[發明專利]垂直軸風力發電機的葉片及葉輪

無效

• 申請號: 201210287071.5
• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN102748207A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 趙立華
• 申請（專利權）人: 趙立華
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及垂直軸風力發電機，尤指一種帶輔翼、結構簡單、可微風啟動、運行穩定、無噪聲的H型垂直軸風力發電機葉片及葉輪。

背景技術

風力發電機分為水平軸和垂直軸兩種，H型葉輪是垂直軸風力發電機的常見形式，具有結構簡單、安裝維護方便、可接受任意方向來風、噪音低的特點。直葉片葉輪由于結構原因，存在低風速啟動困難，高速運行穩定性差的缺陷。葉輪工作時，因流過葉片的逆風面和順風面的風速不同，氣流作用于兩面的壓力不同，存在壓力差，在此壓力差的作用下，氣流會越過葉片端部，由壓力高的一面向壓力低的另一面流動，在葉片端部附近產生渦旋氣流，見圖1。此渦旋氣流一方面增加葉片運行的阻力，影響葉輪的穩定性；另一方面也會在葉片端部附近產生壓力損失，使葉片受到的升力減小，降低了風能利用效率。同時，H型葉輪的葉片所受離心力作用隨葉輪轉速的加快而增加，增大了葉片的彎曲應力，也使葉輪的穩定性變差。

發明內容

為了克服上述缺陷，本發明在H型葉輪直翼型葉片上增加輔翼，提出一種結構簡單，可微風啟動，能增加風力機運行穩定性，提高風能利用效率的垂直軸風力發電機的葉片及葉輪。

為達到上述目的，本發明的垂直軸風力發電機的葉片由主翼和輔翼構成。主翼為葉片的中間直線段部分，其橫截面為機翼流線型橫截面外形（含適于制作垂直軸風力發電機翼型的任何流線型橫截面外形），其所有橫截面前緣點A、后緣點B連接弦的中點軌跡為平行于輪軸中心線的直線段，是葉片的主要構成部分，見圖2、圖3、圖6、圖7。

輔翼是指主翼輔助增加的部分，包括上、下輔翼；輔翼由直線段和過渡彎曲段外形均勻連接構成；輔翼過渡彎曲段橫截面前緣點A、后緣點B間連接弦的中點軌跡為一向輪軸側彎曲的圓弧，圓心角為α（0⁰＜α＜90⁰），該圓弧所在的平面與輪軸中心線共面。

輔翼直線段外形由橫截面為機翼流線型橫截面外形（含適于制作垂直軸風力發電機翼型的任何流線型橫截面外形）的上弦曲面外曲面與過輔翼過渡彎曲段上、下端橫截面弦前緣點A、后緣點B和輔翼直線段上、下端橫截面最高、最低點C的內曲面（含平面）所圍成；輔翼段葉片上、下對稱配置，見圖2、圖3；輔翼過渡彎曲段與主翼段外形均勻連接成一體、構成完整葉片。

輪軸為垂直軸風力發電機的鉛垂回轉軸，見圖7。葉片的主翼和上、下輔翼過渡彎曲段橫截面前緣點A與后緣點B連接弦的中點分別分布于圓心在輪軸中心線上的一系列水平截面圓的圓周上，見圖5、圖6。

為達到上述目的，由本發明的葉片制作的垂直軸風力發電機葉輪，包括復數枚葉片、輪軸和支持臂。葉片橫截面為翼型的流線型橫截面外形（含適于制作垂直軸風力發電機翼型的任何流線型橫截面外形），外形為上下對稱。葉片通過支持臂與輪軸固定連接，支持臂為葉片與輪軸的固定連接件，見圖7。

主翼為葉片的中間直線段部分，其橫截面為機翼流線型橫截面外形（含適于制作垂直軸風力發電機翼型的任何流線型橫截面外形），其所有橫截面前緣點A、后緣點B連接弦的中點軌跡為平行于輪軸中心線的直線段，是葉片的主要構成部分，見圖2、圖3、圖6。

輔翼是指主翼輔助增加的部分，包括上、下輔翼；輔翼由直線段和過渡彎曲段外形均勻連接構成；輔翼過渡彎曲段橫截面前緣點A、后緣點B間連接弦的中點軌跡為一向輪軸側彎曲的圓弧，圓心角為α（0⁰＜α＜90⁰），該圓弧所在的平面與輪軸中心線共面。。

輔翼直線段外形由橫截面為機翼流線型橫截面外形（含適于制作垂直軸風力發電機翼型的任何流線型橫截面外形）的上弦曲面外曲面與過輔翼過渡彎曲段上、下端橫截面弦前緣點A、后緣點B和輔翼直線段上、下端橫截面最高、最低點C的內曲面（含平面）所圍成；輔翼段葉片上、下對稱配置，見圖2、圖3；輔翼過渡彎曲段與主翼段外形均勻連接成一體、構成完整葉片。

輪軸為垂直軸風力發電機的鉛垂回轉軸，見圖7。葉片的主翼和上、下輔翼過渡彎曲段橫截面前緣點A與后緣點B連接弦的中點分別分布于圓心在輪軸中心線上的一系列水平截面圓的圓周上，見圖5、圖6。

上述結構的垂直軸風力發電機葉片以及采用上述結構的垂直軸風力發電機葉片制成的葉輪，如圖7所示。此構形設置能避免葉輪旋轉時由于葉片逆風面和順風面存在的壓力差而產生的旋渦氣流，減小葉片上、下端部的壓力損失，從而增加葉輪的動力扭矩，有效地解決了風能利用率降低的問題，亦能同時提高葉輪運行的穩定性。