[發明專利]一種用于垂直軸風力機的輔助啟動裝置

無效

• 申請號: 200910073377.9
• 申請日: 2009-12-09
• 公開（公告）號: CN101737252A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 曲建俊;梅毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/04;F03D3/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種用于垂直軸風力機上的輔助啟動裝置。

背景技術

風力機依據風輪的結構及其在氣流中的位置大體上可分為兩種：一種為水平軸風力機；一種為垂直軸風力機。水平軸風力機是目前技術最成熟的一種風力機。水平軸風力機的風輪圍繞一個水平軸旋轉，工作時，風輪的旋轉平面與風向垂直。風輪上的葉片是徑向安置的，與旋轉軸相垂直，并與風輪的旋轉平面成一角度φ(安裝角)。水平軸風力機盡管應用最為廣泛，但也存在一些技術問題，如維修困難、必須具備對風裝置、制造成本高等。垂直軸風力機是另一種風力機，又可分為兩類型：一類是利用空氣動力的阻力做功(阻力型)，典型的結構是Savonius式風輪。它由兩個軸線錯開的半圓柱形葉片組成，其優點是啟動轉矩較大。缺點是轉速慢，風能利用率較低，用于發電缺乏競爭力；另一類是利用翼型的升力做功(升力型)，最典型的是Darrieus型風力機。這種垂直軸風力機結構較Savonius式風輪的風能的利用率較高，能夠高轉速運行，但其起動轉矩較小，在小風速下一般很難實現自啟動。

目前對于升力型風力機，主要有兩類提高自啟動能力的方式。一類是將Savonius式風輪與Darrieus風輪直接組合，利用Savonius式風輪旋轉時產生的大扭矩帶動Darrieus型風輪啟動，如專利文獻1：200820090363.3；另一類是通過改變葉片結構來加強Darrieus型風力機的啟動性能，如專利文獻2：200580017156.X、專利文獻3：200580010262.5和專利文獻3：200820091137.2。但是，對于第一類方式，當風力機處于額定工作狀態時，Savonius式風輪在旋轉過程中產生較大的阻力致使整個風力機風能損失較大，從而限制了Darrieus風輪的額定功率的提高。而第二類方式則增加了葉片加工的難度，并且復雜的結構在一定程度上降低了葉片的可靠性，同時也使得風力機的制造成本提高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有升力型風力機存在的起動轉矩較小，在小風速下一般很難實現自啟動的問題，提供一種用于垂直軸風力機的輔助啟動裝置。該裝置可以使升力型風力機在低風速下自啟動，同時不會給穩定工作時的風力機帶來過多的阻力。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：本發明所述的用于垂直軸風力機的輔助啟動裝置由中心軸、支撐架、2N個轉動副、N個擋風板和N個葉片構成，所述支撐架由N個支撐臂構成，N為自然數且2≤N≤6；所述N個葉片為直葉片，N個支撐臂水平均布且呈一字形或星形設置，N個支撐臂的一端面均固接在一起；中心軸垂直設置在支撐架的下方，中心軸的上端面固接在支撐架的中心處，N個葉片一一對應地安裝在N個支撐臂另一端面上，每個擋風板的一側端面通過一對轉動副安裝在對應的一個支撐臂的下端面上或支撐臂的側端面上；以支撐架的中心為參照，N個擋風板的轉動方向一致呈順時針或逆時針轉動。

本發明的有益效果是：本發明中的垂直軸風車可以在較小的風速下實現自啟動，并有較高的風能利用率。該風車啟動時，擋風板內側受到流動空氣作用形成空氣阻力，從而為風輪旋轉提供較大的驅動力矩使風車啟動。隨著風車轉速的提高，擋風板外側受到的空氣作用力增大并且大于內側受到的空氣作用力，兩側空氣作用力之差推動擋風板繞轉動副旋轉，減小了擋風板的受風面積，即減小了整個風輪的空氣阻力。當擋風板旋轉至趨于水平時，該風車成為主要依靠葉片升力做功的升力型垂直軸風車。本發明結構簡單造價低廉，與其它類型風車同等使用條件下，本發明使風力機的制造成本降低，同時也方便了安裝和維修。本發明所述裝置通過簡單的機械結構使垂直軸風力機在低風速下自啟動，并且不會給額定工作時的風力機增加過多的空氣阻力。

附圖說明

圖1a是本發明的結構示意圖(帶有四個支撐臂)，圖1b是本發明的結構示意圖(帶有兩個支撐臂)；圖2是本發明的擋風板限位原理示意圖；圖3a～3c是風車啟動過程示意圖；圖4是具體實施方式五的擋風板限位原理示意圖；圖5是具體實施方式六的限位原理示意圖，圖6是圖5的轉動副部分放大圖；圖7是具體實施方式七的示意圖，圖8是具體實施方式七的流體力學原理示意圖；圖9是實施方式八的示意圖，圖10是具體實施方式八的流體力學原理示意圖；圖11是實施方式九的示意圖，圖12流體力學原理示意圖；圖13是實施方式十的示意圖。

具體實施方式