利用来流空气对叶片的升力和阻力，因此可大大提高风轮的效率。在进一步的检索中，尚未发现关于升力、阻力联合型垂直轴风力机的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于改善现有垂直轴风力发电机的不足，提供一种升力、阻力联合型垂直轴风力机，使其降低垂直轴风力机对工作风速的要求，提高垂直轴风力机的工作效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括：导流装置、机架、转子固定圆盘、叶片、导流板。转子固定圆盘、叶片、导流板组成转子，叶片垂直设置在转子固定圆盘上，导流板的中心与转子的转轴重合，导流板的设置方向与叶片的弦线方向一致，转子和导流装置固定在机架上。
每个转子包含两个叶片，它们平行、垂直固定在转子固定圆盘上，叶片轴对称放置于转子转轴两侧，这样可以增加单位时间气流对叶片作正功的时间，叶片采用强度高，密度小的材料，叶片的高度为其弦长的3~4倍，且叶片偏移距离远小于叶片的弦长，并在转轴处安装平行于叶片弦线的导流板。为了使通过导流装置作用于叶片的气流与不通过导流装置直接作用于叶片的气流在两叶片后端即旋转轴处不相互干扰，降低风轮的工作效率，将两叶片错开放置，并加装导流板。这样可减小通过两叶片气流的相互干扰，增加风轮的输出功率，提高风轮的效率。
当叶片转动方向与风速相反时，气流作用在叶片上的作用力为阻止转子转动的力。为了避免这一情况发生，本发明使用导流装置，导流装置是有一个气流进口以及两个气流出口的箱体，导流装置的高度与叶片的高度相同，其宽度略大于叶片弦长。这样使处于逆风位置的气流可以全部进入导流装置。导流装置的内腔类似于C型，其气流进口与气流出口同向，这样处于逆风位置的气流可以反向作用于叶片。气流进口与气流出口的形状为高度与叶片高度相同，宽度不同的矩形。且气流进口的宽度大于气流出口的宽度。为了使这部分作用于叶片的气流流出风轮，在气流进口附近再添加第二气流出口。第二气流出口为两个圆柱形通道，其直径大致为叶片弦长的一半。为了使气流可以从柱形通道流出风轮，在导流装置外侧，柱形通道出口前加装挡板。挡板与气流进口处在同一平面。
为了保证处于逆风位置的气流不直接作用于叶片以至于产生阻碍转子转动的力矩，导流装置的气流进口应始终正对着当地风向。考虑到风向的瞬间变化性，因此只要保证导流装置的气流进口朝向与当地风向间的夹角在正负5°之间即可。但是由于全年风向变化范围很大，安装在机架上的导流装置设计为可以绕着转子转轴转动的导流装置。
当来流空气与叶片的迎角较小时，转子充分利用空气对叶片的升力来驱动转子。当来流空气与叶片的迎角较大时，转子利用空气对叶片的阻力来驱动转子，这样可使处于不同位置时的叶片充分利用来流空气的能量。当叶片处于逆风位置时空气对叶片产生作用力为阻止转子旋转的力，装导流装置使处于逆风位置的气流通过导流装置后反方向作用于叶片。气流从气流进口进入导流装置之后顺着箱体反向从气流出口流出导流装置，这部分气流作用于逆风位置的叶片，然后从导流装置的第二个气流出口排出。转子将风能转换为机械能，本发明用两个相互偏转90度的转子来平衡风轮运行时可能会出现的负扭矩。
本发明中的风力机，当叶片与来流的夹角较小时，叶片受到气流作用于叶片的升力；当叶片与来流的夹角较大时，叶片受到气流作用于叶片上的阻力。这样处于顺风位置时的叶片可以充分的利用风能。对于处在逆风位置时的叶片，气流反方向作用于叶片，同样也可以驱动转子转动，因此大大提高了风轮的效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图1中，1-导流装置，2-机架，3-转子固定圆盘，4-叶片，5-导流板。
图2为转子中的叶片与导流板的相对位置示意图。
图3为导流装置结构示意图。
图3中，7-气流进口，8-气流出口2，9-气流出口1，10-挡板。
图4为导流装置俯视结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：导流装置1、机架2、转子固定圆盘3、叶片4、导流板5，转子固定圆盘3、叶片4、导流板5组成转子，叶片4垂直设置在转子固定圆盘3上，导流板5的中心与转子的转轴重合，导流板5的安装方向与叶片4的弦线方向一致，转子和导流装置1固定在机架2上。
每个转子包含两个叶片，它们平行、垂直地固定在转子固定圆盘3上，且对称于转子转轴。叶片4采用强度高，密度小的材料，其高度为弦长的3~4倍，且两叶片4偏移距离远小于叶片4的弦长。转轴处设置平行于叶片4弦线的导流板5。
导流装置1是有一个气流进口7以及两个气流出口8、9的箱体，导流装置的宽度，第二气流出口8为两个圆柱形通道，其直径为叶片4弦长的一半。为了使气流可以从柱形通道流出风轮，在导流装置1外侧，第二气流出口8前加装挡板10，挡板10与气流进口7处在同一平面。
以下提供本发明装置的实施例：
本实施例中，叶片弦长：l＝a，叶片高度：H＝3~4a，导流板长：ld＝0.5a，固定圆盘直径：D＝2.2a，固定圆盘厚：ly＝0.1~0.2a。
为了不使两股来流在叶片后端相互干扰，降低风轮的性能，将两叶片相互偏移一段距离(水平偏移e＝0.2a，垂直偏移d＝0.35a)。并使用导流板，如图2所示。
为了平衡在转动时出现的负扭矩情况，风轮使用相互偏转90°的两个转子。
根据当地平均风速的不同，叶片的弦长a值的大小也相应的变化。当地风速越大，叶片弦长a(m)值也越大。设当地平均风速为v(m/s)，那么弦长a与v的关系大致如下：a＝0.8~1.2v。
导流装置是本设计中的另一重要部件，其结构如图3所示。处于逆风位置的气流进入导流装置1中的气流进口7后从第一气流出口9中流出，这部分气流在作用于叶片后从第二气流出口8流出。
其中导流装置的高度与叶片高度相同，气流进口7宽度为转子半径的4/5。第一气流出口9的宽度为转子半径的2/5。气流进口7与第一气流出口9的法线间的夹角β＝15°～20°。导流装置1内部光滑，尽量减少空气在里面的沿程阻力。第二气流出口8为两个柱形管道，直径为转子半径的1/2。两管道中心的距离为导流装置1高度H的1/2。位置低的管道其中心距导流装置1底部的距离为H的1/4。管道中心线(即第二气流出口8与气流进口7)法线间的夹角γ＝45°～50°。

