[实用新型]组合式垂直轴风力机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种组合式垂直轴风力机。

背景技术

垂直轴风力机中的Darrieus风力机效率较高，不需对风装置，传动机构，发电机等安装在地面，易于保养和维修。但Darrieus风力机存在不能自起动的缺点，即使在较大的风速下，静止的风轮叶片产生的切向推力仍较小，不足以克服叶片的切向阻力而转动。为使Darrieus风力机运行越过失速区域或自起动，国内外目前采用的方法有：(1)附加电动机起动；(2)增大风轮实度；(3)改变叶片的翘动迎风攻角；(4)串加Savonius风力机。其中串加S型风力机是一种最简单也是最有效的方法。S型风力机属阻力型风力机，起动力矩大，当D型风力机串加S型风力机后，S型风力机产生的较大力矩使D型风力机克服叶片的切向阻力，超越失速区而起动。鉴于两大类垂直轴风力发电机各自的优缺点，升力型风机效率高但低风速启动困难，阻力型风机低风速易启动但风机效率低。设计出可以在低风速下自行启动的新型风机模型。即为Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机的型式，这样就能较好的解决D型风力机低风速不启动问题，实现了S型叶片和D型叶片的优势互补。

从风资源的角度看，现在像新疆内蒙古等风资源很丰富的地方，一般采用的是水平轴风力发电机，而且已经接近饱和。但是在地形比较复杂或者建筑群中，由于各种环境因素的影响，水平轴风力发电机根本不能胜任。而且一般的升力型垂直轴风力机由于其自身不能启动的缺点，达不到低风速启动的要求。所以组合式垂直轴风力机的优势就显露无疑。

综上所述，Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机对提高风能利用率，扩大风能利用规划区域，提高风力发电规模，具有重要意义。

而现有的Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，也存在固有的潜在技术缺陷，主要表现在以下方面：现有的Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机虽然综合了D型和S型的优点，但是只考虑了S型的启动大力矩带动D型的旋转，而没有考虑到S型本身属于阻力型风机，在组合式风力机工作之后，S型的旋转会对升力型的D型的气动性能产生很大的负面影响。所以Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机的性能是有待研究提高的。

发明内容

本实用新型针对现有的Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机没考虑到组合式风力机工作之后，S型的旋转会对升力型的D型的气动性能产生很大的负面影响的问题，提出了一种能够自启动、且D型启动的情况下使S型对D型的气动性能影响最小、风能利用率高的组合式垂直轴风力机。

本实用新型所述的组合式垂直轴风力机，包括S型风力机、D型风力机、立杆和非接触型超越离合器，所述的非接触型超越离合器包括外环、内环、楔块装置、固定挡圈、挡环、端盖、轴承、挡圈和扭簧，所述的内环工作面与所述的外环之间的滚道装有若干楔块、档销组成的楔块装置；所述的扭簧分别在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块断面的小口中，另一端靠在挡销上，所述的固定挡圈将内环和所述的楔块装置连在一起，所述的外环通过螺钉与法兰连接，其特征在于：所述的内环安装在所述的S型风力机的轴伸上；所述的外环靠装在所述的内环的两个轴承托持着，与D型风力机联接后，由螺钉与两个所述的端盖紧固在一起；所述的S型风力机通过所述的超越离合器与所述的D型风力机联接，且所述的S型风力机布置在所述的D型风力机的上方。

进一步，所述的D型风力机为三叶片形式的H形风力机。

进一步，所述的S型风力机为两叶片扭角180度的双叶片螺旋形风力机。

进一步，所述的S型风力机为两个，且上下两个S型风力机叶片之间的方位角相差90度。

当S型风力机启动后，驱动内环和楔块装置一起旋转产生离心力，对楔块支撑点形成一个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，有使楔块与外环脱离接触的趋势；当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔块的转矩，即S型风力机的转速大于D型风力机的情况，楔块与内环工作面相互接触，与外环产生相对滑动摩擦，此时为接合状态；随着S型风力机转速的提高，楔块离心力增加，当内环转速达到或超过离合器的最小非接触转速时，楔块离心力产生的转矩增加到大于扭簧施加给楔块的转矩，迫使楔块偏转而与外环脱离接触，实现离合器无摩擦的非接触旋转，这时不再带动从动件旋转，即S型风力机和D型风力机断开；这样在D型风力机顺利启动的情况下又使S型风力机对D型风力机影响最小，大大提高了组合式垂直轴风力机的性能。