[实用新型]一种垂直轴风力机

说明书

本实用新型公开了一种垂直轴风力机，属于风能资源利用领域。本实用新型包括风力机叶片，风力机中心主轴，风力机上、下轮毂，其中叶片一侧有转轴，轮毂包括外圈、钣金结构以及中心轴孔。该垂直轴风力机将各叶片置于风力机轮毂上，轮毂固定于中心轴两端。该风力机设计简单，上、下轮毂结构，可以很好地控制整体风力机的稳定性，并且该实用新型风能利用率高，启动力矩大，无“死点”，适用于当前各种风力资源开发地区，并适用于部分风力资源开发价值较低的区域。

技术领域

本实用新型属于风能资源利用领域，具体涉及一种垂直轴风力机。

背景技术

随着石油、煤炭等传统能源储备的日趋减少，人们面临严峻的能源危机，这极大地刺激了风力发电技术的研究和发展，包括风能在内的可再生能源则是应对挑战的重要策略，它将使人类成功的摆脱化石燃料的栓桔。近年来，风力发电技术得到各国政府的高度重视，具体表现为：风电装机容量的高速增长和风电标准的不断完善：新型的风力发电机不断涌现，并被广泛的应用和推广。垂直轴风力发电机是一种新型的风力发电机，其启动性好、适合任意风向，因此其对风能的利用率得到了大大提高，被各国广泛关注。

当前垂直轴风力发电机各叶片通过各种方式固定在风力机中心轴上，其工作原理可分为两个主要类型，一类是是利用空气动力的阻力做功，典型的结构是S型风轮(如图1)，它由两个轴线错开的半圆柱形组成，其优点是起动转矩较大，缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流，从而对它产生侧向推力。对于较大型的风力机，由于受偏转与极限应力的限制，采用这种结构形式是比较困难的。另一类是利用翼型的升力做功，最典型的是达里厄(Darrieus)型风力机(如图2-图6)，不仅叶片弦宽较小、叶片数量2-3个，因此启动性能差，需要借助其它手段启动，但最大的缺陷在于由于叶片的连接结构形式，风力机无法实现气动限速，因此强风时就无法运转，否则风力机极易解体，如果作为并网型风力机，应用范围较窄，但优点是无需塔架，风力机结构简单、成本低；其次，H型垂直风力机，叶片数量少，启动时有“死点”位置，叶片多时，由于该型风力机在各个水平方向截面的力矩都很小，因此该类风力机如果叶片弦宽又较小时需要很高的启动风速，而且该型风力机叶片连接方式使叶片攻角无法改变，因此也就无法实现气动超速控制，一般仅能用卸载电阻做超速控制，不利于向大、中型方向发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对传统利用空气动力阻力运行的垂直轴风力机设计复杂，而利用翼型的升力做功的垂直轴风力机启动性能差等缺陷，根据空气动力学原理，提出了一种将各风力机叶片转轴置于风力机轮毂上，轮毂固定于风力机中心主轴上，不仅设计简单，加工方便，其有效迎风面积最大能达到其风力机与风向截面的50％左右，并且没有死点位置，适合任意风向。

本实用新型采用的技术方案为：一种垂直轴风力机，包括风力机叶片，风力机中心主轴，风力机上、下轮毂，其中叶片一侧有转轴，轮毂包括外圈、钣金结构以及中心轴孔，风力机叶片通过位于叶片一侧的转轴与风力机上、下轮毂相连；风力机上、下轮毂的中心位置处与风力机中心轴固定，风能利用设备可接于中心轴底端，当轮毂带动风力机中心轴旋转时，中心轴同时也带动风能利用设备工作。

其中，该风力机叶片数目可以根据具体需求设计大于2个，其中心轴形状要满足在逆风处与叶片构成固定结构。

其中，中心轴两端当非焊接和粘结情况下，截面为非圆形，中心轴中部与叶片数相匹配的突出部分，便于叶片与中心轴和上下轮毂的稳定配合。

其中，上、下轮毂包括外圈、钣金结构以及中心轴孔，外圈为圆形，具有一定厚度，厚度根据风力机功率要求进行调整，上、下轮毂外圈有轴孔，轴孔位置在钣金结构凸出部分的延长线上，并且上、下轮毂外圈的轴孔能够保证在同一轴线上；钣金结构部分，位于钣金结构的中部有一定的突出部分，其位置与中心轴的突出部分吻合，上、下轮毂的钣金突出部分与中心轴中部突出部分以及叶片转轴构成一固定结构；中心孔与中心轴两端截面相一致。