[發(fā)明專利]前緣加旋轉(zhuǎn)圓柱的垂直軸風力機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610013362.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105545602B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹陽;李錦義;吳國慶;邢述達;茅靖峰;周井玲;張旭東;時玉娟
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D3/06;F03D15/00;F03D13/20;F03D80/00
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所(普通合伙)32100
• 代理人: 葛雷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種前緣加旋轉(zhuǎn)圓柱的垂直軸風力機。

背景技術(shù)

開發(fā)利用風能是解決能源危機的有效途徑之一。水平軸風力發(fā)電機雖然目前占據(jù)著主要市場，但是這種風力發(fā)電機的對于風向的要求苛刻，成本高、壽命短，且對風速的適用范圍較窄。

傳統(tǒng)的垂直軸風力發(fā)電機的風能利用效率很難提高，在垂直軸風力機運動的過程中，單個葉片真正起到提供升力作用的范圍有限。現(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機大多采用的升力型風力機。

根據(jù)貝茨理論極限，傳統(tǒng)的風力機葉片的風能利用率是有極限值的。而實際中的垂直軸風力機的風能利用率在40%左右，很大程度上是由于渦量的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，工作性能優(yōu)異的前緣加旋轉(zhuǎn)圓柱的垂直風力機。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種前緣加旋轉(zhuǎn)圓柱的垂直軸風力機，其特征是：包括底盤，在底盤中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱，在中空立柱上安裝上、下兩個推力軸承，推力軸承外面套著套桿，套桿連接支撐桿，支撐桿和葉片焊接，風力機葉片豎直布置和支撐桿連接在一起，葉片且沿立柱周向均布，構(gòu)成風輪；下推力軸承外圓處安裝一個齒輪，該齒輪和發(fā)電機的齒輪形成一個齒輪副，把葉輪捕捉的風能傳遞到發(fā)電機中；發(fā)電機固定在底盤上的箱體里面，箱體和底座焊接在一起，箱體上固定一個圓弧板，圓弧板和內(nèi)齒輪焊接在一起；

葉片和前緣旋轉(zhuǎn)圓柱通過葉片上、下端的卡槽件裝卡在一起，前緣旋轉(zhuǎn)圓柱通過止推軸承支撐固定，軸承過盈配合套入卡槽件的槽內(nèi)，前緣旋轉(zhuǎn)圓柱下端裝入外齒輪，外齒輪和外面的內(nèi)齒輪嚙合。

底盤是鋼筋混凝土平臺、鋼板或鋼架結(jié)構(gòu)。

底盤的上表面與水平面平行。

中空立柱采用無縫鋼管或合金鋼管，中空立柱底端與底盤焊接；中空立柱與水平面垂直。

本發(fā)明前緣帶有旋轉(zhuǎn)圓柱，可以改變垂直軸風力機運行過程中風場的氣流狀況，提高升力，延緩邊界層分離，改變渦流分布，減少風能損失。

本發(fā)明通過支撐桿直接固定在立柱上，前緣旋轉(zhuǎn)圓柱鉸接在葉片前端并且下端安裝有外齒輪，下端的外齒輪和固定的內(nèi)齒進行嚙合，實現(xiàn)自身旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明巧妙的在前緣處加旋轉(zhuǎn)圓柱，由Magnus效應(yīng)可知，前緣旋轉(zhuǎn)圓柱旋轉(zhuǎn)，可以改變空氣的流向和壓力分布，從而抑制邊界層的分離，避免了傳統(tǒng)垂直軸風力機葉片在旋轉(zhuǎn)過程中邊界層過早的分離，單個葉片做功的范圍比較小的情況。前緣帶有旋轉(zhuǎn)圓柱，風速很小的情況下，旋轉(zhuǎn)圓柱就可以達到很高的速度，這可以提高垂直軸風力機在低速條件下的啟動性能。

對于前緣旋轉(zhuǎn)葉片來說，隨著前緣旋轉(zhuǎn)速度的不同，葉片兩邊的壓力差不斷增加，這使得升力不斷增加，提高升阻比。在低速條件下，由于旋轉(zhuǎn)圓柱下面的齒輪和內(nèi)齒輪的傳動比很高，使得風速很小的情況下，圓柱就具有很高的速度，這樣可以很好的改善垂直軸風力機的低速啟動性能。

前緣加旋轉(zhuǎn)垂直軸風力機葉片在前緣旋轉(zhuǎn)的情況下能夠很好的改變渦流的分布情況，改善渦流對于垂直軸風力機的影響。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1為本發(fā)明前緣帶有旋轉(zhuǎn)圓柱的垂直軸風力機三維結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明前緣旋轉(zhuǎn)圓柱和葉片的局部裝配關(guān)系圖。

圖3是圖2的A部放大圖。

圖4是圖2的B部放大圖。

圖5是外齒輪和內(nèi)齒輪嚙合關(guān)系圖。

圖6是傳統(tǒng)垂直軸風力機的平面原理圖。

圖7為本發(fā)明前緣加旋轉(zhuǎn)圓柱風力機平面原理圖。

1 軸套 ；2 推力軸承； 3支撐桿； 4中空立柱； 5 前緣旋轉(zhuǎn)圓柱； 6止推軸承； 7 外齒輪； 8 底盤； 9 發(fā)電機底座； 10 發(fā)電機； 11圓弧板；12齒輪； 13齒輪；14 葉片；15內(nèi)齒輪；16 滾動軸承。

具體實施方式

一種前緣旋轉(zhuǎn)的垂直軸風力機，包括底盤8，在底盤8中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱4，在中空立柱4上安裝上、下兩個推力軸承2，推力軸承2外面套著套桿，套桿上螺栓連接支撐桿3，支撐桿3和葉片14之間進行焊接，風力機葉片14豎直布置和支撐桿3連接在一起，葉片且沿立柱周向均布，構(gòu)成風輪。風輪實現(xiàn)風能的吸收和轉(zhuǎn)換。

底盤8可以是鋼筋混凝土平臺，可以是鋼板，也可以是鋼架結(jié)構(gòu)。施工時要求底盤8的上表面與水平面平行。中空立柱4采用無縫鋼管或合金鋼管，底端與底盤8焊接。施工時要求中空立柱4與水平面垂直。