專利名稱：一種高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，特別涉及一種高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機。
背景技術(shù)：
目前風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機有水平軸風(fēng)機和垂直軸風(fēng)機。水平軸風(fēng)力發(fā)電機組機倉需 360°旋轉(zhuǎn)，以達到迎風(fēng)目的，風(fēng)向調(diào)節(jié)過程中需要包含有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、風(fēng)向檢測、角位移發(fā)送和角位移跟蹤等系統(tǒng)的參與。水平軸風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪的迎風(fēng)面不可能始終對著風(fēng)，這就引起了“對風(fēng)損失”。研究表明，若風(fēng)向偏離40°，則水平軸風(fēng)力發(fā)電機的能量利用率系數(shù)將下降約50%。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機不須要迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受360°方位中任何方向來風(fēng)，風(fēng)機的風(fēng)輪永遠向設(shè)計方向轉(zhuǎn)動。與水平軸風(fēng)機相比，垂直軸風(fēng)機因具有發(fā)電效率高、 抗疲勞壽命長、維修方便、投資成本低等諸多優(yōu)點，目前，在世界風(fēng)電領(lǐng)域是大型風(fēng)機技術(shù)發(fā)展的重要方向。本發(fā)明針對上述技術(shù)背景，在風(fēng)輪的外圍設(shè)計能夠根據(jù)風(fēng)向自動調(diào)整方向的不對稱導(dǎo)流裝置，再針對被導(dǎo)流裝置改變了的流場設(shè)計出阻力型和升力型相結(jié)合的風(fēng)輪葉片， 增加風(fēng)機的風(fēng)能利用率。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有垂直軸風(fēng)機的缺點，本發(fā)明提供一種新型的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的措施一種高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，包括垂直軸風(fēng)輪，垂直軸風(fēng)輪外圍設(shè)置有隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向的導(dǎo)流裝置，所述的導(dǎo)流裝置為風(fēng)輪的迎風(fēng)側(cè)設(shè)有兩弧形或S形迎風(fēng)導(dǎo)流葉片，且該兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片方向相反地設(shè)置在風(fēng)輪迎風(fēng)向前方；還包括中央尾舵，中央尾舵與兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片連接固定在一起，中央尾舵位于背風(fēng)側(cè)。進一步說，中央尾舵兩側(cè)設(shè)有背風(fēng)側(cè)面舵。更進一步說，背風(fēng)側(cè)面舵設(shè)置在風(fēng)輪的上方。更進一步說，中央尾舵、兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片固定在上下兩圓環(huán)上，組成一體化結(jié)構(gòu)。更進一步說，風(fēng)輪與導(dǎo)流裝置共軸心，且風(fēng)輪與導(dǎo)流裝置轉(zhuǎn)動相互獨立。更進一步說，還包括上下兩軌道，上下兩圓環(huán)分別與上下兩軌道滑動配合，且上下兩圓環(huán)之間通過固定條固定。更進一步說，上下兩軌道通過至少三根立柱或至少三座金屬支撐架支撐。本發(fā)明的有益效果減少風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的阻力，大大提高風(fēng)對風(fēng)輪的推動力；有效避免屏蔽式垂直軸風(fēng)機中風(fēng)輪轉(zhuǎn)動時氣流在屏蔽一側(cè)的阻塞效應(yīng)；本發(fā)明在將更多的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動動力的同時，有效地減少了風(fēng)力對風(fēng)機轉(zhuǎn)動形成的阻力；同時，導(dǎo)流裝置能根據(jù)風(fēng)向自動調(diào)整對準風(fēng)向，從而較大幅度地提高風(fēng)能的利用率。


圖I、高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機的俯視圖。
