CN202900531U - 带叶片配重的垂直轴偏距式风力机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带叶片配重的垂直轴偏距式风力机，包括主轴、轻质叶片、叶片轴、叶片配重球和叶片轴旋转限位杆；叶片轴为两根，且相互垂直呈水平辐射状固定安装于主轴上，叶片轴与主轴转动配合；在叶片轴两端各固定一轻质叶片，每个叶片轴上的两个轻质叶片相互垂直；叶片配重球安装在叶片轴上并靠近主轴，且叶片配重球与轻质叶片位于叶片轴的相对两侧；叶片轴旋转限位杆的一端安装在主轴上，另一端沿叶片轴的轴向伸出。由于安装了叶片配重球，很微弱的风就能克服轻质叶片的自重而使顺风轻质叶片处于竖直位置，进而获得较大的捕风面，所以风机微风发电能力强，起动风速小，适合地区广，发电运行时间比例高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种偏距式垂直轴风力机，尤其涉及一种带叶片配重的垂直轴偏距式风力机。
背景技术
如今，石油、煤、天然气等不可再生能源均面临着储量枯竭、价格上涨、甚至地球环境的严重污染等。核裂变发电危险性高，核废料污染环境、处理困难；利用核聚变能发电还不可行。而太阳能和风能是可再生能源，对环境没有污染。因此，各国都大力开发以风能和太阳能为代表的清洁可再生能源。
在当前风能利用领域，现有的大多数大装机容量的风力发电机大都处于待、停机状态，风机利用效率极低。在某些特殊条件下，甚至为了使风机随时待机发电，还必须对风机输入控制电源，这使风机出现了负功率输出状态，极大降低了风能利用率。受到风力发电机风轮结构的影响，现有风力发电机主要存在以下问题：1.启动风速和额定风速均太高，严重脱离实际情况。需研制适合大多数地区使用的风力机，其启动风速和额定风速都要很低；2.现有风轮的叶片细而长，实度极低，大部分从叶片之间的空隙漏走，风能没有被充分利用；3.风叶翼型设计不合理。当前使用最为广泛的风轮叶片是根据直升机的旋翼结构设计的。直升机的旋翼的结构设计是为了利用气流提高其升力，但风轮叶片需要克服这种力的作用，是相反的过程。4.多数风轮叶片扭转角是固定的，不能适应不同的风速。但是在实际应用中，风速大小是随机的。因此风轮一般工作在非设计工作状态，总体效率低，启动困难。
现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机，叶片截面积增大，提高了捕风能力，降低启动风速。调整叶片倾斜角度可以调节风机旋转速度。叶片截面积的增大可以大幅减小叶片的长度，以致风轮叶片总重量大幅减少，能最大化地利用风能发电。占地面积少，全方向做功，启动快。
现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机有三种方案。1.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端，叶片由电机控制。顺风时，控制使叶片竖直受风，把风能转化为叶轮的旋转机械能。而在逆风时，控制使叶片呈水平位置，对风不产生任何阻力。2.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端。叶片支架上安装有90度单方向限位装置，以使叶片单方向偏距不超过90度。任意方向来风时，叶片由于单方向限位作用一边保持原位，另一边叶片与风向相同进行旋转。3.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式在叶片支架两端以90度夹角安装叶片。在叶片支架上安装最大摆动角度为45度的限位装置。任意方向来风使叶片支架一端的叶片摆动到水平位置；叶片支架另一端的叶片在风力作用下摆动到竖直位置，风作用于竖直位置的叶片而使叶片带动叶轮旋转；当竖直位置的叶片摆动到顺风位置时，另一叶片支架的一叶片在风力作用下摆动到竖直位置，继续带动叶轮旋转。
但是，第一种方案中的叶片位置调整需要电机驱动旋转，需要耗费电力，而且还增加了控制系统的复杂程度；第二种方案中的叶片在转速时由于离心而不能可靠复位。以上最后种方案，虽然实度比常规风轮大许多，捕风能力很强，但由于叶片自重，使得叶片由水平到竖直的变化需要一定的风压，因此特别是在风速很低的情况下，启动比较困难。
因此，有必要开发设计出在风速很低的情况下更容易启动的风力机。
实用新型内容
