[實用新型]螺旋式垂直軸風力葉輪

無效

• 申請號: 201020139464.8
• 申請日: 2010-03-24
• 公開（公告）號: CN201661420U
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 劉良華;茅雪峻;金磊;康燦;王蔚峰;楊敏官
• 申請（專利權）人: 常州市東君光能科技發展有限公司;劉良華;江蘇大學
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術領域

本實用新型涉及一種用于風力發電的葉輪，尤其是指一種應用于離網型垂直軸風力發電裝置的螺旋式垂直軸風力葉輪。

背景技術

作為一種能量轉化裝置，風力機能夠從自然界中汲取風能這一可再生能源。隨著世界范圍內能源結構的進一步調整，風力機已成為能源工程領域研究的熱點對象之一。水平軸風力機的風能轉化效率較高，適合于大型風場和并網發電系統，但其尺寸較大，起動力矩較大，輔助裝置多，且氣動噪音大。而近年來垂直軸風力機以其使用便捷、維護部件少、移動性好等優點而在中小功率發電場合得到重視。垂直軸風力機的發電機可放在風輪下部或地面，便于安裝和維護。風力葉輪是風力機的核心部件，直接決定著風能轉化效率和風力機運行的穩定性。目前應用較多的垂直軸風力葉輪包含兩類，一類是阻力型的，如Savonius風力葉輪(Alvin?H.Benesh?et?al.Wind?turbinewith?Savonius-type?rotor.U.S.Patent，No.5494407)，其優點是起動力矩大，結構簡單，制造方便，缺點是風能利用效率低，在其旋轉周期內，輸出力矩波動較大。另一類是升力型的，如Darrieus風力葉輪(P.Deglaire，S.Engblom，O.Aren，H.Bernhoff.Analytical?solutions?for?asingle?blade?in?vertical?axis?turbine?motionin?two-dimensions.European?Journal?of?Mechanics?B/Fluids，2009，28：506-520)，其優點是合理利用了升力原理，風能轉換效率較高，缺點是在某些對風角度下起動困難，且葉片周圍的流態紊亂，易導致葉輪運轉的不穩定。這兩類垂直軸風力葉輪的運行原理和結構均存在著較大的差異。

對于阻力型垂直軸風力葉輪，風能轉換效率是極其重要的評價指標，但起動風速、高效風速范圍、運行穩定性、噪音等均是不可忽視的評價因素。目前由于實驗條件的限制，以及風力機實際運行時，風速分布及風速變化的不確定性，對于阻力型垂直軸風力機的性能尚不能進行精確的評估，且阻力型垂直軸風力機的設計缺乏明晰的理論支撐。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是：為了克服目前阻力型風力葉輪風能利用效率低，旋轉周期內力矩波動大的缺點，特提供一種螺旋式垂直軸風力葉輪。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種螺旋式垂直軸風力葉輪，由具有轉軸孔的輪彀和兩個葉片組成，兩葉片互成180度分布，以兩葉片的截面與輪彀截面組成的截面為基本截面，葉輪表面則由基本截面沿螺旋線掃掠得到，螺旋角為180度，螺距為葉輪高度的2倍，螺旋中心與葉輪軸心共線。

為了進一步提高葉輪的剛度和運行的穩定性，提高運行效率，葉片的厚度由葉片根部向外緣逐漸減小，輪彀和兩個葉片為一體式結構；葉輪高度與葉片基圓直徑的比值為3～3.5∶1，兩葉片錯開間距與葉片基圓直徑之比為0.15～0.2。

本實用新型的有益效果是：1.葉輪的起動性能好，自任何方向吹來的氣流均可驅使葉輪轉動；2.風能轉換效率提高，進入葉片間螺旋通道的氣流在推動葉輪旋轉的同時，沿螺旋通道上升，從而氣流的能量被有效截獲；3.力矩的波動幅度小，運行穩定性高，在葉輪旋轉周期內，由于葉片重量在周向均布，葉片外形在旋轉軸外圍均布，因此使得風力葉輪產生的瞬時力矩較為均勻。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的立體結構示意圖。

圖中：1.輪彀??2.葉片

具體實施方式

一種螺旋式垂直軸風力葉輪，如圖1所示，其由具有轉軸孔的輪彀1和兩個葉片2組成，兩葉片2互成180度分布，以兩葉片2的截面與輪彀1截面組成的截面為基本截面，葉輪表面則由基本截面沿螺旋線掃掠得到，螺旋角為180度，螺距為葉輪高度的2倍，螺旋中心與葉輪軸心共線。

葉片2的厚度由葉片2根部向外緣逐漸減小。輪彀1和兩個葉片2為一體式結構。

葉輪高度與葉片2基圓直徑的比值為3～3.5∶1，兩葉片2錯開間距與葉片2基圓直徑之比為0.15～0.2。