[发明专利]一种导叶式升力型垂直轴风轮

说明书

技术领域

本发明涉及了导叶式升力型垂直轴风轮的技术和设备。

背景技术

目前，大部分风力机的采风器为水平轴风轮。水平轴风轮采用升力型叶片，转速较快， 风能利用率较高，技术比较成熟，因而应用广泛。但水平轴风轮的发电机需置于高空，其噪 音相对较高，功率也存在偏航损失，这些都是水平轴风力机难以解决的问题。

与水平轴风轮相比，升力型垂直轴风轮则转速较慢，噪音较低；发电机可置于地面，便 于维护；无需对风，不存在偏航功率损失。但升力型垂直轴风力机的风能转化率，稍低于水 平轴，因而发展较慢，应用率较低。

从升力型垂直轴风轮叶片的空气动力学分析可以看出，叶片在360°转角范围内，在270° 和90°两个位置的动力矩均为负值，其附近区域的动力矩也都较低，这表明运动到这两位置时 的叶片处于刹车状态。这也就成为升力型风轮风能利用系数较低的一个重要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为提高升力型风轮风能利用率，而提供的一种带有导叶叶 片的直叶片升力型垂直轴风轮。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种导叶式的直叶片升力型风轮， 包括风轮轴以及设置在所述风轮轴上的2个或2个以上升力型叶片，在所述的风轮轴上还设 置有一可绕风轮轴转动的支架，所述的支架为一穿过风轮轴轴心的直线支架，在所述的支架 上设置2个导向叶片以及使所述导向叶片处于相对静止的尾舵，所述的两个导向叶片固定在 所述支架的两端，且两个导向叶片的导向端方向相向，所述的尾舵中心所在平面与所述的支 架垂直。

所述的导向叶片的导向端上表面尾缘延长线与所述的舵臂垂直，所述的导向叶片的导向 端上表面尾缘延长线与所述的支架平行。

所述的尾舵为一个，设置支架的中部。

所述的尾舵为两个，对称设置在支架中心的两侧。

所述的升力型叶片密实度σ为0.13～0.5，σ＝2NC/D，其中C为叶片弦长，N为叶片数， D为升力型叶片旋转直径。

所述的尾舵臂长L大于风轮旋转直径D，所述的尾舵面积A满足，A＞ht，这里h为导叶 叶片高度，t为导叶弦长。

与现有技术相比，本发明导叶式升力型垂直轴风轮的有益效果是：

1、在风轮轴上同时设置2片导向叶片和2片或2片以上的升力型叶片，利用两片导叶叶 片对风向的导向，可使风能利用率比现有升力型垂直轴风轮高2％。

2、攻角为相对速度矢量与叶片弦线的夹角。在一定范围内攻角越大，风轮的动力矩越大。 两片导向叶片分别处于升力叶片攻角最小的两个位置，利用改变风向来增大该位置的叶片攻 角，从而使得风轮的整体动力矩，在转速不发生变化的条件下，较无导向叶片的升力型垂直 轴风轮有所增大。

3、升力型叶片由空气动力学升力驱动旋转。导向叶片则通过由尾舵传递的力矩来随风向 调整空间位置，使导向叶片始终都处于升力型叶片旋转空间的90°和270°位置，彻底消除了原 升力型垂直轴风轮叶片在任何风向下90°和270°的负力矩现象。

4、导向叶片可以捕获更多的风，并通过改变风向，使其与升力型叶片运动方向垂直或近 似垂直，使升力型叶片在该附近区域的动力矩从最低值上升到最高值。

附图说明

图1是本发明导叶式具有两个升力叶片的垂直轴风轮示意图。

图2是本发明导叶式具有三个升力叶片的垂直轴风轮俯视示意图

图3是本发明导叶叶片结构示意图。

图4是无导叶时叶片在90°位置的受力示意图

图5是本发明导叶叶片作用于升力叶片的功角示意图。

其中：1风轮轴；2升力型叶片；3导向叶片；4尾舵；5舵臂；6轴承；7横梁；8支架； 9叶片翼弦。

具体实施方式