[實用新型]一種垂直軸風力發電機

有效

• 申請號: 201020666327.X
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN201884213U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 孫勇;彭明軍;王躍宗;潘志強
• 申請（專利權）人: 昆明理工峰潮科技有限公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 趙云

技術領域

本實用新型涉及一種具有多曲面翼型的垂直軸風力機。

背景技術

現有的垂直軸風力發電機的風輪葉片按其工作原理可分為三大類：升力型，阻力型和升阻復合型。這些葉片均呈長直條形狀，僅葉片截面有所差異。這類直條形葉片自啟動困難，啟動風速較高（≥3m/s），風輪轉速低，使得垂直軸風力機的風能利用率一直低于水平軸風力機。有資料報道一種截面為半圓形扭轉式的純阻力型葉片風輪，雖解決了垂直軸風力機自啟動的困難，但其仍存在風阻大，轉速低，風能利用率低的缺點。在一種柔性旋轉葉片（ZL?200720172527.8）中敘述了一種柔性旋轉葉片風力發電機，該風力發電機采用可折彎的柔性材料制成，且仍選用傳統機翼形葉片，但該方法仍未能解決垂直軸風力發電機自啟動困難的問題。該發明人于2010年2月在上述專利的基礎上新報專利（CN201020112299.7），增設一輔助啟動的螺旋形葉片，形成內外雙輪結構，企圖降低風力發電機自啟動風速。在專利“一種垂直軸風力發電機風葉及風輪”（ZL200820126845.5）中敘述了一種垂直軸風力發電機，該發電機風葉橫截面選用傳統機翼型，將翼型圍繞一鼓形旋轉面（C形）螺旋上升，形成類似經典達爾厄風機的葉片風輪。這種風輪由于上下端的旋轉半徑向內縮短，在相同占空的情況下，風力發電機掃風面積約少20%，降低了風力發電機的功率，使得單位成本增加。此外，該發明把風葉的安裝角定為60°。經本行業的實際風洞試驗發現，此角度不能達到風阻最小，旋轉速度最大。

總之，已有技術對垂直軸風力機自啟動困難，風輪轉速低，風能利用率低于水平軸風力機的缺點一直以來尚未找到有效的解決方案。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提出一種剛性且具有多曲面翼型的垂直軸風力機，具有自啟動能力強，風輪轉速高，風能利用率高等特點。

解決本實用新型所采用的方案是：風輪葉片的水平截面呈開口向外的C形翼，且葉片為圍繞旋轉軸的等半徑三維螺旋曲面。

所述的風輪葉片的安裝角α為70°～90°。

所述的每條葉片的上下端螺旋錯位角β為30°～120°。

C形截面葉片圍繞旋轉軸旋轉成形成柱面螺旋曲面，構成復雜的三維空間曲面葉片，再通過懸臂將多曲面葉片與中間旋轉軸連接成一體構成風力發電機葉輪。

本實用新型所述的風輪的葉片材料可采用蜂窩板材、高分子有機復合材料或普通金屬板材。

本實用新型的有益效果是：將傳統長直條狀的機翼形葉片的截面設計成開口C形，并圍繞旋轉軸扭曲成三維空間的多曲面葉片后，首先是克服了現有垂直軸風力發電機所存在的因不對稱氣流所產生的周期性脈動推力，消除啟動死角，解決啟動困難的缺點；其次，葉片圍繞等徑柱面旋轉使風輪風阻相對較小；其三，葉片安裝角確定為70°～90°，符合實際風洞試驗的最佳結果，可進一步降低葉片旋轉時的風阻，提高風機轉速，從而提高風能利用率。

附圖說明

圖1為本實用新型多曲面垂直軸風力發電機結構示意圖；

圖2為本實用新型多曲面垂直軸風力發電機結構俯視圖；

圖3?為本實用新型的水平截面剖視圖。

附圖各標號表示：葉片1；旋轉軸2；懸臂3；發電機4；α-安裝角；β-錯位角。

具體實施方式

實施例1

采用二片1mm厚度的金屬鋁板制成直徑為0.8m，高1m的垂直軸式多曲面風力機的葉片1，通過懸臂3與中心旋轉軸2連接形成100W垂直軸式風力機。此方案制備的垂直軸式風力機結構簡單，啟動風速為1.3?m/s，額定風速下的風機轉速為50轉/min，風能利用率達到0.42。

實施例2

采用三片3.5mm厚度的金屬蜂窩板制成直徑為4.2m，高3.5m的垂直軸式多曲面風力機的葉片1，通過懸臂3與中心旋轉軸2?連接形成3KW垂直軸式風力機。此方案制備的垂直軸式風力機結構簡單，啟動風速為1.8?m/s，額定風速下的風機轉速為30轉/min，風能利用率達到0.46。

實施例3

采用三片60mm厚度的玻璃鋼制成直徑為74m，高36m的垂直軸式多曲面風力機的葉片1，通過懸臂3與中心旋轉軸2連接形成1500KW垂直軸式風力機。此方案制備的垂直軸式風力機結構簡單，啟動風速為3.0?m/s，額定風速下的風機轉速為18轉/min，風能利用率達到0.41。