CN201011334Y - 一种垂直轴风力发电机及风力机叶轮 - Google Patents

一种垂直轴风力发电机及风力机叶轮 Download PDF

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林兆安
吴德培
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Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机，包括发电机、叶轮、立支架，所述发电机置于立支架上，该发电机的旋转轴垂直向上，所述叶轮套接在所述发电机旋转轴上，叶轮具有至少一个垂直的主叶片；在所述主叶片的至少一侧面连接有一个或多个垂直的副叶片。本实用新型通过在叶轮主叶片的侧面连接副叶片，可以在增大迎风推力的同时减小背风阻力，使叶轮的转速明显提高，从而提高风能的利用率。

Description

一种垂直轴风力发电机及风力机叶轮
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机，尤其涉及一种垂直轴风力发电机。
背景技术
风力发电机以其叶轮旋转轴的方向区分，有水平轴式和垂直轴式两大类。目前国内外市场上，水平轴式风力发电机还是主流形式。但是，水平轴式风力发电机安装高度高、占用空间大，需要迎风的偏航***，抗风能力较差，运行时噪音大，起动风速较高(一般3.5米/秒以上)。与水平轴式风力发电机相比，垂直轴风力发电机可以适应任何风向，安装高度较低，还可连体布置，占用空间小，且重的部件(发电机、变速箱等)安装重心低，整体稳定性和抗风性好；运行时发电机发出的噪音小，同时起动风速低(2米/秒左右)。因此，近年来，垂直轴风力发电机越来越受到人们的重视。
垂直轴风力发电机的叶轮设计是决定发电机风能利用率、起动风速和成本的主要因素。最常见的垂直轴风叶为阻力型风叶，有平板式、抛物线式，也有横截面类似于飞机机翼纵截面的所谓升力型风叶。推动风叶旋转的动力是迎风面的推力与背风面阻力的净差；因此，增大迎风推力和减小背风阻力是提高风叶效率的关键。现有风叶的结构过于简单，使得风叶迎风面的推力与背风面阻力相差不大，致使叶轮的转速不高。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术中的缺点，提供一种叶轮主叶片的侧面连接有副叶片的垂直轴风力发电机。
另外，本实用新型还提供一种主叶片的侧面连接有副叶片的垂直轴风力机叶轮。
为了解决上述技术问题，通过以下技术方案实现：
一种垂直轴风力发电机，包括发电机、叶轮、立支架，所述发电机置于立支架上，该发电机的旋转轴垂直向上，所述叶轮套接在所述发电机旋转轴上，叶轮具有至少一个垂直的主叶片；在所述主叶片的至少一侧面连接有一个或多个垂直的副叶片。
在上述垂直轴风力发电机中，所述副叶片与主叶片的夹角为15°-90°。
在上述垂直轴风力发电机中，所述主叶片为平板状或曲面状；所述副叶片为平板状，或者为曲面状，或者为平板与曲面的结合。
在上述垂直轴风力发电机中，所述曲面的水平断面为抛物线。
在上述垂直轴风力发电机中，所述曲面为圆柱面。
在上述垂直轴风力发电机中，所述主叶片为垂直的中空柱体，该柱体的横截面形状呈典型的飞机机翼纵截面状。
在上述垂直轴风力发电机中，所述柱体厚度较大的一端连接有一个或多个副叶片。
在上述垂直轴风力发电机中，所述主叶片与副叶片固定连接，或者活动连接。
一种风力机的叶轮，具有至少一个主叶片，该叶轮的叶片垂直于地面设置；在所述主叶片的至少一侧面连接有一个或多个副叶片。
与现有技术相比，本实用新型揭示的一种叶轮主叶片的侧面连接有副叶片的垂直轴风力发电机，在增大迎风推力的同时减小背风阻力，使叶轮的转速明显提高，从而提高风能的利用率。
附图说明
图1是实施例一中垂直轴风力发电机局部的立体图；
图2是图1的俯视图；
图3是实施例二中垂直轴风力发电机局部的立体图；
图4是图3的俯视图；
图5是实施例三中垂直轴风力发电机局部的立体图；
图6是图5的俯视图；
图7是实施例四中垂直轴风力发电机局部的俯视图；
图8为本实用新型的实用参考图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例一
请参阅图1、图2，图中揭示了一种垂直轴风力发电机，包括发电机1、叶轮2、立支架3，发电机1置于立支架3顶部，所述发电机1的旋转轴垂直向上，所述叶轮2套接在所述发电机1旋转轴上。叶轮2具有三个垂直的主叶片21(图中只示出一个)，该主叶片21为平板状，发电机1的旋转轴轴线A与平板状主叶片21的中心面位于同一平面P上。在该主叶片21的两侧分别固定设置垂直的副叶片221、副叶片222，固定设置的方式包括焊接、铆接、插接、连杆连接，本实施例采用铆接方式。副叶片221、222的高度与所述主叶片21的高度相同；副叶片222为平板状，副叶片221为曲面状，所述曲面的水平断面为抛物线或其变形。上述副叶片221、副叶片222与主叶片21的接触点为主叶片21远离立支架3的端部211。
本实用新型中两叶片夹角的定义为：(1)如果两叶片均为平板状：其夹角即为两平板状叶片所在平面的夹角；(2)如果两叶片一个为平板状、一个为曲面状：过两叶片的接触线作曲面状叶片的切面，该切面与上述平板状叶片的夹角即为两叶片夹角；(3)如果两叶片均为曲面状：过两叶片的接触线分别作两曲面状叶片的切面，两切面的夹角即为两叶片夹角。另外，如果其中一叶片为平板与曲面的结合，则只考虑两叶片接触部分叶片的形状。
