專利名稱：帶有多段組合式風(fēng)葉的垂直軸風(fēng)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪，尤其是一種其內(nèi)沿周向等距排列著多 段組合式風(fēng)葉。
背景技術(shù)：
風(fēng)力機是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動力源，它將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，進(jìn)而推動發(fā)電機發(fā)電。 風(fēng)力機按結(jié)構(gòu)形式大體上分為水平軸和垂直軸兩種。水平軸風(fēng)力機發(fā)展較完善，由于其具 有較高的效率而作為當(dāng)今主流的風(fēng)力機類型得到了廣泛的應(yīng)用。然而由于水平軸風(fēng)力機安 裝難度高、投資成本大且不便移動等缺點，它的使用目前往往主要限于并網(wǎng)發(fā)電中，而對于 一些小型離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)中，目前使用最為廣泛的仍是垂直軸風(fēng)力機。圖1所示的是一種最為常規(guī)的垂直軸風(fēng)力機的示意圖，風(fēng)葉1，旋轉(zhuǎn)軸2，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn) 方向3，其效率比相應(yīng)水平軸風(fēng)力機低得多，一個主要原因是當(dāng)來流沖擊垂直軸風(fēng)輪時，在 其迎風(fēng)面的左側(cè)受到的是有效的推力，而在右側(cè)受到的是風(fēng)的阻力，上述兩種力的合作用 力是推動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)作功的真正有效動力。由于迎風(fēng)面右側(cè)風(fēng)阻的存在，大大降低了垂直軸 葉輪的有效受風(fēng)性能。因此，只有降低迎風(fēng)面右側(cè)的風(fēng)阻，才能夠提高垂直軸風(fēng)力機的效 率。就常規(guī)的垂直軸風(fēng)力機風(fēng)葉而言，在其迎風(fēng)面上，左側(cè)的迎風(fēng)面積與右側(cè)的迎風(fēng)面積幾 乎相等，這種結(jié)構(gòu)必然使其右側(cè)的風(fēng)阻與左側(cè)的有效推動力在數(shù)量上相近，從而使其有效 的凈推動力大幅下降。中國發(fā)明專利公開了一種“垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪裝置”，申請?zhí)?00710007899. X，申請日2007. 01. 22，將對稱的部分圓面對稱彎曲構(gòu)成的曲面作為風(fēng)輪的葉片，以數(shù)量四 個或四個以上這樣的葉片，用葉片的兩個銳角在同一根風(fēng)輪軸上順序均布地固定連接在一 起，構(gòu)成一個外觀近似南瓜的風(fēng)輪，但是此裝置的不足之處在于無法降低風(fēng)葉的吸力面因 受來流的直接沖擊所造成的不利于風(fēng)輪有效轉(zhuǎn)動的阻力矩。中國實用新型專利公開了一種“一種垂直軸風(fēng)力機風(fēng)輪裝置”，申請?zhí)?200720149499. 8，申請日2007. 06. 06，轉(zhuǎn)動軸垂直于大地水平面設(shè)立，多個均勻分布的弧 形風(fēng)葉豎向固定在轉(zhuǎn)動軸上，可以控制開度的半圓柱風(fēng)力調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在風(fēng)葉轉(zhuǎn)動的外圓 周上并可以沿圓周滑動。半圓柱風(fēng)力調(diào)節(jié)閘門可隨風(fēng)向而改變其位置以調(diào)節(jié)風(fēng)葉的受風(fēng)面 積，當(dāng)它轉(zhuǎn)動到位于轉(zhuǎn)動軸一側(cè)的迎風(fēng)方向上，遮擋了整個受風(fēng)葉片受風(fēng)面的一半時，風(fēng)能 的利用達(dá)到了最大值，在風(fēng)輪機葉片轉(zhuǎn)動覆蓋的有效受風(fēng)區(qū)域內(nèi)，風(fēng)能利用率最高極限可 達(dá)50% ；當(dāng)它遮擋了整個受風(fēng)葉片受風(fēng)面時，風(fēng)葉不受風(fēng)，相當(dāng)于關(guān)閉了風(fēng)輪，但是此裝置 的不足之處在于加入調(diào)節(jié)閘門雖然起到一定的節(jié)能效果但是初期投入費用與運行費用較 尚ο上述各專利所提出的垂直風(fēng)輪均是通過優(yōu)化風(fēng)葉結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其效率的提高，但這 些結(jié)構(gòu)實施復(fù)雜，一次性投入大。