[實用新型]一種組合型垂直軸風力發電裝置

有效

• 申請號: 201720177971.2
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN206539452U
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 吳暢;程凱;闕剛;丁楊科;馮定忠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D80/70
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙)33216
• 代理人: 林蜀

技術領域

本實用新型涉及風力發電機的導風葉片組，特別涉及一種組合型垂直軸風力發電機。

背景技術

風能廣泛蘊藏在陸地和海洋的各個角落，其可持續、綠色、無污染、易獲取等優點成為大家爭相開發的熱點資源。我國風能資源很豐富，可開發的裝機容量約2.5億千瓦，居世界首位，但是我們國家實際風力發電裝機容量僅占全國電力裝機的0.11%，風力發電發展潛力巨大。

現有利用風能發電機主要包括兩大類：水平軸和垂直軸風力發電機。目前國內外市場上，水平軸風力發電機還是主流形式。但是，水平軸式風力發電機有很大的不足之處。如：水平軸式風力發電機安裝高度高、占用空間大，需要迎風的偏航系統，抗風能力較差，運行時噪音大，起動風速較高，一般要求3.5m/s以上。與水平軸式風力發電機相比，垂直軸風力發電機可以適應任何風向，安裝高度低，可連體布置，占用空間小；運行時噪音小，啟動風速低。因此近年來垂直軸風力發電機受到越來越多的重視。

垂直軸風力發電機主要分為阻力型和升力型。阻力型垂直軸風力發電機主要是利用空氣流過葉片產生的阻力作為驅動力的，啟動風速較低；而升力型則是利用空氣流過葉片產生的升力作為驅動力的，啟動風速較高。由于葉片在旋轉過程中，隨著轉速的增加阻力急劇減小，而升力反而會增大，所以升力型的垂直軸風力發電機的效率要比阻力型的高很多。

綜觀現有垂直軸風力發電機專利申請現狀，大多是采用單一的阻力型或者升力型葉片，如專利CN104088754、CN204738907U等等，普遍存在風能利用不佳且無法兼顧發電效率低下、啟動風速低的問題。少部分為了克服升力型葉片所需啟動風速大的缺點在上下端加入阻力型葉片(或啟動風杯)搭配使用，如專利CN106121910A、CN104131952A,以增強風速較小時的適應性。但是，上下端加上阻力型葉片和相關連接、脫除機構極大地增加了風力發電端重量，增加了下端角接觸球軸承的負擔，摩擦扭矩增大，發電效率和啟動風速都很難得到有效的改善。

發明內容

為解決現有技術的不足，提供一種組合式垂直軸風力發電裝置，這種風力發電裝置，結構合理，發電效率高。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種組合型垂直軸風力發電裝置，包括中心轉軸，在中心轉軸下方設有角接觸球軸承，至少兩組組合型葉片通過連接桿與中心轉軸固定連接，每組組合型葉片包括至少兩片組合型葉片，每片組合型葉片包括一片空心長方體直板和一片空心曲面流線型板，曲面流線型板包括正板與背板，正板為遠離中心轉軸的曲面流線型板，背板為靠近中心轉軸的曲面流線型板，曲面流線型板與空心直板的側邊固定連接。

上述的一種組合型垂直軸風力發電裝置，曲面流線型板與空心直板的空間夾角在90°—180°之間。

上述的一種組合型垂直軸風力發電裝置，長方體直板和曲面流線型板的高度比為1:1—1:1.5，寬度比為：0.5：1-1:1。

上述的一種組合型垂直軸風力發電裝置，曲面流線型葉片正板與背板的表面曲率不同，背板曲率大于正板曲率。

上述的一種組合型垂直軸風力發電裝置，每組組合型葉片等高等距分布。

上述的一種組合型垂直軸風力發電裝置，每組組合型葉片離中心轉軸越近高度越高。

上述的一種組合型垂直軸風力發電機，每組組合型葉片距中心轉軸的距離不等。

曲面流線型板包括正板與背板，正板為遠離中心轉軸的曲面流線型板，背板為靠近中心轉軸的曲面流線型板，正板與背板兩側連接后中間形成空心的曲面流線型板。

垂直軸風力發電機在運轉過程中，葉片底部連接發電機的軸承要同時承受軸向重力和徑向偏擺力。因此，選用軸承時也要兼顧可靠性問題。選用角接觸球軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷，能在較高的轉速下工作。其它軸承在兩種載荷作用下表現不佳，如球接觸軸承只能承受軸向載荷不能承受徑向載荷；深溝球軸承主要承受徑向載荷，軸向載荷較大時易于破壞等等。

長方體直板是阻力型葉片，曲面流線型板是升力型葉片；阻力型葉片具有阻擋風力獲得轉動力矩、啟動風速小的特點，而本實用新型所用升力型葉片正、背兩面曲率不同，背面曲率更大，旋轉過程中迎風面積大、升力大。本實用新型將阻力型和升力型葉片組合使用，使本實用新型具備啟動風速低、發電效率高效的特點。

本實用新型所用葉片皆為空心結構，極大地減輕了葉片重量，降低了角接觸球軸承承受的載荷和摩擦功耗。并且，風速時高時低、不穩定的多變工況下，角接觸球軸承偏矩得以減小，增強了使用壽命和可靠性。多排葉片疊放能充分利用風能。