如图2，副叶片221与主叶片21的夹角为90°，副叶片222与主叶片21的夹角为45°。当然，所述夹角可以为15°-90°中的任意一角度。
另外，主叶片21与副叶片221、222可以通过铰链、弹簧、活动连杆、液压连杆等方式活动连接。同时，可以只在主叶片一侧设置一个副叶片。
在主叶片两侧设置的副叶片一方面可以增大叶片迎风方向的推力，另一方面也减小背风方向的阻力，使叶轮的转速明显提高，从而提高风能的利用率。
同时，本实用新型所介绍的叶轮还可以用于除发电用途以外其他的风力机叶轮。
实施例二
请参阅图3、图4，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，主叶片21通过一横向设置的连接杆4与所述发电机1旋转轴连接，主叶片21为曲面状。另外，在主叶片21内侧的一端部设置一个副叶片221，主叶片21的外侧共设置了三个平板状副叶片222、223、224；其中副叶片222设置在主叶片21外侧，与副叶片221位于主叶片21的同一端；副叶片223、副叶片224分布在主叶片21外侧的中部。如图4，副叶片221与主叶片21的夹角为35°，副叶片222与主叶片21的夹角为35°，副叶片223与主叶片21的夹角为30°，副叶片224与主叶片21的夹角为25°。
当然，可以在主叶片的两侧均设置多个副叶片；或者只在其中一侧设置多个副叶片，而另一侧不设置副叶片。
实施例三
请参阅图5、图6，本实施例与实施例二的区别在于，本实施例中，主叶片21为平板状，其一端的内侧设置副叶片221，本实施例中，副叶片221为圆柱面与一曲面的结合；在主叶片21外侧的两端分别设置曲面状副叶片222、平板状副叶片223。副叶片221与主叶片21的夹角为110°，副叶片222与主叶片21的夹角为45°，副叶片223与主叶片21的夹角为45°。另外，为了减小阻力，平板状副叶片223与主叶片21之间通过一曲面过度。
实施例四
请参阅图7，本实施例与实施例二的区别在于，本实施例中，主叶片21为垂直的中空柱体，所述中空柱体的横截面形状呈典型的飞机机翼纵截面状；在所述柱体厚度较大的一端连接有一个1/4圆柱面状副叶片221。副叶片221与主叶片21的夹角为80°。
本实施例叶轮与同尺寸不带副叶片的叶轮(对照叶轮)的转速对比如下：
风速                          (米/秒)         转速(转/分)
本实施例叶轮                   7.5            90
对照叶轮                       7.5            40
试验表明，带有副叶片的叶轮的风能利用率明显提高。
实施例五
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，主叶片为平板与曲面的结合，在该主叶片的两侧分别设置两个副叶片，其中有一副叶片为1/4圆柱面，各个副叶片与主叶片的夹角分别为：15°、60°、30°、90°。当然，其中的副叶片也可以为平板与曲面的结合。
以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案。不脱离本实用新型精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种垂直轴风力发电机，包括发电机、叶轮、立支架，所述发电机置于立支架上，该发电机的旋转轴垂直向上，所述叶轮套接在所述发电机旋转轴上，叶轮具有至少一个垂直的主叶片；
其特征在于：
在所述主叶片的至少一侧面连接有一个或多个垂直的副叶片。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述副叶片与主叶片的夹角为15°-90°。
3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述主叶片为平板状或曲面状；所述副叶片为平板状，或者为曲面状，或者为平板与曲面的结合。
4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述曲面的水平断面为抛物线。
5.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述曲面为圆柱面。
6.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述主叶片为垂直的中空柱体，该柱体的横截面形状呈典型的飞机机翼纵截面状。
7.根据权利要求6所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述柱体厚度较大的一端连接有一个或多个副叶片。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的垂直轴风力发电机，其特征在于，所述主叶片与副叶片固定连接，或者活动连接。
9.一种风力机的叶轮，具有至少一个主叶片，该叶轮的叶片垂直于地面设置；其特征在于：在所述主叶片的至少一侧面连接有一个或多个副叶片。
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