[发明专利]具有自启动能力的竖直轴线风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种动力系统。更具体地，本发明涉及一种竖直轴线风力动力系统。

背景技术

可与发电机一同用以发电的风力涡轮机包括水平轴线风力涡轮机（HAWT）和竖直轴线风力涡轮机（VAWT）。两种类型的风力涡轮机都用来将来自风的动能转化成机械能。

发明内容

本发明第一方面的一个实施方案是一种竖直轴线风力涡轮机，该竖直轴线风力涡轮机包括：旋转体，其能够用来绕旋转轴线旋转；以及，多个叶片，其联结至旋转体以使旋转体绕旋转轴线旋转，该多个叶片中的每个叶片都包括前缘和后缘。横向于旋转轴线通过该多个叶片中的每个叶片的横截面包括：朝向旋转体的内曲面线；背向旋转体的外曲面线；内曲面线和外曲面线的位于横截面的第一纵向末端处的第一会合部，在该第一会合部处，前缘与横截面相交；内曲面线和外曲面线的位于横截面的第二纵向末端处的第二会合部，在该第二会合部处，后缘与横截面相交，该第二纵向末端与第一纵向末端纵向相对；弦线，其在纵向方向上直接从第一会合部延伸到第二会合部；以及，横向轴线，其基本垂直于纵向方向，并在横向方向上从内中间点处的内曲面线延伸到外中间点处的外曲面线。

内曲面线限定从第一会合部到第二会合部的内曲面路径方向，外曲面线限定从第一会合部到第二会合部的外曲面路径方向。

在沿外曲面线的任意点处，外曲面路径方向与外曲面线相切，并包括在纵向方向上延伸的第一分量和在横向方向上延伸的第二分量。在沿内曲面线的任意点处，内曲面路径方向与内曲面线相切，并包括在纵向方向上延伸的第一分量和在横向方向上延伸的第二分量。在沿外曲面线的任意点处，外曲面路径方向的第一分量为正。

外曲面线包括从第一会合部延伸到外中间点的第一部分、从外中间点延伸到过渡点的过渡部分、以及从过渡点延伸到第二会合部的第二部分。第二部分在纵向方向上长于第一部分与过渡部分在纵向方向上的组合长度；第二部分平均厚度小于第一部分平均厚度的一半，第一部分平均厚度、第二部分平均厚度和过渡部分平均厚度在横向方向上从外曲面线到内曲面线测得；并且，过渡部分厚度的平均变化率的大小是第一部分厚度的平均变化率的大小的至少两倍，以及是第二部分厚度的平均变化率的大小的至少两倍。

在可用于本发明第一方面的叶片的一个变体中，外曲面线的过渡部分与弦线相交。

在叶片的另一变体中，在外中间点处的过渡部分厚度大于第一部分、第二部分和过渡部分中的任一个在沿外曲面线的不同于外中间点的任意点处的厚度。

叶片的另一变体包括如下这样的外中间点处的过渡部分厚度，该外中间点处的过渡部分厚度大于过渡点处的过渡部分厚度的两倍。

在叶片的还一变体中，第一部分在纵向方向上长于过渡部分在纵向方向上的长度。

在叶片的另一变体中，第二部分在纵向方向上的长度大于过渡部分在纵向方向上的长度的三倍。

在又一变体中，叶片的总长度大于过渡部分在纵向方向上的长度的四倍，叶片的总长度在纵向方向上在内曲面线和外曲面线的第一会合部和第二会合部之间测得。

叶片的再一变体包括如下这样的叶片在纵向方向上的总长度，该总长度大于外中间点处的过渡部分厚度的五倍。

在本发明第一方面的一实施方案中，该多个叶片中的每个叶片包括带有碳增强的肋材和圆材的泡沫芯，该芯被覆以碳纤维。

本发明第一方面的另一实施方案还包括与旋转体机械连通的发电机。

本发明第一方面的又一实施方案是竖直轴线风力涡轮机，该竖直轴线风力涡轮机包括：旋转体，其能够用来绕旋转轴线旋转；以及，多个叶片，其联结至旋转体以使旋转体旋转。该多个叶片中的每个叶片包括具有基本对称的部分和非对称部分的翼型体，该非对称部分具有以缺口部分为边界的外曲面。横向于旋转轴线通过该多个叶片中的每个叶片的横截面包括：位于横截面的第一纵向末端处的第一端点、位于横截面的第二纵向末端处的第二端点、从第一纵向末端延伸到第二纵向末端的弦线、基本垂直于弦线的横向方向、内曲面线、外曲面线、缺口长度和缺口深度。