一種簡單而能有效地克服垂直軸風(fēng)力機的固有缺點的方 法是適當(dāng)?shù)卦O(shè)計風(fēng)葉的形狀，使其在右側(cè)的迎風(fēng)面積要盡可能小而左側(cè)的迎風(fēng)面積要盡可 能大，這就能降低風(fēng)阻，從而有助于提高整個風(fēng)輪的效能。除風(fēng)葉形狀外，風(fēng)輪上下蓋板的形式也影響著整個垂直軸風(fēng)輪的效能。傳統(tǒng)垂直軸風(fēng)輪的上下蓋板為兩塊實心的圓板。當(dāng) 流體流經(jīng)這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪時，由于上下蓋板上強烈的邊界層摩擦損失，風(fēng)能會被大幅消耗， 進(jìn)而阻礙了其轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能的能力。因此對風(fēng)輪上下蓋板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化必將對提升整個 風(fēng)輪的氣動效果產(chǎn)生積極地影響，但目前國內(nèi)的各類專利中少有提及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種帶有多段組合式風(fēng)葉的垂直軸風(fēng)輪，該風(fēng)輪能更好地降低其 對來流機械能的耗散、充分地使來流推動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)作功，使用本垂直軸風(fēng)輪的風(fēng)力機能有 效避免常規(guī)垂直軸風(fēng)力機中存在的缺陷，能實現(xiàn)良好的運行效能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種帶有多段組合式風(fēng)葉片的垂直軸風(fēng) 輪，包括風(fēng)輪上、下蓋板，其特點是風(fēng)輪上、下蓋板之間安裝有數(shù)個多段組合式風(fēng)葉，并沿 圓周方向等間距排列；每個風(fēng)葉由進(jìn)口圓弧段和出口直線段組成，出口直線段與進(jìn)口圓弧 段首尾相切；風(fēng)葉為等葉高的直葉片，其進(jìn)口安裝角為0° 10°。進(jìn)口圓弧段的拱高與其弦長之比為0.35、進(jìn)口圓弧段弦長為對應(yīng)出口直線段長度 的0. 75倍、進(jìn)口圓弧段弦長為對應(yīng)風(fēng)輪直徑的0. 1倍；上、下蓋板上均開有大小規(guī)則、分布 均勻的通氣孔。通氣孔分內(nèi)外兩圈內(nèi)圈通氣孔為等面積扇環(huán)形，沿周向等間距排列；外圈 通氣孔為等面積條弧形，沿周向等間距排列。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果1.本發(fā)明由多段組合式風(fēng)葉片所構(gòu)成的垂直軸風(fēng)輪，不僅能有效降低右側(cè)迎風(fēng)面 上的風(fēng)阻，而且可以降低風(fēng)輪內(nèi)風(fēng)能的粘性耗散，從而與現(xiàn)有常規(guī)垂直軸風(fēng)輪相比，具有風(fēng) 能收集性強、流動損失少、氣動性能高等特點；2.本發(fā)明由多段組合式風(fēng)葉片所構(gòu)成的垂直軸風(fēng)輪，其風(fēng)葉由圓弧和直線等簡單 幾何型線構(gòu)成，上下蓋板的通氣孔大小規(guī)則、分布均勻。這些均使其具有成型簡單，加工工 藝便捷等優(yōu)勢；3.本垂直軸風(fēng)輪中的風(fēng)葉數(shù)量、安裝角度、結(jié)構(gòu)形式等參數(shù)與風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)尺寸實 現(xiàn)了優(yōu)化匹配，這有助于提高整個垂直軸風(fēng)輪的整體效能。


