[实用新型]一种自平衡张拉结构风轮的叶片支撑结构

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电装置领域，尤其涉及一种垂直轴风力发电机风轮。 

背景技术

当前，垂直轴风力发电机叶片主要有阻力型和升力型，阻力型叶片是利用空气流在叶片上产生的阻力做功，具有较大的转矩和良好的启动性能，但叶尖速比和风能转化率较低。升力型叶片是利用空气流在叶片上产生的压力差做功，具有较高的叶尖速比和风能转化率，但转矩小，小风难以启动等特点。现有公开的垂直轴风轮装置，不论是阻尼型还是升力型，其叶片支撑结构，既叶片与中心旋转轴的连接结构要么是采取水平或斜向的支撑梁（支撑杆或支撑杆系）相连，要么是直接将叶片整体与中心旋转轴相连（叶片即作为风轮叶片也作为支撑构件）如萨沃尼斯(Savonius) 风轮。 

现有的垂直轴风力发电机风轮，其支撑结构构件是一种传统的支撑构件，存在体积大、自重大、安装与运输不方便的问题，因此也造成了整体成本高，效率不高等问题。另一方面，风叶作为风轮的主要构件，除了在空气动力学外形上有特殊要求外，作为一种主要承受风力的复杂受力构件，在提高风荷载承载能力、避免失稳、防止疲劳破坏等方面也遇到了一定挑战。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提出一种结构简单、新颖、经济、安装运输方便、能够充分发挥材料特性的垂直轴风力发电风轮叶片支撑结构，一方面可显著减轻风轮自重；另一方面该支撑体系可以显著提高风轮叶片风荷载承载能力，防止叶片疲劳破坏。 

本实用新型目的通过下述技术方案来实现： 

一种自平衡张拉结构风轮的叶片支撑结构，包括仅由连续的受拉构件和不连续的至少3个受压构件组成的自平衡的结构体系，所述每个受压构件均与风轮旋转中心轴异面空间交叉成锐角的夹角，且各受压构件间仅通过所述受拉构件连接，所述受拉构件由构成风轮两端面的端面受拉构件和构成风轮侧面的侧面受拉构件组成，该风轮两端面由端面受拉构件等长星形连接或首尾正多边形连接构成，两端面的相对外端点间分别仅由一个所述侧面受拉构件连接，每一侧面受拉构件仅通过一所述受压构件与另一相邻侧面受拉构件相连，且该受压构件两端分别连接风轮两端面。

上述方案中，所述受压构件是指，仅承受轴向压力（由于风引起的侧向力较小，可忽略）的构件。所述受拉构件是指，仅承受轴向拉力的构件。所述风轮两端面的相对外端点是指，一端面的外端点与另一端面的外端点间，由同一侧面受拉构件相连的两外端点即为相对外端点。所述等长星形连接是指，由等长的端面受拉构件均匀分布成星形连接。所述首尾正多边形连接是指，由等长的端面受拉构件首尾相连成封闭环，该环为正多边形。本方案中，在该结构体系下，风轮的叶片可以固定于受压构件或侧面受拉构件上，或者风轮的叶片本身即为受压构件或侧面受拉构件。风轮叶片根据其受力特性可分为阻尼型叶片和升力型叶片两种类型。 

作为优选方式，所述受压构件为压杆。 

作为优选方式，所述受拉构件为拉索。 

上述方案中，受拉构件为拉索，相比于现有传统风轮，大大减轻自重和制作成本。而且这种拉索其截面可以做的很小，远处看可以几乎看不到连接结构，会给人造成一种叶片漂浮在空中的假象。因此是一种造型独特、新颖的垂直轴风力发电风轮。 

作为优选方式，所述等长星形连接的端面受拉构件的连接点设有旋转盘。 

作为优选方式，该风轮两端面均由端面受拉构件等长星形连接，且两端面的连接中心之间通过伸缩可调的旋转轴连接。 

上述方案中，采用伸缩可调的旋转轴，一方面起到旋转轴作用，另一方面可以简单地伸缩调整旋转轴长短，从而调整各受拉构件的绷紧受拉状态，实现风轮刚度调节，这样不但可以简单方便快速地解决因制作加工原因导致的各端面受拉构件无法自然直接绷紧的问题，还可以保证安装的方便性和初始应力的建立。 

作为进一步优选方式，所述受压构件为三个，该风轮两端面均为由三个等长端面受拉构件星形连接构成的三角星形端面，上下三角星形端面上下对应端点间仅由一侧面受拉构件连接，所述三个侧面受拉构件构成该风轮的侧面，每一侧面受拉构件仅通过一所述受压构件与另一相邻侧面受拉构件相连，且该受压构件两端分别连接风轮两端面。 

作为另一进一步优选方式，所述受压构件为三个，该风轮一端面为由三个等长端面受拉构件星形连接构成的三角星形端面，另一端面为由三个等长端面受拉构件三角形连接构成的三角形端面，所述三角星形端面和三角形端面上下对应端点间仅由一侧面受拉构件连接，所述三个侧面受拉构件构成该风轮的侧面，每一侧面受拉构件仅通过一所述受压构件与另一相邻侧面受拉构件相连，且该受压构件两端分别连接风轮两端面。