[發(fā)明專利]基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710131709.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN106894948A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建;張周周;徐洪濤;陳榴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D3/06
• 分類號(hào): F03D3/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,王晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是一種基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求逐年上升。而目前我國主要使用的依舊是傳統(tǒng)的化石能源，化石能源的利用所帶來的環(huán)境問題也越來越嚴(yán)重，同時(shí)化石能源也在不斷減少。因此，清潔的可再生能源則成為我國日后發(fā)展的關(guān)鍵。

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，世界上許多國家對(duì)風(fēng)能的開發(fā)和利用采取了激勵(lì)機(jī)制，以減緩本國的環(huán)境污染問題。在我國，風(fēng)能是我國能源戰(zhàn)略中的關(guān)鍵一環(huán)，風(fēng)能的發(fā)展有利于解決我國的環(huán)境污染問題。我國的風(fēng)能資源十分豐富，在內(nèi)蒙古、甘肅以及東北三省等省份都存在的豐富的風(fēng)能資源，其可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約為２億ＫＷ，這些地區(qū)地形平坦、交通便利，有利于大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電場(chǎng)。我國也早在上個(gè)世紀(jì)就開始使用風(fēng)能，近年來我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭也特別強(qiáng)勁，裝機(jī)容量已超過美國。目前所使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩種。在風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)力機(jī)則是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要裝置。風(fēng)力機(jī)主要分為水平軸和垂直軸風(fēng)力機(jī)，相比于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)來流方向沒有要求，不需要任何的導(dǎo)流裝置；它結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝；小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)還適用于多建筑地區(qū)，能夠有效利用建筑風(fēng)能，減少一次能源的消耗；同時(shí)，其最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即：與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本普遍較低。然而，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)并沒有太好的自動(dòng)啟動(dòng)性能，同時(shí)輸出功率也相對(duì)較低。

針對(duì)上訴垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，需要對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，對(duì)葉型葉片進(jìn)行改進(jìn)，其翼型由葉片主體和小翼組成。葉片和小翼同時(shí)作用能有效提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)性能與輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述所存在的缺點(diǎn)，提供一種基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)，從垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)入手，考慮現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)理論，采用加裝小翼的葉片，利用尾部小翼旋轉(zhuǎn)的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)來提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括風(fēng)力機(jī)底座、葉輪轉(zhuǎn)軸、葉輪轉(zhuǎn)臂、葉片，所述葉片尾部通過小翼轉(zhuǎn)軸安裝小翼，用于提高垂直軸風(fēng)力機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)性能和功率輸出。

所述葉片尾端與小翼的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離h可調(diào)。

所述葉片通過葉輪轉(zhuǎn)臂與葉輪轉(zhuǎn)軸固定連接，葉輪轉(zhuǎn)軸安裝在風(fēng)力機(jī)底座上。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明在于對(duì)傳統(tǒng)NACA系列翼型進(jìn)行改進(jìn)，將普通翼型一分為二，包含，葉片和小翼，此葉片和小翼具有相對(duì)獨(dú)立的參數(shù)特征。當(dāng)風(fēng)吹向此風(fēng)力機(jī)，葉片和小翼同時(shí)受到空氣的作用，小翼的旋轉(zhuǎn)能夠增加風(fēng)力機(jī)的靜態(tài)扭矩，給風(fēng)力機(jī)帶來自動(dòng)啟動(dòng)性能上的提升；與此同時(shí)，其能夠提升風(fēng)力機(jī)的功率輸出。

本發(fā)明的安裝在垂直軸風(fēng)力機(jī)上，保證了垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝維護(hù)等其他優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又改善了垂直軸風(fēng)力機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)性能的不足，提高了風(fēng)力機(jī)的功率輸出。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明的基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)的立體圖；

圖2為本發(fā)明的基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)的俯視圖；

圖 3為翼型局部視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的基于仿生學(xué)的垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括風(fēng)力機(jī)底座4、葉輪轉(zhuǎn)軸5、葉輪轉(zhuǎn)臂6、小翼轉(zhuǎn)軸3、葉片1和小翼2。葉片1通過葉輪轉(zhuǎn)臂6與葉輪轉(zhuǎn)軸5固定連接，葉輪轉(zhuǎn)軸5安裝在風(fēng)力機(jī)底座4上。葉片1尾部通過小翼轉(zhuǎn)軸3安裝小翼2，用于提高垂直軸風(fēng)力機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)性能和功率輸出。

如圖3所示，葉片1尾端與小翼2的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離h可調(diào)。

本發(fā)明以NACA0015翼型為原型進(jìn)行改進(jìn)后的葉片（其小翼部分長度為總弦長的１/４長度）。將傳統(tǒng)NACA系列翼型一分為二，翼型前端作為葉片主體，翼型尾部作為小翼，重新組裝成新式翼型，兩者間的距離可以改變，合適的間距有利于風(fēng)力機(jī)輸出功率的增大，間距過大或是過小，其靜態(tài)扭矩會(huì)有所減小，相對(duì)自動(dòng)啟動(dòng)性能越差。但是，相比于傳統(tǒng)單葉片垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，自動(dòng)啟動(dòng)性能還是有較大的提升。