[發明專利]導葉式的直葉片升力型風輪

在審

• 申請號: 201410117915.0
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103883481A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 趙振宙;鄭源;李濤;陳景茹;葉芬;趙振寧
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及風輪，尤其是導葉式的直葉片升力型風輪。

背景技術

從升力型垂直軸風輪葉片的空氣動力學分析可以看出，葉片在360°轉角范圍內，在270°和90°兩個位置的動力矩均為負值，其附近區域的動力矩也都較低，這表明運動到這兩位置時的葉片處于剎車狀態。

這是升力型風輪風能利用系數較低的一個重要原因。

發明內容

發明目的：提供一種導葉式的直葉片升力型風輪，以至少解決現有技術存在的部分問題，提高風能利用系數。

技術方案：一種導葉式的直葉片升力型風輪，包括風輪軸和繞風輪軸轉動的風葉，還包括中軸線穿過風輪軸軸心并可繞風輪軸轉動的支架、固定在支架兩端的導向葉片、與支架剛性聯接的尾舵，以及聯接于尾舵上的尾翼，支架兩端的導向葉片的流體流出方向相反。

所述導向葉片呈圓頭尖尾狀，且尖尾的上下表面延長線同線，并垂直于舵臂。所述導向葉片圓頭處的中弧線的切線與尾翼的展向平行。

有益效果：本發明在背風面的不易產生負低壓區，離開導流葉片的流體不會發生線低壓區的偏離，被導流的流體更加容易控制；另外，被引導的流體范圍大大增加，增加了對主葉輪的氣動流場的干擾范圍，改善性能效果更佳明顯，增大了葉片空氣動力學攻角，增加了動力矩，提高風輪的風能轉化率。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

具體實施方式

針對現有的技術問題，一般的技術思路是：用導葉來改善這兩個方位角的氣動性能，即導葉流體流出端上表面的延長線要與這兩個方位角的葉片弦線垂直，或者延長線經過葉輪軸。該設計容易在其背風面形成負壓區，造成離開導葉的流體偏離設計的流線，改善風力機性能的效果偏差。本申請創造性地提出了以下方案，以克服現有技術的缺點。

如圖1所示，本發明的導葉式的直葉片升力型風輪包括風輪軸1和繞風輪軸轉動的升力風葉2，中軸線穿過風輪軸軸心并可繞風輪軸轉動的支架8、固定在支架兩端的導向葉片3、與支架或導向葉片剛性聯接的尾舵5，以及聯接于尾舵上的尾翼4，支架兩端的導向葉片的流體流出方向相反。

導向葉片3呈圓頭尖尾狀，且尖尾的上表面9和下表面10的延長線同線，并垂直于尾舵的舵臂。導向葉片圓頭處的中弧線11的切線與尾翼4的展向平行。

在導向葉片3、尾翼4、舵臂5和支架8組成可旋轉的第一運動機構，其旋轉由尾翼4驅動。風向改變后，尾翼4受風向阻力作用，使其展向始終與風向一致，從而使兩導向葉片3始終處于一個相對靜止的狀態。升力葉片2、軸承6、橫梁7與風輪軸1組成第二旋轉機構，升力葉片2由空氣動力學升力提供動力而旋轉。橫梁和支架之間通過軸承6過渡連接，因而兩者之間運動不互相干擾。

定義葉片與尾翼最近時為0°和360°方位，最遠時為180°方位，經0°位置旋轉經過90°位置為90°方位，經180°方位旋轉90°位置為270°方位。上述幾個方位角為典型方位角β，也是固定不變的方位角β。

由于尾翼4展向與導向葉片3垂直，在尾翼4的作用下，可確保導葉3始終處于風輪的90°和270°位置。由于采用圓頭尖尾的形式，被流體流進導向葉片時，會分兩股貼著導向葉片的兩個表面進行流動，在離開導向葉片尖端后的上下表面流體，由于尖端的上下表面延長線同向且同線，所以平滑匯合并流出。即將離開導向葉片的流體在流經導向葉片3導向后，風向發生90°的改變。

由于圓頭處中弧線的切線與支架8相垂直，這意味著尾翼的作用下，中弧線切線始終與風向一致。這使得流體在流入導向葉片時，也是平滑流入，而不至于產生較大的速度改變，從而造成背風面的負壓區。當風輪前的風向改變時，升力型葉片2不受風向限制，繼續旋轉。風對尾舵4產生阻力，并通過舵臂8傳遞力矩，從而驅動兩導向葉片3運動，及時調整位置，使其始終分別處于90°和270°位置。

在上述實施例中，導向葉片3采用圓頭尖尾的設計形式，在尾翼4的作用下，不斷調整位置，保持在風輪旋轉空間內90°和270°的相對位置不發生改變。這種導向葉片結構可以雙面導流，被導流的流體流量更大，離開導向葉片的流體更加可控和符合理想條件。導向葉片3改變了90°和270°附近升力葉片2的風向，增大了葉片空氣動力學攻角，增加了動力矩，更加達到了提高風輪的風能轉化率的效果。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。