[发明专利]带导风轮的垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种垂直轴风力发电机，属于垂直轴风力发电机技术领域。

背景技术

在经济飞速发展的今天，能源供应问题突出，世界能源结构正在发生重大转变，即由矿物能源向以可再生能源为基础的可持续能源的转变。因此，清洁的可再生能源越来越受到世界各国的青睐。与其他能源相比，风能具有蕴量巨大，可以再生，分布广泛，没有污染等优点使其在技术和成本上都具有较强的优势，因此成为当前最理想的可再生清洁能源之一。所以风力发电成为了当今社会的焦点，归其优越性可归纳为三点：首先，在经济成本方面，建造风力发电厂的费用较水电厂火电厂或者核电站的费用要低得多；其次，风力发电的运营成本除常规保养外，没有其他任何消耗和燃料成本；再次，风能是一种清洁干净的可再生能源。风力发电既有效地利用了自然资源，又保护了自然环境，还解决了偏远地区人们用电急缺的问题。因此，各国对于风能开发和利用项目的投资费用不断加大，风力发电行业呈现出前所未有的发展势头。

我国也早在上个世纪就开始使用风能，近年来我国的风电产业发展势头也特别强劲，装机容量已超过美国，走在世界前列。目前所使用的风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。在风电场中，风力机则是将风能转化为电能的重要装置。风力机主要分为水平轴和垂直轴风力机，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机对来流方向没有要求；它结构简单、易于安装；小型垂直轴风力发电机还适用于多建筑地区，能够有效利用建筑风能，减少一次能源的消耗；同时，其最大的一个优点是与水平轴风力发电机的成本相比，垂直轴风力发电机的成本普遍较低。然而，由于风力机翼型受到前方来流方向气流作用的不均匀性，导致垂直轴风力发电机的自动启动性能差，同时其输出功率也较低。

针对上诉垂直轴风力发电机的缺点，本发明人受到水平轴风力机加导流转置的启发，对垂直轴风力发电机翼型叶片进行改进创新，在其叶片前缘加装导流轮以加强气流作用到叶片表面的均匀性。加装导流轮能有效提高垂直轴风力发电机的自动启动性能与输出功率。

发明内容

本发明为了克服现有技术所存在的缺点，提供一种带导风轮的垂直轴风力机，从垂直轴风力发电机叶片受力入手，考虑现代空气动力学理论，采用在叶片前缘加装导流轮，利用导流轮旋转所产生的流动效应来提高叶片的空气动力特性，从而来提高垂直轴风力发电机性能。

本发明的技术方案是：一种带导风轮的垂直轴风力机，包括叶片、底座、叶轮转轴、叶轮转臂，所述叶片前缘加装导流轮，利用导流轮旋转所产生的流动效应来提高叶片的空气动力特性，从而提高垂直轴风力发电机性能。

所述导流轮通过导流轮转轴连接叶片。

所述导流轮的直径为三分之二叶片最大厚度和叶片最大厚度之间，高度与叶片等高。

所述叶片和导流轮的相对距离可调节。

所述叶片通过叶轮转臂连接叶轮转轴，叶轮转轴安装在底座上。

本发明的有益效果是：本发明的新型垂直轴风力发电机，即保证了垂直轴风力机结构简单、易于安装维护等优点，同时又改善了垂直轴风力机自动启动性能的不足，提高了风力机的功率输出。

附图说明

图1 为本发明的带导风轮的垂直轴风力机结构立体示意图；

图2 为本发明的带导风轮的垂直轴风力机结构俯视示意图。

具体实施方式

下面以NACA0015翼型为原型进行改进后的叶片（导流轮的直径为三分之二叶片最大厚度和叶片最大厚度之间，高度与叶片等高）为例结合附图对本发明做更详细的描述：

如图1，2所示，一种带导风轮的垂直轴风力机，包括叶片1，导流轮2、导流轮转轴3、底座4、叶轮转轴5、叶轮转臂6。

叶片1前缘加装导流轮2，利用导流轮2旋转所产生的流动效应来提高叶片1的空气动力特性，从而提高垂直轴风力发电机性能。所述导流轮2通过导流轮转轴3连接叶片1。叶片1通过叶轮转臂6连接叶轮转轴5，叶轮转轴5安装在底座4上。

本发明的带导风轮的垂直轴风力发电机，其翼型的叶片是由传统NACA系列翼型改进获得，导流轮也是在传统的导风轮结构上经过改造与本发明的叶片在空气动力学性能上达到了最佳的组合。叶片1和导流轮2的相对距离可以调节，合适的间距有利于风力机输出功率的增大，间距过大或是过小，其静态扭矩会有所减小，相对自动启动性能越差。但是，相比于传统翼型垂直轴风力发电机，自动启动性能还是有较大的提升。

当风吹向此风力机，由于叶片前缘添加了导流轮，使得叶片的表面的空气流动状况发生了很大的变化。导流轮的旋转能够增加风力机的静态扭矩，从而能够很大程度上提升风力机的功率输出；与此同时也给风力机带来自动启动加速的功能。