为了克服现有风机的启动风速高、风轮实度低，风能利用系数小、风轮风叶翼型和扭转角是固定而不能适应不同的风速、驱动旋转需要耗费电力、叶片位置调整需要耗费电力驱动电机旋转，系统复杂，不能可靠复位等缺点，本实用新型提供了一种带叶片配重的垂直轴偏距式风力机。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：
带叶片配重的垂直轴偏距式风力机，包括主轴、轻质叶片、叶片轴、叶片配重球和叶片轴旋转限位杆；所述叶片轴为两根，且相互垂直呈水平辐射状安装于主轴上，所述叶片轴与主轴转动配合；在叶片轴两端各固定一轻质叶片，每个叶片轴上的两个轻质叶片相互垂直；所述叶片配重球安装在叶片轴上并靠近主轴，且叶片配重球与轻质叶片位于叶片轴的相对两侧；所述叶片轴旋转限位杆的一端安装在主轴上，叶片轴旋转限位杆的另一端沿叶片轴的轴向伸出。
本实用新型的有益效果是：由于安装了叶片配重球，很微弱的风就能克服轻质叶片的自重而使顺风轻质叶片处于竖直位置，进而获得较大的捕风面，所以风机微风发电能力强，起动风速小，适合地区广，发电运行时间比例高。
附图说明
图1为带叶片配重的垂直轴偏距式风力机的立体结构示意图。
附图中： 1—叶片轴旋转限位杆； 2—主轴； 3—主轴轴套； 4—叶片配重球；5—叶片轴；6—轻质叶片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，带叶片配重的垂直轴偏距式风力机，包括主轴2、轻质叶片6、叶片轴5、叶片配重球4和叶片轴旋转限位杆1。主轴2竖直安装在塔架的顶部，可自由旋转。在主轴2的顶部安装一主轴轴套3，叶片轴5为两根，两根叶片轴5穿过主轴轴套3，且相互垂直呈水平辐射状安装于主轴2上，叶片轴5与主轴2转动配合。在叶片轴5两端各固定一轻质叶片6，每个叶片轴5上的两个轻质叶片6相互垂直。
叶片配重球4安装在叶片轴5上并靠近主轴2，且叶片配重球4与轻质叶片6位于叶片轴5的相对两侧，使叶片轴5带动轻质叶片6可以相对回转，回转的角度范围为0~90°。叶片轴5连同轻质叶片6和叶片配重球4的整体重心几乎在叶片轴5的轴心上，使得即使非常微弱的风也能带动叶片轴5转动。叶片配重球4安装在叶片轴5上，并靠近主轴2，以减小它逆风时对风的相对速度，减小对风的阻力；叶片配重球4应使用铅等高密度材料，以减小叶片配重球4在逆风时的阻风面积。
无风时，四个轻质叶片6均下垂与水平面呈45°。来风时，逆风轻质叶片6上翻处于水平位置，对风无阻力，而顺风轻质叶片6下翻处于竖直位置，在顺风风压作用下形成对主轴2的转矩并带动主轴2旋转。由于安装了叶片配重球4，很微弱的风就能使顺风轻质叶片6处于竖直位置而获得较大的捕风面，其启动风速更小，整个装置重心稳定，状态变化过渡迅速，实用性更广泛。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.带叶片配重的垂直轴偏距式风力机，其特征在于：包括主轴（2）、轻质叶片（6）、叶片轴（5）、叶片配重球（4）和叶片轴旋转限位杆（1）；
所述叶片轴（5）为两根，且相互垂直呈水平辐射状安装于主轴（2）上，所述叶片轴（5）与主轴（2）转动配合；在叶片轴（5）两端各固定一轻质叶片（6），每个叶片轴（5）上的两个轻质叶片（6）相互垂直；
所述叶片配重球（4）安装在叶片轴（5）上并靠近主轴（2），且叶片配重球（4）与轻质叶片（6）位于叶片轴（5）的相对两侧；
所述叶片轴旋转限位杆（1）的一端安装在主轴（2）上，叶片轴旋转限位杆（1）的另一端沿叶片轴（5）的轴向伸出。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103953501A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-07-30 | 荣振华 | 垂直轴风力发电机自动改变风机叶片迎风面的风机结构 |
| CN115306620A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-11-08 | 李国鸿 | 一种发电螺旋桨 |
| CN118273877A (zh) * | 2023-12-31 | 2024-07-02 | 北京创新加科技有限公司 | 一种自适应旋翼垂直轴风力发电装置及控制方法 |
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