[实用新型]一种升阻融合翼板型垂直轴风轮

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电用的垂直轴风轮，尤其涉及一种具有融合升阻双功能的翼板型垂直轴风轮。

背景技术

风能是一种清洁、安全、再生绿色能源，取之不尽、用之不竭，已逐渐成为世界各国大力开发利用的一种新能源。风力发电机可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两大类。水平轴风力机的结构特征是风轮的旋转平面与风向垂直，旋转轴和地面平行，是目前技术最成熟、生产应用最广泛的一种风力发电机。垂直轴风力机的特征是旋转轴与地面垂直，风轮的旋转平面与风向平行，具有风轮机塔架结构简单、操作和维修方便、叶片制造成本低以及不需迎风装置等优点，可分为升力型风轮和阻力型风轮两大类型。典型的升力型风轮是达里厄式（Darrieus Type）风力机，根据叶片的形状达里厄式风机具有Φ型、△型、H型、Y型和◇型多种形式，它具有转速高、旋转惯性大、结构简单等优点，但启动转矩小、启动性能较差，当尖速比（叶片的叶尖速度/风速）小于3.5时就难以启动，而需要消耗其他能量来启动风轮。而典型的阻力型风轮则是具有S形状的萨布纽斯式（Savonius Type）风力机，它具有结构简单、成本低、回转力矩大、启动性能好等优点，但转速和效率较低，尖速比永远小于1。

鉴于上述升力型和阻力型垂直轴风轮的特点和存在的不足，现有技术中存在一些解决方式，例如中国专利公开号CN101566126A所公开的“一种升阻互补型垂直轴风轮”是在Φ型升力风轮的内部加装一组螺旋型阻力型叶片，将升力型风轮和阻力型风轮利用机械组合方式组装为复合功能风轮来将风能转化为机械能，此种风轮采用两种结构不同的叶片分内外设置，结构复杂、制造困难。又如中国专利公开号CN100347440C所公开的“风力发电用的风车”则是对达里厄斯式H型风轮的升力翼板（雷诺数低且升力系数高）叶片下面的后缘部进行部分切除后而形成“空心逗号”截面形状的改良型翼板叶片来达到升力型风轮和阻力型风轮的综合效果，但此种风轮叶片的切缺部有损叶片结构的整体形并且在翼形的下面形成非流线形表面而不利于在该处的风的流动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、能更好的利用风能的垂直轴风轮。

本实用新型的技术方案是，升阻融合翼板型垂直轴风轮，包括旋转轴和以旋转轴为中心沿圆周分布的多个叶片，各叶片是四周侧面的高度延伸方向与旋转轴轴向一致、且垂直于旋转轴的横截面的形状呈翼型的升阻融合翼板，所述叶片的四周侧面是由升力凸面柱面、阻力凹面柱面、连接于升力凸面柱面前端与阻力凹面柱面前端之间的前过渡圆弧柱面、连接于升力凸面柱面板后端与阻力凹面柱面板后端之间的后过渡圆弧柱面围合而成；升力凸面柱面是由前、后两段圆弧柱面段平滑过渡连接组成，阻力凹面柱面是由一段圆弧柱面构成。

所述叶片的横截面基于叶片的翼型参数确定，所述翼型参数由弦线、弦长获得，将叶片的前过渡圆弧柱面与后过渡圆弧柱面之间的最大距离所在的线段定义为弦线, 弦线的长度为叶片的弦长，翼型参数如下：所述升力凸面的前圆弧柱面段半径为弦长的28.5%、弧角为72°，后圆弧柱面段112的半径为弦长的126%、弧角为35°，所述阻力凹面的圆弧柱面的半径为弦长的126%、弧角为46°，所述前缘过渡圆弧柱面13的半径为弦长的1.5%，后缘过渡圆弧柱面14的半径为弦长的1%，将升力凸面与阻力凹面之间的最大距离定义为叶片的最大拱厚，最大拱厚为弦长的15%，将叶片横截面中的与升力凸面与阻力凹面距离相等的曲线定义为中弧线，中弧线与弦线之间的最大距离被定义为叶片的最大弯度，最大弯度为弦长的16.5%。

所述各叶片在安装时，叶片的弦线与弦线前端点与旋转轴的中心的连线之间具有安装角，安装角为60°～70°，各叶片的弦线前端点与转轴中心的连线按等分角度在圆周上布局配置；所述各叶片的最外端的所在圆周的直径为风轮的外圆直径，风轮的外圆直径为弦长的286%。

所述风轮叶片高度与风轮外圆直径的比例即高径比为1～3。

所述各叶片的上下两端分别固连在与旋转轴垂直相交固连设置的圆形的上盖板和下底板上，所述上盖板和下底板的外圆直径与风轮的外圆直径相等。