圖1是僅由單個風(fēng)輪構(gòu)成的垂直軸風(fēng)力機平面示意圖；圖2是本發(fā)明的多段組合式風(fēng)葉結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的俯視圖；圖4是本發(fā)明的主視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明加以詳細(xì)說明。但本實施例并不用于限制本發(fā) 明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖2、3、4所示本發(fā)明的帶有多段組合式風(fēng)葉的垂直軸風(fēng)輪，包括上、下蓋板 14、15，旋轉(zhuǎn)軸16以及由進(jìn)口圓弧段4、出口直線段5這兩部分組成的風(fēng)葉10。九片多段組合式風(fēng)葉10被安裝于風(fēng)輪上、下蓋板14、15之間，并沿圓周方向等間距地排列；風(fēng)葉10為等葉高的直葉片，其進(jìn)口安裝角9為0° 10° ；風(fēng)葉出口直線段5與 進(jìn)口圓弧段4首尾相切；進(jìn)口圓弧段4的拱高6與其弦長7之比(拱弦比)為0. 35、進(jìn)口圓 弧段弦長7為對應(yīng)出口直線段長度8的0. 75倍、進(jìn)口圓弧段弦長7為對應(yīng)風(fēng)輪直徑11的 0. 1倍；上、下蓋板14、15上均開有大小規(guī)則、分布均勻的通氣孔。通氣孔分內(nèi)外兩圈內(nèi)圈 通氣孔13為等面積扇環(huán)形，沿周向等間距排列；外圈通氣孔12為等面積條弧形，沿周向等 間距排列。
本發(fā)明的優(yōu)點為該垂直軸風(fēng)輪具有風(fēng)能收集性強、流動損失小、氣動性能高、力口 工工藝簡單等優(yōu)點，由它所構(gòu)成的垂直軸風(fēng)力機具有高效風(fēng)能利用率的特點。
權(quán)利要求
一種帶有多段組合式風(fēng)葉片的垂直軸風(fēng)輪，包括風(fēng)輪上、下蓋板(14、15)，其特征在于所述風(fēng)輪上、下蓋板(14、15)之間安裝有數(shù)個多段組合式風(fēng)葉(10)，并沿圓周方向等間距排列；每個風(fēng)葉(10)由進(jìn)口圓弧段(4)和出口直線段(5)組成，出口直線段(5)與進(jìn)口圓弧段(4)首尾相切；風(fēng)葉(10)為等葉高的直葉片，其進(jìn)口安裝角(9)為0°～10°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多段組合式風(fēng)葉片的垂直軸風(fēng)輪，其特征在于所述進(jìn) 口圓弧段(4)的拱高(6)與其弦長(7)之比為0.35、進(jìn)口圓弧段弦長(7)為對應(yīng)出口直線 段長度⑶的0. 75倍、進(jìn)口圓弧段弦長(7)為對應(yīng)風(fēng)輪直徑(11)的0. 1倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多段組合式風(fēng)葉片的垂直軸風(fēng)輪，其特征在于所述上、 下蓋板(14、15)上均開有大小規(guī)則、分布均勻的通氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有多段組合式風(fēng)葉片的垂直軸風(fēng)輪，其特征在于所述通 氣孔分內(nèi)外兩圈內(nèi)圈通氣孔(13)為等面積扇環(huán)形，沿周向等間距排列；外圈通氣孔(12) 為等面積條弧形，沿周向等間距排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有多段組合式風(fēng)葉片的垂直軸風(fēng)輪，風(fēng)輪上、下蓋板之間安裝有數(shù)個多段組合式風(fēng)葉，并沿圓周方向等間距排列；每個風(fēng)葉由進(jìn)口圓弧段和出口直線段組成，出口直線段與進(jìn)口圓弧段首尾相切；風(fēng)葉為等葉高的直葉片，其進(jìn)口安裝角為0°～10°。進(jìn)口圓弧段的拱高與其弦長之比為0.35、進(jìn)口圓弧段弦長為對應(yīng)出口直線段長度的0.75倍、進(jìn)口圓弧段弦長為對應(yīng)風(fēng)輪直徑的0.1倍；上、下蓋板上均開有大小規(guī)則、分布均勻的通氣孔。通氣孔分內(nèi)外兩圈內(nèi)圈通氣孔為等面積扇環(huán)形，沿周向等間距排列；外圈通氣孔為等面積條弧形，沿周向等間距排列。本發(fā)明具有風(fēng)能收集性強、流動損失小、氣動性能高、加工工藝簡單等優(yōu)點，垂直軸風(fēng)力機具有高效風(fēng)能利用率的特點。
文檔編號F03D3/06GK101806278SQ201010115800
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者王企鯤, 王鑫 申請人:上海理工大學(xué)