[发明专利]一种升阻力非固定组合型垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种能有效结合阻力型叶片优良启动性能和升力型叶片优良发电性能的发电装置。

背景技术

 随着水平轴风力机的不断发展，其缺点也愈加凸显。而垂直轴风力机以其简单的结构，低廉的制造维护成本以及灵活的适应性和可塑性等优点，获得了越来越多的关注和应用。对于垂直轴风力发电机，为了保证较高的功率系数（即Cp），目前国内外普遍使用升力型叶片进行发电，其中以H型Darrieus叶片（即H-D型叶片）和Φ型Darrieus叶片（即Φ-D型叶片）应用最为普遍。但由于升力型叶片固有的气动结构缺点，其启动转矩很小，较难实现自启动，例如目前商用升力型水平轴风力机要借用启动电机实现风力机启动。这样以来，不仅增加了制造使用成本，还增加了结构重量和复杂性，这些都不利于中小型垂直轴风力机的应用。因此，通过特定的结构和设计来实现优良启动性能和发电性能的有效结合以成为当前垂直轴风力发电机的技术研究热点之一。

哈尔滨工业大学曲建俊等提出基于活固叶片的新型升阻复合型垂直轴风力机，及澳大利亚卧龙岗大学Paul Cooper等提出的基于锥齿轮传动旋转叶片的Wollongong Turbine。张富昌提出的升阻互补型立轴风力机，及赵振宙等提出的一种升阻互补型垂直轴风轮。以上可以概括两种设计方法，升阻力型叶片变换和升阻力型叶片固定结合。缺点：1)方法一通过升阻力型变换叶片形式优化启动和发电性能，在风力机运转过程中，叶片通常处于运动状态，这将在叶片周围产生很强的气流扰动，特别是在风力机高速运转的情况下，大大降低了叶片的气动性能，严重时可能导致叶片失速。同时活动的叶片也会降低使用寿命和产生噪音。2）方法二通过升阻力固定结合形式优化启动和发电性能，只是机械的组合了两种叶片的优点，当阻力型叶片帮助升力型叶片启动后，即开始正常发电时，阻力型叶片由于固定连接将对升力型叶片产生阻碍力矩，降低风力机发电性能。

发明专利内容

针对现有结构中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种有效结合阻力型叶片优良的启动性能和升力型叶片优良的发电性能，既提高运行平稳性，结构简单，成本低廉的升阻力非固定组合型垂直轴风力机。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种升阻力非固定组合型垂直轴风力机，包括Φ-D型叶片、S型叶片、Φ-D型叶片轴、S型叶片轴、发电机和单向轴承；所述Φ-D型叶片轴与发电机的转子固定连接，所述S型叶片轴为中空结构并通过单向轴承套在Φ-D型叶片轴上；所述Φ-D型叶片至少为两组、且均布在Φ-D型叶片轴上；所述S型叶片为两组、且沿S型叶片轴的轴线上下设置在S型叶片轴上并呈90°交错分布，两组S型叶片位于Φ-D型叶片的内侧；所述单向轴承的外圈相对于内圈的锁死方向与Φ-D型叶片的旋转方向相同，单向轴承的自由转动方向与Φ-D型叶片的旋转方向相反。

作为本发明的一种优选方案，所述Φ-D型叶片为三组。

相比现技术，本发明的升阻力非固定组合型垂直轴风力机具有如下优点：

1、利用S型叶片大启动力矩的特点，弥补Cp值较高的Φ-D型叶片启动性能差的缺陷；同时采用单向轴承实现两种叶片的非固定连接，消除了固定组合形式S型叶片对Φ-D型叶片正常运行后的阻碍影响；有效结合S型叶片（即阻力型叶片）优良的启动性能和Φ-D型叶片（即升力型叶片）优良的发电性能，既提高了该风力发动机的启动性能，又保证了其发电性能。

2、无其他辅助启动装置，既提高了Φ-D型叶片运行地平稳性，且结构简单，成本低廉，可以实现大规模民用和商用。

附图说明

图1为升阻力非固定组合型垂直轴风力机的结构示意图；

图2为升阻力非固定组合型垂直轴风力机在运行时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。