[发明专利]垂直轴风力涡轮机风轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力涡轮机风轮。更具体但非限制性地，本发明涉及一种属于具有10至100kW功率输出的小型或微型风力涡轮机机类别的风力涡轮机风轮。

背景技术

用于风力发电的外表区域的最重要特征是风的速度和方向以及在一年四季中的大气运动的持续时间和强度。

总的来说，已记录的能适用于以最佳条件，即使得在经济方面具有优势的用于安装大型风力涡轮机的土地使用量是相对较小的。此外，一些风力涡轮机是复杂和昂贵的设备，而且在经济上便于安装此类设备的土地用量是非常有限的。另外，大型风力涡轮机会导致影响环境的问题，因此不能安装在任意位置。

另一方面，小型风力涡轮机的安装，由于产量和运行成本低，其在更大的地理区域上具有经济优势。尤其是具有10至100kW功率输出的风力涡轮机，即，属于被称之为微型风力涡轮机类别的涡轮机的安装，使得在不能使用更复杂和大型涡轮机的地区具有生产电能的经济优势。

涉及属于上述类型的微型风力涡轮机的风力涡轮机的设计所必须解决的问题之一是在风力较低时能启动所述涡轮机。迄今为止，经验以及经由制造商试验的已知的结构设计表明：如果有可能的话，在风速较低且风向不是最佳时启动此类风力涡轮机是非常困难的。

本发明为克服现有技术的缺陷，提供了一种垂直轴风力涡轮机风轮，其可安装于大量在经济方面具有满意结果的地方。

本发明的另一目的在于提供一种上述类型的风轮，其可以设计成与具有10至100kW功率输出的风力涡轮机相关的尺寸。

本发明的再一目的在于提供一种风轮，其可以较低的成本进行工业化生产，且具有较低的管理和维护成本。

发明内容

本发明的这些和其它目的可通过如所附的权利要求中所限定的风轮来实现。

在本发明的一优选实施方式中，所述风轮包括多个平行的动叶片。所述叶片沿垂直圆柱体的母线布置。所述叶片还与沿所述圆柱体的轴线穿过的中心轴相连。所述叶片和轴直线的连接采用一径向的臂结构进行。所述风轮优选由金属，例如钢制成。可采用本领域技术人员已知的方式，将所述风轮的轴与将运动转换成电能的设备，例如直流发电机或交流发电机相关联。根据本发明，所述多个叶片中的每一动叶片均包括级联设置并具有相同翼剖面的三个细长体。所述细长体垂直布置并彼此平行且与所述中心轴平行。此外，所述细长体优选彼此顺序设置并交错。

根据本发明，所述风轮可与风力涡轮机相关联，包括能稳固地固定在地面上的支撑结构，且在其内部设置有将运动转换成电能的设备。所述风轮通过所述中心轴与所述发电机相关联，所述中心轴与所述发电机的垂直旋转轴稳固相连。风的推力使得所述风轮和所述风力涡轮机的旋转轴转动，从而通过将运动转换成电能的设备产生能量。

根据本发明，所述风轮优选包括七至十五个固定间距的动叶片。每一所述叶片相应地包括三个级联设置并具有相同翼剖面的三个细长体。根据本发明，所述风轮中的叶片间的角距离与其总横向宽度基本相等。有利的是，根据本发明的优选实施方式，在任意方向和任意风力强度下产生了与确保高能量转换效率的流体动力条件相对应的级联效应。

根据本发明，所述风轮有利地设想了所使用的气动外形的一个非常高的延长率。具体地，根据本发明，由所述细长体的外形的总长度和所述细长体的翼剖面的横向弦之间的比值来定义的所述延长率大于或等于30。

三个相同的翼剖面以所述弦的长度的0.4至0.8倍的平均距离顺序交错布置，有利于产生所需的被称之为级联效应的流体动力效应。

风的流量偏差产生旋涡循环，其有利地使得大量的移动转移到动叶片上。在形成每一动叶片的三个翼剖面间循环的空气的旋涡性质产生与所述风轮的轴线相切的合力，使得即使在低风速值的情况下，也能以适当的转矩旋转。

所述叶片的几何构造以及特性设计参数的结果，是以广泛的速度和不同的流动方向系统地进行大量实验的结果，其能实现所述风轮的高效率值。

由于没有在传统的具有定向螺旋角的风轮的叶片中所必须的移动部件和定向机构，本发明的风轮是极其可靠的。此外，本发明的风轮，由于风的流动偏差可达到静态，因此基本上不需要维护。

由叶片的静止状态得到的优势，不仅在于风机的操作更为简便，而且显著降低了工业制造成本以及更大的标准化程度，从而使得这类风机比其它类型的发电机更具竞争力。

有利的是，本发明的风轮能以非常低的速度，例如，以约1m/s的速度启动，因此基本上是自启动。

附图说明

下文中将结合附图对本发明的一些优选实施方式进行描述，其中：