[發明專利]垂直軸風力發電機的小翼裝置

有效

• 申請號: 200710140530.6
• 申請日: 2007-08-09
• 公開（公告）號: CN101100973A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 嚴強
• 申請（專利權）人: 嚴強
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及垂直軸風力發電機，尤指一種能提高垂直軸風力發電機穩定性和效率的小翼裝置。

技術背景

為了更好的利用風能，長期以來，人們設計了多種結構形式的風力發電裝置，依據風力發電機旋轉軸在空間方向位置的不同，劃分為水平方向的水平軸風力發電機和垂直方向的垂直軸風力發電機。

根據空氣動力學理論，如圖1所示，在垂直軸風力發電機的風輪在旋轉過程中，葉片處于不同位置時，將葉片分為迎風方向的逆風面和順風方向的順風面，由于逆風面和順風面此葉片兩面的風速不同，該兩面產生壓力差，一面壓力高、另一面壓力低。壓力較高一面的氣流將越過葉片上、下二端向壓力低的另一面流動，形成旋渦氣流，該旋渦氣流不僅增加了葉片運動的阻力，而且造成葉片上、下端部處兩面的壓力差減小，從而產生壓力損失，而壓力差是風輪獲得轉動力矩的來源，上述壓力損失的結果將造成風輪的扭矩減小，降低了風能利用率。

通常固定葉片轉角的垂直軸風力發電機葉片連接方式是通過葉片支架和葉片的上、下端部連接(如圖2，以下簡稱連接方式A)或者通過葉片支架在葉片的中間部位連接(如圖3，以下簡稱連接方式B)兩種方式。如圖3所示，采用連接方式B，雖然可以降低垂直軸的高度，提高垂直軸風輪的穩定性，減小風輪在旋轉時的搖擺，但對于連接方式B的在葉片中間部位連接的風輪，其葉片上、下端部處兩面的壓力差的減小，與連接方式A相比，產生更多的壓力損失，而壓力損失的結果將造成風輪的扭矩減小，其風能利用率比連接方式A的低；而連接方式A雖然可以獲得較高的風能利用率，但垂直軸的高度卻較高，風輪在轉動時就比較容易產生搖擺，其搖擺頻率等于轉速乘以葉片數量，因此在不同的風速下，風輪轉速跟隨風速的變化而變化，容易產生共振，不僅增加能量損耗而且易損壞風輪。

如圖4所示，另一種采用類似連接方式A的葉片與葉片支架的連接方式，以下簡稱連接方式C。其葉片支架不同于連接方式A和B所采用的水平連接，而是采用斜向的連接方式，雖然其可以降低垂直軸的高度，提高垂直軸風輪的穩定性，減小風輪在旋轉時的搖擺，也可以獲得較高的風能利用率，但在實際使用過程中，對于大型的垂直軸風力發電機而言，斜向連接的方式對材料的要求相當高，制造成本相當高，所要求的材料在較高風速的情況下，需要有足夠的剛性和一定的彈性，否則會造成支架因受力過大變形等等危險。

根據空氣動力學理論，在航空業中有一種被稱為翼梢小翼的裝置，可以阻止葉片上、下端部氣流從高壓力面向低壓力面的流動，減小壓力損失，并使渦流減弱，從而減小阻力的作用。

中國專利公開號CN1563707A，公開了一種名稱是帶有葉尖小翼的水平軸風力機。對于水平軸風力發電機，當葉片旋轉時，葉片迎風面和背風面存在壓力差，會產生葉尖渦。由于這個壓力差不變化，因此小翼只需要向一個方向延伸，就能破壞和削弱葉尖渦，降低其引起的誘導阻力，從而提高效率。

但對垂直軸風力發電機而言，在風輪轉動時，由于葉片前后的壓力差隨著葉片在風輪的不同位置時，該壓力差是在不斷變化的，因此為了保持壓力差的穩定，安裝在葉片二端的小翼位置必須兼顧穩定性。

此外，對于上述公開號CN1563707A中水平軸風力發電機的小翼，小翼的前緣位于葉尖葉片最大厚度的后方，也就是說小翼只覆蓋了葉尖翼型截面的后半部分，因此起的作用只是破壞和削弱葉尖渦，而不能滿足垂直軸風力發電機必須兼顧穩定性的要求。

發明內容

本發明所要求克服的技術問題是，既可以滿足連接方式B提高垂直軸風輪的穩定性，同時又可以滿足連接方式A保持風能較高的利用率的要求，同時又能免除連接方式C對于葉片支架材料力學性能的嚴格限制要求，而以簡單獨特的設計，低成本的方式，達到上述要求。此外，解決水平軸風力發電機的小翼在垂直軸風力發電機中必須兼顧的穩定性問題。

本發明具體的技術方案如下：

一種垂直軸風力發電機的小翼裝置，是以復數個一端連接垂直軸1的上、下葉片支架21、22構成的葉片支架2，上、下葉片支架21、22另一端連接葉片3，所述葉片支架2與葉片3的中間部位31、32連接，在所述葉片3的上、下端部33、34設有朝向垂直軸1方向延伸的翼梢小翼4，其特點是在水平截面上，翼梢小翼4的內側輪廓42至葉片內緣的距離與翼梢小翼4的外側輪廓41至葉片外緣的距離比值范圍是10/0～7/3，所述翼梢小翼4將葉片葉尖翼型截面全部覆蓋。

上述翼梢小翼4是薄片狀或帶彎度的非對稱翼型。

上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44對稱并分別與葉片垂直。