[发明专利]垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮

说明书

技术领域：

本发明属于风力发动机技术领域，涉及一种垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮。 

背景技术：

风能是一种清洁的、可再生的绿色能源，已成为世界各国竞相开发利用的一种新能源。风力发动机可分为水平轴风力发动机和垂直轴风力发动机。垂直轴风力发动机的风轮可分为升力型风轮和阻力型风轮，申请号为200810049517.4的中国发明专利申请公布了一种垂直轴风力发动机的三戟消涡风轮。该风轮的结构如图5所示，是由三个风叶板(1)和顶底面为三戟形的盖板围合而成的三叶闭合腔结构，所述风叶板(1)由两段弧顶朝向相反而平滑连结的S形圆弧板构成。其中一段凹面向外的弧板上沿高度方向分布有气流长孔，使气流可通过该风轮的三叶闭合腔将风能作用于没有迎风的叶板上，因此该风轮和传统的萨布纽斯风轮相比，风能功率利用系数较高，但由于气流为叶板上的孔系所分割和该风轮的三叶闭合腔的阻滞作用，故气流在叶板间的流动不可能对叶板产生升力的功效。所以该风轮仍为阻力型风轮。其性能受阻力型风轮特性的局限，风能的功率利用系数提高有限，仍不能和升力型风轮的风能功率利用系数相匹比。 

本发明的目的在于提供一种垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力 风轮，和三戟消涡风轮相比，该风轮由阻力型风轮转化为升力型风轮，具有更高的风能功率利用系数。 

本发明的技术方案是一种垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮，是由完全相同上下对应的两个圆形封板和三个垂直置位於两个圆形封板之间，沿圆形封板周向均布的鱼脊线叶板组合而成。所述鱼脊线叶板的中性层面的母线为形似鱼脊形状的长短两段等径相切的圆弧构成的曲线，两段圆弧的圆心角分别为84.5°和36.5°，其圆弧半径为风轮半径R×tg30°；所述上下圆形封板沿圆周方向均布三条鱼脊线叶板的鑲嵌定位槽口，其槽口保证鱼脊线84.5°弧的端点距圆形封板中心线(即风轮旋转轴线)的距离为风轮半径R；保证鱼脊线36.5°弧的端点距圆形封板中心线(即风轮旋转轴线)的距离为风轮半径R×sin15°。在风场中，该风轮绕自身轴线旋转时，三个鱼脊线叶板互为导流板，使气流的方向发生变化，从而形成对其中一个鱼脊线叶板产生升力的局部气体流场。故称其为垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮。 

附图说明

图1：鱼脊线叶板结构示意图 

图2：圆形封板结构示意图 

图3：垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮三维结构示意图 

图4：垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮的流场流线分布简单示意图 

图5：三戟消涡风轮结构示意图 

图中：1.鱼脊线叶板    1-1.鱼脊线叶板中性层面的母线(鱼 脊线)    1-2.鱼脊线叶板的凸面    1-3.鱼脊线叶板的凹面2.圆形封板    2-1.鱼脊线叶板鑲嵌定位槽口    2-2.鱼脊线小弧端点的定位圆    2-3.圆形封板中心孔 

具体实施方式

如图3所示，本发明的风轮由三个鱼脊线叶板(1)和上下相同的圆形封板(2)组合而成。它是将三个鱼脊线叶板(1)安装在上下两个圆形护板(2)上的鱼脊线叶板鑲嵌定位槽口(2-1)之中，沿鱼脊线板和上下护板的结合缝封胶固结成一整体，即成为能使其绕其轴线旋转的垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮。 

该风轮为升力型风轮，该风轮的流场流线分布简单示意图如图4所示，图中的一迎风鱼脊线叶板的凸面侧流线密度较高，而凹面侧的流线密度较低，即流经该鱼脊线叶板凸面侧的气流速度较高，而流经该鱼脊线叶板凹面侧的气流速度较低，从而表明气流通过风轮时，将对该鱼脊线叶板产生升力，该升力成为风论绕风轮轴线旋转的原动力。小型风洞试验的结果也表明这样的分析是正确。 

该试验的样本为两个外形参数和支承结构完全相同的垂直轴风力发动机的三戟消涡风轮模型和垂直轴风力发动机鱼脊线叶板升力风轮模型，在完全相同的试验条件下，垂直轴风力发动机鱼脊线叶板升力风轮的周速比(即风轮叶板翼端速度/风速)大于1，而垂直轴风力发动机三戟消涡风轮的周速比仅约0.5。这是因为阻力型风轮不可能产生叶片翼端速度超过或者等于风速的结果，也是阻力型风轮风能功率利用系数较低的原因。这一试验结果同样验证了垂直轴风力发动机鱼脊 线叶板升力风轮为升力型风轮的分析结论。 

该风轮不仅外形美观，并且风能功率利用系数也更高。