[实用新型]一种全方位导流式垂直轴风力机风叶装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种全方位导流式垂直轴风力机风叶装置，用于风力发电设备技术领域，可以利用自然界取之不尽的风能资源转换成电能。

背景技术

风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染物排放的可再生资源。它是可再生资源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的可再生资源。我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源储备居世界第三位，仅次于俄罗斯和美国。风力机可以分为水平轴风力机和垂直轴风力机两大类。所谓水平轴风力机，就是它的风叶围绕着一根水平轴旋转，工作时风叶的旋转平面与风向垂直。风叶上的叶片是径向安装的，与旋转轴垂直。水平轴风力发电机因具有风能利用效率高和理论研究成熟等优点而成为目前商业化风力发电的主要形式。但是这种风力机制造工艺复杂，对材质要求高，造价昂贵，安装困难，需要较高的启动风速，且需要根据风向的变化调整风叶的朝向，因此不易推广和普及。垂直轴风力机是一种旋转轴与地面垂直的风能利用机械，它的优缺点都很突出，这种风力机的优点是：

(1)它的叶轮的转动与风向无关，因此不需要采用迎风装置；

(2)它可以通过叶轮的垂直转轴，直接带动放置在地面上的动力设备，不必像水平轴风力机那样，将沉重的发电机安装在塔架顶上的机舱内，这样可以减轻塔架的重量，降低成本；

(3)它的结构简单，制造较容易，由于放置在地面或低空，操作和维修比较方便。

垂直轴风力机可分为利用翼型的升力做功和利用空气的阻力做功两大类，在历史上，垂直轴风力机的应用早于水平轴风力机，中国最早利用风能的形式就是阻力型垂直轴风车。阻力型风力机最具有代表性的是芬兰人Savonius发明的S型风力机，它的启动扭矩大，工作可靠，适合任意风向，制造安装容易。但是这种垂直轴风力机的一个最大的缺点是风能利用率低，它只能利用顺风侧的风叶做功，而且处于逆风侧的风叶还会受到阻力做负功。为了减小逆风段的阻力，有的学者提出了遮蔽式的风力机，它采用S型或板型叶片，最大的特点就是将做负功的“逆风段”部分遮蔽起来，使风吹打不到逆风段的叶片上。这样，做负功的逆风段的阻力可以大大减小，经前人研究也证明了这种风力机确实可以提高风能利用率。其不足之处在于：吹打在遮蔽物上的风能无法做功，虽然逆风段前面的风能没有对风力机起阻力作用，但是这部分风能却被浪费掉了，没有进一步加以利用。中国实用新型专利200620006299.2公开了一种导流式全风向垂直轴风力机(如图4所示)，它是在风力机的外围安装一固定的导流罩，导流罩是由若干导流板按相同方向排列成的一个圆环。不论从哪个方向吹来的风，在其经过导流罩时，通过导流板的作用，在导流罩的中部形成固定方向的回转风，推动风力机的风叶转动。由于导流罩的外口通风截面大于其内口通风截面，因而使吹向风力机风叶的风速大于导流罩外周的来风速度。尽管这种风力机也能消除作用在风力机风叶逆风面的阻力，也提高了顺风面的推力，但是这种装置的不足之处是未能将处于风叶入口上部以及下部的风加以利用，若将这一部分风能聚集起来，显然可以获得更大的入口速度，提高风能的利用率，同时也可以保证消除风叶逆风面的阻力。另外，导流板的排布过密，由于在风力机的出风口需保证通畅的出风环境，过密的导流板排布势必会造成风叶在转动过程中增加额外的摩擦阻力，合适的导流板排布也将对风力机的效率起到至关重要的作用。因此，在此基础上，我们设计出了一种新型垂直轴风力机，可以来弥补这些缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改善现有垂直轴风力发电机的不足，提供一种全风向导流式垂直轴风力机风叶装置，它不仅生产工艺简单，费用低廉，自启动能力良好，发电机及其他装置均可置于地面，安装和维修十分方便，而且可以大幅度提高风能利用效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：它包括垂直转轴、导流板、风叶、盆状盖板，所述风叶与垂直转轴固定在一起，垂直转轴通过轴承分别于上、下盆状盖板连接；所述导流板为弧形，在风叶外围周向排列，其上下分别与上盆状盖板和下盆状盖板固定连接；所述导流板排布的弯曲方向与风叶排布的弯曲方向相反。进一步地，所述导流板的弦长及弯曲程度由风叶直径确定，在垂直方向的同一截面上，一导流板近风叶的内端与相邻导流板外端的连线与来流风向平行。这样当风吹在风叶和盆状盖板上时可以将其所受的扭矩力过渡到导流板上，各部件互相约束，避免了整个装置在运行过程中的摆动。