[發明專利]一種垂直軸風力發電的風力機裝置及風力發電機組

在審

• 申請號: 202010968034.5
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112049754A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 陳衛東;陳征
• 申請（專利權）人: 陳征
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D9/25;F03D3/02;F03D3/00
• 代理公司: 深圳市德錦知識產權代理有限公司 44352
• 代理人: 韓英杰

本發明涉及一種垂直軸風力發電的風力機裝置，包括有旋轉渦輪、導風調節葉輪和旋轉軸，旋轉渦輪同軸設置在導風調節葉輪的內部，旋轉渦輪與旋轉軸固定，旋轉軸安裝在導風調節葉輪上轉動；旋轉渦輪包括有固定在旋轉軸上的渦輪架和固定在渦輪架之間并且以旋轉軸為中心對稱設置的旋轉渦扇葉片，相鄰旋轉渦扇葉片之間形成用于風力進入旋轉渦輪內部的入風通道；導風調節葉輪包括有支撐旋轉軸的葉輪架和活動設置于葉輪架上轉動的用于將風力導流至入風通道的導風調節葉片，導風調節葉片以旋轉軸為中心對稱設置。

技術領域

本發明屬風力發電技術領域，涉及一種垂直軸風力發電的風力機裝置。

背景技術

隨著科學技術的發展，風力機也逐漸運用到許多領域，風力機是利用風產生動力的一種機器。現代風力機多指發電用風力機，亦有用于提水灌溉的。風能資源是清潔的可再生能源，安全、清潔、資源豐富，取之不竭，是一種永久性的大量存在的本地資源，可為我們提供長期穩定的能源供應。風力發電是新能源領域中技術最成熟、最具規模、開發商業化發展前景的發電方式之一，發展風電對于保障能源安全，調整能源結構，減輕環境污染，實現可持續發展等都具有非常重要的意義。

風力發電的原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前風車技術，微風便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。

現有技術中的垂直軸風力機主要有升力葉片型風力機，阻力型風力機有各種葉片造型風輪的垂直軸風力機，垂直軸風力發電機組的風力機較常見為阻力風機組，阻力風機組長期沒能解決消除逆風阻尼，風能利用率低的問題，尤其需要解決弱風提升風速、風力多級利用難題，需要解決氣流尾渦的環境影響難題。

風力發電機的風力輪及葉片，目前的設計理論及設計制造方法，行業內人所周知，在風壓荷載相同的環境及相同力矩的條件下，獲取最大風力動能的風力機設計制造方法與葉輪大小，葉片幾何尺寸緊密相關，尤其垂直軸風力發電機，獲取風力動能的多少，除轉輪力矩體量的大小影響外，主要因素體現在，風葉片的受風面積幾何造型以及布局的合理性。至目前行業的設計理論及葉片造型布局，都是采用了相同的設計原理及理論，設計制造了各種各樣的垂直軸風力發電機。但是設計都是通過葉片的幾何造型和布局上的改變，希望獲得更多的風能量。

垂直軸風力機，行業內也常常稱其為阻力式風機，其原理在相同的風荷載條件下接收到風力動能的多少，取決于以下幾個方面，1、相同力矩、相同風荷載條件下接收到風力動能的多少，是由葉片的迎風面積大小和風的切入角所決定的。因此就產生了各種幾何尺寸造型的葉片，例如：常見如模擬飛機翼設計的各種升力式流體風機葉片、弧形板葉片、雙曲線葉型葉片、直板式葉片等首先都遵從一個原理。為了使正能量迎風面盡量獲得更多的動能量，使負能量回旋逆風面受到最少動能量損耗，所有設計幾何尺寸造型與傾角、弧面、轉動平面均首先符合這一原則，葉片的設計減少風能損失，還考慮到風的纏繞、粘性等物理流態特征，通過造型減少纏繞渦流阻力，利用調整尾角風粘性降風阻等同樣受到業內有設計經驗人的重視。

垂直軸風機的風葉片，在相同力矩條件下的布局與風的獲取動能量直接相關，避免回轉逆風阻力，葉片要調整風切入角，減少風纏繞渦流阻力。風的導出角設計要考慮降低粘性阻力影響，除葉片幾何尺寸、傾角后和葉片的布局緊密相關。常見葉片布局造型，如H型、雙曲線型等。

近幾年還出現了動態自旋葉片，當迎風面葉片處在對稱垂直軸逆風阻條件，葉片自旋轉與風向呈平行狀態，削減逆風阻耗散動能。

近幾年還設計出了垂直軸風機，葉片當處在對稱軸逆風組條件下，通過外部添加遮擋逆風的方式，消除逆風面的耗能影響。

大多數的垂直軸風力機的設計，都是通過葉片幾何造型及布局設置風切入角的方式，提高正能量迎風面，獲取最大風動能量推力；通過葉片導入、導出角的改變使逆風負能量區迎風面變小，并有導出角降低整機風動能損耗。