[發明專利]一種升力與阻力互補調整的垂直軸風力機

無效

• 申請號: 201010103883.0
• 申請日: 2010-02-02
• 公開（公告）號: CN102141002A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 胡國祥;李開平;金厚銘;王濤;馬振祿
• 申請（專利權）人: 南京宇能儀表有限公司
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種風力發動機，尤其為一種由升力型葉片與阻力型葉片組合并可做調整，實現特性互補的垂直軸風力發動機。

背景技術

垂直軸風力發動機和水平軸風力發動機是當今風力發動機中的兩大分類，垂直軸風力發動機在風向改變時無需對風，可使風機結構大為簡化等優點，長期以來，倍受人們關注和研究。

垂直軸風力發動機經歷了漫長的發展演變過程，出現過多種形式的風機葉片，而升力型葉片是諸形式葉片中應用比較普遍采用的一種。不過，采用單一升力型葉片構成的垂直軸風力發動機存在兩方面的不足，其一是低風速條件下難以啟動，為此，人們已經研究出了升力型葉片與阻力型葉片互補的垂直軸風機，即在風機轉動軸附近設置阻力型葉片，在風機外邊緣處設置升力型葉片，這種風機，在一定程度上拓寬了風機對風速范圍的適應性。具體而言，這種風機，一方面能降低風機的啟動風速。因為在風速較低情況下，升力型葉片幾乎不起作用，而阻力型葉片則能接受到風動力，進而克服風機慣性，使風機啟動，而風機一旦啟動，升力型葉片即能發揮其作用。但是這種阻力型葉片和升力型葉片位置固定不變的風機結構，雖然能降低風機啟動所需要風速，但對于高風速條件下，仍難以使風機轉動軸轉速保持在額定轉速狀態，因為升力型葉片的線速度能達到風速的三至五倍，風機轉動軸轉速超過額定轉速，一方面會對風機造成機械損壞，即使風機的機械結構還不到被強風損壞的程度，但轉動軸轉速過高，如果不增加減速機構進行減速，就無法滿足發電機最佳參數設計要求，因為自然狀態下，出現較低風速的概率較大，所以發電機參數設計時一定會注重較低風速條件下發電機的功率輸出。而當風機轉速超出轉速上限時，發電機的輸出功率反而會下降。

為了使垂直軸風力發電機能夠在比較寬的風速范圍內保持額定輸出功率，就必須使風機在環境風速超過額定風速后仍然能保護較恒定的轉速和力矩。風力發電機額定輸出功率與風機額定功率之間存在著相互對應關系。風機面對較寬風速范圍的自然環境，若仍有較恒定功率輸出，這無疑將會提高整個風力發電系統的總體效能，同時也會降低對發電機的性能要求，進而降低整個風力發電系統的成本。

針對這種阻力型葉片與升力型葉片互補的垂直軸風機，如何使風機在較低風速情況下啟動？如何使風機在一個較寬的風速范圍內，風機轉動軸轉速變化范圍小并趨于恒定？如何使風機具有抗擊強風災的能力？這些技術難題正擺在業內人士面前。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型的垂直軸風力發動機，使該風力機既能在較低風速條件下啟動，又能在較寬的風速范圍內，實現較高的風能轉換效率，還能有效降低超高風速對風機的災害性影響。

本發明所要解決的技術問題是，如何根據風速大小變化，以簡單、可靠調整機構自動或人為地對阻力型葉片在風機轉動軸徑向位置進行適當的調整或對阻力型葉片阻力面即受風面大小進行適當的調整，從而使該垂直軸風機的葉尖速比λ值維持在風能轉化效率比較高的理想數值范圍。

我們知道，葉尖速比λ是反映風力機性能的重要指標，也是研究、設計風力機的重要依據。有關人士已論證過，對于傳統垂直軸達里厄型風力機葉尖速比值是4時，垂直軸達里厄風力機風能利用效用最佳，此論證結果表明，風力機葉尖速比值存在一個最佳比值，在實際風速會不斷地發生變化的條件下，如何使垂直軸風力機的葉尖速比值穩定維持在最佳值附近，無疑對提高該垂直軸風力機風能利用效率有利。本發明正是通過實時、動態地調整阻力型葉片相對于升力型葉片的位置或通過調整阻力型葉片自身受風面積的大小來使整個風機的葉尖速比值始終穩定在其風能利用效用最佳的理想比值附近。同時，本發明阻力型葉片可調整技術方案的理論意義，即是使本發明垂直軸風力機的葉尖速比值成為可調整參數，這對于垂直軸風力機低風速啟動(葉尖速比值接近或等于1)和超高風速抗風災(葉尖速比值接近或等于1)均起到了積極而有效的作用。