[實(shí)用新型]被動噴氣式垂直軸風(fēng)力機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920012323.7
• 申請日: 2009-03-22
• 公開（公告）號: CN201535228U
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申振華
• 申請（專利權(quán)）人: 申振華
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種被動噴氣式垂直軸風(fēng)力機(jī)，確切地說是在垂直軸風(fēng)力機(jī)的某部件或葉片上的適當(dāng)位置和方向，通過一系列裝置產(chǎn)生噴氣推力以提高風(fēng)力機(jī)的氣動性能，屬于風(fēng)力機(jī)設(shè)計、制造和應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

風(fēng)能是潔凈的可再生能源中最有前途、最現(xiàn)實(shí)、發(fā)展最快且相對成熟的一個。作為利用風(fēng)能的風(fēng)力機(jī)，制約其發(fā)展的主要因素是風(fēng)電的成本和售價居高不下。因此，就風(fēng)能利用的出路而言，顯著提高風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)是大幅度降低風(fēng)力發(fā)電成本的最根本、最有效的措施。

一直以來，市場上風(fēng)力機(jī)的主導(dǎo)機(jī)型為水平軸風(fēng)力機(jī)(HAWT)，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，要在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步顯著提高風(fēng)力機(jī)的性能是十分困難的。一般來說，水平軸風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)Cp值只能達(dá)到貝茲極限(0.593)的80％，即0.45～0.50左右，而目前報道的垂直軸風(fēng)力機(jī)的Cp值一般還要低10～15％，這也許就是人們更青睞水平軸風(fēng)力機(jī)的原因。垂直軸風(fēng)力機(jī)的主要缺點(diǎn)是自啟動性能差及空氣動力學(xué)性能較低。至于改善垂直軸風(fēng)力機(jī)的自啟動性能問題，人們進(jìn)行了大量研究，如采用變槳距技術(shù)、采用帶彎度的翼型或采用可變?nèi)~片形狀，如襟翼技術(shù)等，已經(jīng)基本解決了這個問題；而提高其性能的問題人們也已經(jīng)進(jìn)行了許多研究，但比起水平軸風(fēng)力機(jī)的研究要少得多。1992年報道Sandia34m垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)驗(yàn)Cp值達(dá)到0.409，這已經(jīng)與水平軸風(fēng)力機(jī)的性能相差不多了。而只是在近幾年，由于垂直軸風(fēng)力機(jī)(VAWT)本身相對于水平軸的諸多優(yōu)勢，人們開始對其進(jìn)行較深入的研究，特別是在西歐和美國，目前生產(chǎn)的垂直軸風(fēng)力機(jī)主要是中、小機(jī)型。

盡管水平軸風(fēng)力機(jī)仍是目前市場上的主流機(jī)型，占有市場95％的份額，但是垂直軸風(fēng)力機(jī)與其相比，有著突出的優(yōu)勢，主要是由于結(jié)構(gòu)相對簡單(如沒有對風(fēng)機(jī)構(gòu)等)及葉片制造和維修等比較容易而帶來的低成本優(yōu)勢。可以預(yù)料，垂直軸風(fēng)力機(jī)在性能上且不說超越，只要可以與水平軸風(fēng)力機(jī)性能相當(dāng)，則可能擁有與水平軸風(fēng)力機(jī)爭奪市場的競爭力！因此是否能夠顯著提高垂直軸風(fēng)力機(jī)的性能就成為這種可能能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

近年來，改善垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的新技術(shù)不斷出現(xiàn)。由于垂直軸風(fēng)力機(jī)在一周的旋轉(zhuǎn)中，翼型的攻角隨時在變化，時大時小，時正時負(fù)，故而當(dāng)初人們就認(rèn)定了對稱翼型，并逐漸發(fā)展成為一種習(xí)慣，且一直沿用至今。但是所有對稱翼型的空氣動力學(xué)性能(升阻比)都很低，因此極大限制了垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣動性能的提高，這也許就是垂直軸風(fēng)力機(jī)性能所以較低的重要原因。近年來人們開始關(guān)注具有良好性能的帶彎度翼型在垂直軸風(fēng)力機(jī)中的應(yīng)用；有人對NACA0018和同等厚度的NACA-4位數(shù)翼型，如NACA2418，NACA4418和NACA6418以及同等厚度的NACA6-系列翼型進(jìn)行了比較研究，發(fā)現(xiàn)帶彎度的翼型都明顯提高了風(fēng)力機(jī)的氣動性能，其提高幅度在10％以上。

另外，1980年，Migliore等提出了虛擬彎度的概念，即垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉片在圓形軌跡上運(yùn)行，因?yàn)槿~片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的“頭風(fēng)(headwind)”是在圓弧軌跡的切線方向，而不是傳統(tǒng)假設(shè)的與翼型弦線平行的方向。一項(xiàng)美國專利(US20080256795A1)指出，翼型的中弧線應(yīng)該與其旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)過的圓形軌跡重合，這樣才能體現(xiàn)它的真實(shí)攻角，性能才會更好。該專利還給出了其研究結(jié)果，指出按照這種概念進(jìn)行翼型改造的風(fēng)力機(jī)比對應(yīng)的NACA0021翼型原型風(fēng)力機(jī)的輸出功率最大提高57.1％，而在整個工作風(fēng)速范圍內(nèi)平均提高31.9％！

也有如水平軸風(fēng)力機(jī)一樣，在垂直軸風(fēng)力機(jī)外面加上先收縮而后擴(kuò)張的擴(kuò)散器而明顯提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率，這實(shí)際上是提高了流過風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速；但是這增加了整個系統(tǒng)的復(fù)雜性和重量，而且很難調(diào)整風(fēng)力機(jī)使其對風(fēng)，因而對于大型風(fēng)力機(jī)使用價值不大。當(dāng)然，在翼型的吸力面適當(dāng)位置加漩渦發(fā)生器(V.G.)也可以提高風(fēng)力機(jī)的性能。

2003年，本實(shí)用新型專利申請人就在“一種可提高水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用效率的槳尖噴氣方法”(CN03134065.2)中提出了一種無須額外消耗動力的“被動”噴氣方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這不僅降低了風(fēng)力機(jī)的起動風(fēng)速，擴(kuò)大了風(fēng)力機(jī)的有效工作范圍，而且在風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下明顯提高了其做功能力。在中國專利申請CN200410021580.9(一種垂直軸風(fēng)力機(jī)的進(jìn)氣機(jī)構(gòu))中已經(jīng)提到了垂直軸風(fēng)力機(jī)利用噴氣提高其性能的問題，但是它所指的是利用一種輔助設(shè)備——鼓風(fēng)機(jī)給風(fēng)力機(jī)送氣并產(chǎn)生噴氣，試圖用少量的能量付出換取更大的能量收益，因而是一種主動噴氣方法，它需要消耗額外的能量。

發(fā)明內(nèi)容