Claims (6)

1、一种升力、阻力联合型垂直轴风力机，包括：机架(2)，转子固定圆盘(3)，叶片(4)，其特征在于，还包括：导流装置(1)和导流板(5)，转子固定圆盘(3)、叶片(4)、导流板(5)组成转子，叶片(4)垂直设置在转子固定圆盘(3)上，导流板(5)的中心与转子的转轴重合，导流板(5)的安装方向与叶片(4)的弦线方向一致，转子和导流装置(1)固定在机架(2)上。
2、如权利要求1的升力、阻力联合型垂直轴风力机，其特征是，每个转子包含两个叶片(4)，高度为其弦长的3~4倍，两叶片(4)平行、垂直地固定在转子固定圆盘(3)上，且对称设置于转子转轴，其偏移距离远小于叶片(4)的弦长，在转轴处设置平行于叶片(4)弦线的导流板(5)，或者将两叶片(4)错开放置，并加装导流板(5)。
3、如权利要求1的升力、阻力联合型垂直轴风力机，其特征是，导流装置(1)是设有气流进口(7)以及第一、第二气流出口(8)、(9)的箱体，其高度与叶片(4)高度相同，宽度略大于叶片(4)弦长，内腔类似于C型，气流进口(7)与气流出口(9)同向，气流进口(7)与气流出口(9)的形状为高度与叶片(4)高度相同的矩形，且气流进口(7)的宽度大于气流出口(9)的宽度，气流出口(8)为两个圆柱形通道，其直径为叶片(4)弦长的一半。
4、如权利要求1或者3的升力、阻力联合型垂直轴风力机，其特征是，或者在导流装置(1)外侧，第二气流出口(8)前设置挡板(10)，挡板(10)与气流进口(7)处在同一平面。
5、如权利要求1的升力、阻力联合型垂直轴风力机，其特征是，气流进口(7)朝向与当地风向间的夹角在正负5°之间，导流装置(1)绕转子转轴转动。
6、如权利要求1或者3的升力、阻力联合型垂直轴风力机，其特征是，导流装置的气流进口(7)与第一气流出口(9)的法线间的夹角β＝15°～20°，管道中心线与气流进口(7)法线间的夹角γ＝45°～50°，气流进口(7)宽度为转子半径的4/5，第一气流出口(9)的宽度为转子半径的2/5，第二气流出口(8)的直径为转子半径的1/2。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012097472A1 (zh) * 2011-01-20 2012-07-26 巨诺国际有限公司 气旋风力发电机
TWI696753B (zh) * 2019-08-12 2020-06-21 國立臺灣師範大學 風力發電裝置
CN114542388A (zh) * 2022-01-04 2022-05-27 黎金明 一种风力发电装置
CN114789703A (zh) * 2022-06-07 2022-07-26 北京汽车集团越野车有限公司 一种带有整流功能汽车后保连接支架及车辆
WO2023155102A1 (zh) * 2022-02-17 2023-08-24 黎金明 一种风力发电装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994004819A1 (en) * 1992-08-18 1994-03-03 Four Winds Energy Corporation Wind turbine particularly suited for high-wind conditions
US5463257A (en) * 1993-11-23 1995-10-31 Yea; Ton A. Wind power machine
JP2000161196A (ja) * 1998-11-24 2000-06-13 Masahiko Akaha クロスフロー風車および風力発電機
CN2457361Y (zh) * 2001-01-09 2001-10-31 游勇 高效风轮机
GB2378225B (en) * 2001-05-24 2005-10-26 Peter Rolin Heal Wind driven live-in machine
JP2003120500A (ja) * 2001-10-10 2003-04-23 Maeda Seikan Kk 小電力用案内板付垂直軸型風車
JP2004197643A (ja) * 2002-12-18 2004-07-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 垂直軸型風車装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012097472A1 (zh) * 2011-01-20 2012-07-26 巨诺国际有限公司 气旋风力发电机
TWI696753B (zh) * 2019-08-12 2020-06-21 國立臺灣師範大學 風力發電裝置
CN114542388A (zh) * 2022-01-04 2022-05-27 黎金明 一种风力发电装置
WO2023155102A1 (zh) * 2022-02-17 2023-08-24 黎金明 一种风力发电装置
CN114789703A (zh) * 2022-06-07 2022-07-26 北京汽车集团越野车有限公司 一种带有整流功能汽车后保连接支架及车辆

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