[发明专利]一种基于带轮传动的垂直轴风机叶轮

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种基于带轮传动的垂直轴风机叶轮。

背景技术

能源是人类社会发展进步的动力和保障。近年来，随着全球经济的高速发展，煤炭，石油，天然气等常规能源被快速，大量的消耗，这让人类不仅面对资源日趋枯竭的压力，同时受到了环境不断恶化的威胁。能源和环保已成为当今人类生存和发展急需解决的紧迫问题。风电作为一种清洁环保的新能源，既不消耗有限的煤炭资源，也不会消耗宝贵的地下风资源，更有利于国民经济的可持续发展，在全国各地区大力发展适合具体地区特点的高效可靠的风力发电设备是大有前途的。要实现风力发电的产业化、实用化，要求有高效能的风机产品，能够最大限度的利用风能，这就要求我们研究风力机的性能，提高风机对风能的最大捕获，产生高效率能量转化。

目前，风力发电的主要形式是通过风机装置将风能转化为电能，因此设计一种高效、可靠的风机是风能利用的关键技术。风机的造型既要考虑结构也要考虑重量等其它因素。当前风机形式主要有风平轴风机和垂直轴风机两种，叶轮轴线与风向的相对位置平行的为风平轴式叶轮(HAWT)，叶轮轴线与风向的相对位置垂直的为垂直轴式叶轮(VAWT)。

同水平轴风电机组相比，垂直轴风电机组具有以下优势：

(1)垂直轴式叶轮轴线与来流方向垂直，可以捕获任何方向的风能，结构简单，很适合小型化独立发电。

(2)垂直轴风机安装和维护简单，制造工艺简单，造价低，经济性强。

(3)垂直轴风机对叶片结构及其强度要求低。

(4)垂直轴式叶轮能够在复杂紊流下有效工作，因此更适合于应用在复杂地形的小型风力发电场所，如偏远地区的农村。

(5)垂直轴叶轮叶片的尖速比风平轴叶轮的小，这样低转速下气动噪声很小，甚至可以达到静音的效果，有利于环保。

目前常见的垂直轴叶轮主要有升力型垂直轴叶轮和阻力型垂直轴叶轮。升力型的主要代表是Darrieus叶轮，阻力型的主要代表是Savonius叶轮。

在公开号为US1835018 A的发明创造中，公开了一种Darrieus风力叶轮。该叶轮结构简单、升力系数高，但启动性能较差，尤其在低风速下很难启动。

在公开号为US1766765 A的发明创造中，公开了一种Savonius风力叶轮。该叶轮启动性能好，具有很大的风速利用范围，但随着转子的旋转，其转矩由高到低的变化幅度很大，甚至会下降到接近零的程度，因此具有较低的总效率。

同时，田文龙在《机械工程学报》2013年18期的《一种新型垂直轴式风机叶轮的数值仿真》的一文中公开了一种活动叶片型垂直轴风机叶轮，叶轮上安装多个直板型活动叶片,叶片在绕安装轴公转的同时绕自身安装轴自转，但该叶轮的总效率还是较低。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的自启动性差，总效率低的不足，本发明提出一种基于带轮传动的垂直轴风机叶轮。

技术方案

一种基于带轮传动的垂直轴风机叶轮，其特征在于包括主轴、轴承座、第一大带轮、第一小带轮、长皮带、第二大带轮、挡板、第二小带轮、短皮带、第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片；挡板为十字型薄板，通过其中心的圆孔固定在主轴上，第一叶片通过在其伸出轴所在的长边上的2个矩形孔中安装轴承及轴承座固连在十字型挡板上的一个边上，第一叶片的边缘端面与挡板边缘端面对齐，第三叶片与第一叶片成90°且关于主轴中心线轴对称安装在十字型挡板的另一个边上；第二叶片通过在其一长边上的2个矩形孔中安装轴承及轴承座固连在十字型挡板上的一个边上，第一叶片的边缘端面与挡板边缘端面对齐，第四叶片与第二叶片成90°且关于主轴中心线轴对称安装在十字型挡板的另一个边上；第一叶片的伸出轴上固连第二大带轮，第三叶片的伸出轴上固连第一大带轮，长皮带连接第一大带轮和第二大带轮；第二叶片的伸出轴上固连第一小带轮，第四叶片的伸出轴上固连第二小带轮，短皮带连接第一小带轮和第二小带轮。

所述的主轴为圆柱状。

所述的第一叶片、第二叶片、第三叶片、叶片均为矩形薄板，其长边与宽边长度比为2：1。

所述的第一大带轮与第二大带轮尺寸结构一致，第一小带轮与第二小带轮结构尺寸一致，且大带轮直径比小带轮大四分之一。

第二大带轮的中心距伸出轴端面为0.5倍大带轮半径。

第一叶片的伸出轴的直径为第一叶片厚度的0.75倍。

两矩形孔的中心位置到叶片宽边的距离为叶片长度的四分之一和四分之三。

有益效果