[發明專利]一種變槳距型垂直軸風輪

無效

• 申請號: 201019026087.9
• 申請日: 2010-02-04
• 公開（公告）號: CN101776041A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 趙振宙;鄭源;趙振寧
• 申請（專利權）人: 河海大學;南京河海科技有限公司
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，具體是一種垂直軸風輪。

背景技術

目前，市場上的風力機以水平軸風力機為主，水平軸風力機發展比較成熟，應用范圍較 為廣闊。相比，垂直軸風力機發展相對緩慢。但與水平軸風力機相比，垂直軸風力機具有許 多水平軸風力機無法比擬的優點，如：升力型垂直軸風輪轉速較慢，噪音較低；發電機可置 于地面，便于維護；無需對風，不存在偏航功率損失，等。正因為這些優點，使得垂直軸風 力機的發展逐步被重視，但由于垂直軸風力機發展歷程較短，因而有很多技術不成熟，有很 多技術仍然需要不斷地探索。

垂直軸風輪由于其葉片處于旋轉風輪的最外緣，因此，當其處于高速旋轉的時候，離心 力非常大，動能也較大，如果欲在強風和狂風中將高速旋轉的風輪減速或者停止運行，單純 依靠機械剎車是非常困難的，必須借助于空氣動力學的原理進行控制轉速，然后配合機械剎 車停車。但目前利用空氣動力學進行控制轉速或剎車的垂直軸風力機非常罕見。

垂直軸風輪由于結構的因素，其工作風速范圍較廣，理論上可以在強風和狂風下運行。 但在實踐中，風速越大，風輪旋轉越快，風輪葉片所受的離心力越大，其強度富裕度越小， 為了避免破壞風輪，在預知有強風時往往采取停機運行的措施，未能較好地利用強風所帶來 的有利風能。而且受發電機輸出功率的影響，風輪轉速越快發電機功率輸出有限，且只有在 額定轉速下旋轉的風力機輸出功率最大，因此風輪轉速太快未必輸出功率就高。基于這些因 素的考慮，為了使垂直軸風力機更好地在強風和狂風下工作，有效地采取空氣動力學來控制 垂直軸風輪的轉速是非常必要的。

最后，垂直軸風輪升力型葉片在靜止、空氣流過時，由于氣流產生分離現象，因此阻力 矩較高，難以自行啟動。因此，在設計新型垂直軸風輪時，必須考慮垂直軸風輪的啟動性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為解決垂直軸風力機的啟動和高風速下穩定、經濟和安全 的運行，而提供的一種利用空氣動力學控制轉速和力矩的變槳距型垂直軸風輪。

本發明采用的技術方案是：

一種變槳距垂直軸風輪，包括風輪軸以及設置在所述風輪軸上的兩對或兩對以上的葉片 支架，在所述每對葉片支架末端之間固定一個葉片轉軸，在所述的葉片轉軸上固定有圓弧形 葉片，在所述的葉片支架末端設有葉片槳距控制裝置，該葉片槳距控制裝置包括定位盤，葉 片歸位彈簧以及定位銷釘，所述的定位銷釘設置在定位盤的圓周上，且至少為三個，所述的 葉片歸位彈簧的一端與葉片支架連接，葉片歸位彈簧的另一端連接在所述的圓弧形葉片上， 在所述的圓弧形葉片設置有定位槽，所述的圓弧形葉片在所述葉片歸位彈簧的作用下，通過 卡槽定位在所述定位盤的不同定位銷釘上。

所述的圓弧形葉片為圓弧形升力型葉片。

所述的限位銷釘為三個，分別設置在葉片變槳槳角0°、90°和180°三處。

所述的升力型葉片密實度σ為0.13～0.5，σ＝2NC/D，其中C為葉片弦長，N為葉片數， D為升力型葉片旋轉直徑。

與現有技術相比，本發明變槳距升力型風輪的有益效果是：

1、所采用風輪采用弧形升力型葉片，具有同步變槳功能，可利用空氣動力學和風輪離心 力來實現變槳，進而有效控制風輪轉速，增強了風輪的性能。

2、所采用的葉片變槳功能由空氣動力啟動，由葉片歸位彈簧和離心力來驅動風輪葉片變 槳，由葉片槳距控制裝置中的檔位彈簧和定位銷釘固定風輪葉片的空間位置，使葉片實現了 由阻力型風輪向升力型風輪，再到阻力型風輪角色的轉變，從而利用空氣動力學性能，實現 了風輪的啟動、高效運行、并在強風和狂風下保持額定風速運行的功能轉化。

3、本風力機有效地控制轉速，在正常運行時具有升力型垂直軸風輪的高效性能，在啟動 時具有阻力型垂直軸風輪的高啟動力矩，在強風下具有保持額定轉速運行的眾多優點。從而， 在實踐中實現了在較大風速范圍內的安全運行，延長了有效運行時間，加強了惡劣氣候環境 適應性。

4、本垂直軸風力機可以在高速旋轉狀態下，利用空氣動力學阻力和葉片回位彈簧拉力， 實現了升力型風輪向阻力型風輪角色的轉變，從而在高速旋轉狀態下，配合機械制動力，使 風力機快速剎車。

附圖說明

圖1是本發明變槳距垂直軸風輪示意圖。

圖2是本發明兩葉片變槳距，啟動狀態時的垂直軸風輪俯視示意圖