[发明专利]一种抑制梢涡的风轮横撑结构

说明书

一种抑制梢涡的风轮横撑结构，属于风力发电技术领域。这种抑制梢涡的横撑结构在风轮叶片的两端设置叶尖挡板，端部横撑的一端与中心轴固定连接，另一端通过连接构件与叶尖挡板固定连接；中间横撑的一端与中心轴固定连接，另一端通过连接构件与风轮叶片的中部固定连接。在中心轴一侧的挡板尾缘、第一横撑尾缘、连接构件尾缘和第二横撑尾缘朝向同一方向；在中心轴另一侧的尾缘朝向同一的相反方向。该结构抑制梢涡的产生和流动，提高风轮整体效率。在叶尖挡板、端部横撑、中间横撑和连接构件上设置锯齿状或波浪形的尾缘以减小脱落尾涡，降低振动，提高风轮整体稳定性。使得风轮叶尖和横撑处的三维效应得到抑制，对风轮整体性能起到增益效果。

技术领域

本发明涉及一种抑制梢涡的风轮横撑结构，属于风力发电技术领域。

背景技术

风能是一种可再生的清洁能源，在自然界中具有巨大的总储量。在化石能源日益短缺的今天，风能成为人们关注的焦点。2018年，全球新增风电装机容量为51.3GW。截至2018年底，全球风电装机总容量达591GW。目前的风力发电装置主要是水平轴风机和垂直轴风机。与水平轴风机相比，垂直轴风机具有自适应风向、安装灵活、占地面积少、气动噪声小等优势。由于水平轴风机的大型化受叶片的强度限制，人们开始更多关注垂直轴风机的开发。升力型垂直轴风机通过叶片表面的压力差产生推力推动风轮旋转。在风轮转动过程中，因为叶片展长有限，流体会从叶片的压力面流向吸力面，在叶片端部产生复杂的三维梢涡绕流，改变叶片表面的压力分布，减小叶片表面的压力差，降低风轮上的扭矩。另一方面，风轮叶片需要通过横撑与中心轴相连，来流流过横撑上下表面产生的三维绕流也会对叶片表面的受力产生影响。叶片端部和横撑产生的三维效应降低了风轮的整体效率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，抑制叶尖梢涡和减小横撑处三维效应对风轮产生的影响，本发明提供一种抑制梢涡的风轮横撑结构。该结构通过设置叶尖挡板以抑制梢涡，设置位于端部与叶尖挡板相连的端部横撑以减小横撑泻涡对叶片的影响，进一步抑制叶尖梢涡，且端部横撑提供正向扭矩推动风轮转动。横撑与叶尖挡板的尾缘设置成锯齿状或者波浪形，减小脱落尾涡，降低振动。通过设置中间横撑提高风轮整体稳定性。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：一种抑制梢涡的风轮横撑结构，包括风轮叶片和中心轴，它还包括设有挡板尾缘的叶尖挡板、设有第一横撑尾缘的端部横撑、设有连接构件尾缘的连接构件和设有第二横撑尾缘的中间横撑，所述风轮叶片的两端设置叶尖挡板，端部横撑的一端与中心轴固定连接，端部横撑的另一端通过连接构件与叶尖挡板固定连接；中间横撑的一端与中心轴固定连接，中间横撑的另一端通过连接构件与风轮叶片的中部固定连接；在所述中心轴一侧的叶尖挡板的挡板尾缘、端部横撑的第一横撑尾缘、连接构件的连接构件尾缘和中间横撑的第二横撑尾缘朝向同一方向；在所述中心轴另一侧的叶尖挡板的挡板尾缘、端部横撑的第一横撑尾缘、连接构件的连接构件尾缘和中间横撑的第二横撑尾缘朝向同一的相反方向。

所述挡板尾缘、第一横撑尾缘、第二横撑尾缘和连接构件尾缘的形状为锯齿形或波浪形。

所述叶尖挡板的轮廓形状由风轮叶片的轮廓外扩得到或为圆形。

所述连接构件为变截面翼型，端部横撑和中间横撑为等截面翼型。

本发明的有益效果是：这种抑制梢涡的风轮横撑结构在风轮叶片的两端设置叶尖挡板，端部横撑的一端与中心轴固定连接，另一端通过连接构件与叶尖挡板固定连接；中间横撑的一端与中心轴固定连接，另一端通过连接构件与风轮叶片的中部固定连接。在中心轴一侧的挡板尾缘、第一横撑尾缘、连接构件尾缘和第二横撑尾缘朝向同一方向；在中心轴另一侧的挡板尾缘、第一横撑尾缘、连接构件尾缘和第二横撑尾缘朝向同一的相反方向。该结构抑制梢涡的产生和流动，提高风轮整体效率。同时在叶尖挡板、端部横撑、中间横撑和连接构件上设置锯齿状或波浪形的尾缘以减小脱落尾涡，降低振动，提高风轮整体稳定性。该结构使得风轮叶尖和横撑处的三维效应得到抑制，对风轮整体性能起到增益效果。

附图说明