[發(fā)明專(zhuān)利]葉片限位旋轉(zhuǎn)的偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210459579.9
• 申請(qǐng)日: 2012-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102926926A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳新崗;古亮;李山;劉偉;賀娟;雷紹蘭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F03D3/06
• 分類(lèi)號(hào): F03D3/06
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 穆祥維

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)，尤其涉及一種葉片限位旋轉(zhuǎn)的偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)。

背景技術(shù)

如今，石油、煤、天然氣等不可再生能源均面臨著儲(chǔ)量枯竭、價(jià)格上漲、甚至地球環(huán)境的嚴(yán)重污染等。核裂變發(fā)電危險(xiǎn)性高，核廢料污染環(huán)境、處理困難；利用核聚變能發(fā)電現(xiàn)在還不可行。而太陽(yáng)能和風(fēng)能是可再生能源，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。因此，各國(guó)都大力開(kāi)發(fā)以風(fēng)能和太陽(yáng)能為代表的清潔可再生能源。

在當(dāng)前風(fēng)能利用領(lǐng)域，現(xiàn)有的大多數(shù)大裝機(jī)容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大都處于待、停機(jī)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)利用效率極低。在某些特殊條件下，甚至為了使風(fēng)機(jī)隨時(shí)待機(jī)發(fā)電，還必須對(duì)風(fēng)機(jī)輸入控制電源，這使風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了負(fù)功率輸出狀態(tài)，極大降低了風(fēng)能利用率。受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要存在的以下問(wèn)題：1.啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速均太高，嚴(yán)重脫離實(shí)際情況。需研制適合大多數(shù)地區(qū)使用的風(fēng)力機(jī)，其啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速都要很低；2.現(xiàn)有風(fēng)輪的葉片細(xì)而長(zhǎng)，實(shí)度極低，大部分從葉片之間的空隙漏走，風(fēng)能沒(méi)有被充分利用；3.風(fēng)葉翼型設(shè)計(jì)不合理。當(dāng)前使用最為廣泛的風(fēng)輪葉片是根據(jù)直升機(jī)的旋翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。直升機(jī)的旋翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了利用氣流提高其升力，但風(fēng)輪葉片需要克服這種力的作用，是相反的過(guò)程。4.多數(shù)風(fēng)輪葉片扭轉(zhuǎn)角是固定的，不能適應(yīng)不同的風(fēng)速。但是在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)速大小是隨機(jī)的。因此風(fēng)輪一般工作在非設(shè)計(jì)工作狀態(tài)，總體效率低，啟動(dòng)困難。

現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片截面積增大，提高了捕風(fēng)能力，降低啟動(dòng)風(fēng)速。調(diào)整葉片傾斜角度可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。葉片截面積的增大可以大幅減小葉片的長(zhǎng)度，以致風(fēng)輪葉片總重量大幅減少，能最大化地利用風(fēng)能發(fā)電。占地面積少，全方向做功，啟動(dòng)快。

現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有三種方案。1.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式安裝在葉片支架兩端，葉片由電機(jī)控制。順風(fēng)時(shí)，控制使葉片豎直受風(fēng)，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為葉輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。而在逆風(fēng)時(shí)，控制使葉片呈水平位置，對(duì)風(fēng)不產(chǎn)生任何阻力。2.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式安裝在葉片支架兩端。葉片支架上安裝有90度單方向限位裝置，以使葉片單方向偏距不超過(guò)90度。任意方向來(lái)風(fēng)時(shí)，葉片由于單方向限位作用一邊保持原位，另一邊葉片與風(fēng)向相同進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。3.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式在葉片支架兩端以90度夾角安裝葉片。在葉片支架上安裝最大擺動(dòng)角度為45度的限位裝置。任意方向來(lái)風(fēng)使葉片支架一端的葉片擺動(dòng)到水平位置；葉片支架另一端的葉片在風(fēng)力作用下擺動(dòng)到豎直位置，風(fēng)作用于豎直位置的葉片而使葉片帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)豎直位置的葉片擺動(dòng)到順風(fēng)位置時(shí)，另一葉片支架的一葉片在風(fēng)力作用下擺動(dòng)到豎直位置，繼續(xù)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。

但是，第一種方案中的葉片位置調(diào)整需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，需要耗費(fèi)電力；第二種方案中的葉片在轉(zhuǎn)速時(shí)由于離心而不能可靠復(fù)位。以上三種方案，雖然實(shí)度比常規(guī)風(fēng)輪大許多，葉片截面積大，但其實(shí)度可以進(jìn)一步提高。因此，有必要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出更合理的風(fēng)力機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速高、風(fēng)輪實(shí)度低，風(fēng)能利用系數(shù)小、風(fēng)輪風(fēng)葉翼型和扭轉(zhuǎn)角是固定而不能適應(yīng)不同的風(fēng)速、驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)需要耗費(fèi)電力、葉片位置調(diào)整需要耗費(fèi)電力驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，不能可靠復(fù)位等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種葉片限位旋轉(zhuǎn)的偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)，進(jìn)一步提高實(shí)度。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

葉片限位旋轉(zhuǎn)的偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括塔架和風(fēng)輪，所述風(fēng)輪包括主軸、輕質(zhì)葉片、葉片軸支架和葉片軸；所述主軸豎直安裝在塔架的頂部并可自由旋轉(zhuǎn)；

所述葉片軸支架為多對(duì)，且在水平面上相互交叉呈輻射狀均勻固定于主軸上，每對(duì)葉片軸支架的兩端分別豎直安裝葉片軸，所述葉片軸與葉片軸支架轉(zhuǎn)動(dòng)配合；

所述輕質(zhì)葉片固定安裝在葉片軸上，輕質(zhì)葉片相對(duì)于葉片軸支架的回轉(zhuǎn)角度α為0~90°。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，每對(duì)葉片軸支架均包括葉片軸支撐上桿和葉片軸支撐下桿，所述葉片軸支撐上桿和葉片軸支撐下桿均與主軸垂直并固定在主軸上，每對(duì)葉片軸支架的葉片軸支撐上桿和葉片軸支撐下桿在豎直方向上對(duì)應(yīng)；葉片軸支撐上桿的兩端與對(duì)應(yīng)的葉片軸支撐下桿的兩端之間分別豎直安裝葉片軸。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述輕質(zhì)葉片為鋼絲繃帆布。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的葉片限位旋轉(zhuǎn)的偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、風(fēng)輪實(shí)度高：增加了輕質(zhì)葉片阻風(fēng)面積，提高了風(fēng)輪實(shí)度，風(fēng)能利用系數(shù)大，增加了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，發(fā)電能力強(qiáng)。