具體實施例方式一種高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，如圖I所示，包括不對稱迎風(fēng)導(dǎo)流裝置、風(fēng)輪裝置、 隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向機構(gòu)裝置，所述風(fēng)輪由垂直軸風(fēng)輪6、風(fēng)輪葉片10構(gòu)成，圓環(huán)5內(nèi)側(cè)設(shè)置有垂直軸風(fēng)輪6，圓環(huán)5與垂直軸風(fēng)輪6設(shè)置為同一轉(zhuǎn)軸中心,并通過軸承連接在垂直軸風(fēng)輪6的中央主軸上；圓環(huán)5上設(shè)置有3至9個風(fēng)輪葉片10，風(fēng)輪葉片10為阻力、升力混合型葉片結(jié)構(gòu)；圓環(huán)5前端一側(cè)通過第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)支架2設(shè)置有第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片1，圓環(huán) 5前端另一側(cè)通過第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)支架7設(shè)置有第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8，第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I與第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8為形狀不對稱結(jié)構(gòu)并構(gòu)成形狀不對稱的導(dǎo)流裝置，同時，第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I與第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8的水平截面分別采用弧形(或S形和反S形)結(jié)構(gòu)；圓環(huán) 5背風(fēng)端中間位置通過兩固定條12設(shè)置有中央尾舵3，中央尾舵3兩側(cè)均設(shè)置有背風(fēng)側(cè)面舵4，中央尾舵3與其兩側(cè)設(shè)置的風(fēng)側(cè)面舵4構(gòu)成隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向機構(gòu)裝置；不對稱迎風(fēng)導(dǎo)流裝置與隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向機構(gòu)裝置構(gòu)成不對稱自動導(dǎo)流裝置；隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向機構(gòu)裝置的中央尾舵3結(jié)構(gòu)在垂直方向上結(jié)構(gòu)較長，其兩側(cè)設(shè)置的背風(fēng)側(cè)面舵4在水平方向上結(jié)構(gòu)較短；同時，中央尾舵3設(shè)置于風(fēng)輪穩(wěn)定工作狀態(tài)時的背風(fēng)方，兩側(cè)的背風(fēng)側(cè)面舵4在垂直方向上可以安裝在風(fēng)輪的上方。高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機穩(wěn)定工作狀態(tài)時，第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I與第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8所受力成軸對稱；中央尾舵3與其兩側(cè)設(shè)置的背風(fēng)側(cè)面舵4所受合力成軸對稱，此外，不對稱迎風(fēng)導(dǎo)流裝置僅對來風(fēng)氣流產(chǎn)生導(dǎo)引，不對經(jīng)過風(fēng)輪裝置后的氣流產(chǎn)生阻塞。以風(fēng)輪設(shè)計為順時針轉(zhuǎn)動方式為例，并稱順時針方向轉(zhuǎn)動為正轉(zhuǎn)動，反之為反轉(zhuǎn)動，相應(yīng)的使風(fēng)輪順時針方向轉(zhuǎn)動的力稱為正推力，反之為反推力或阻力。如圖I所示，來風(fēng)方向13為北，東側(cè)(右側(cè))為推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的動力側(cè)，西側(cè)(左側(cè))為阻力側(cè)。背風(fēng)側(cè)面舵4可以設(shè)計在風(fēng)輪的上方，避免對過風(fēng)輪后的氣流產(chǎn)生阻塞。第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I與第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8設(shè)置在風(fēng)輪前方的迎風(fēng)面，中央尾舵3在風(fēng)輪的后方(相對于風(fēng)向來說)。不對稱導(dǎo)流裝置在穩(wěn)定時，其力對稱軸與風(fēng)向一致，且開口朝向迎風(fēng)方向。當風(fēng)向向東變動時，風(fēng)向與迎風(fēng)導(dǎo)流葉片(I、8)、中央尾舵3、背風(fēng)側(cè)面舵4原受力對稱軸產(chǎn)生偏差， 風(fēng)力對中央尾舵3、背風(fēng)側(cè)面舵4形成的正推力大于風(fēng)力對第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I與第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8產(chǎn)生的反推力，推動不對稱導(dǎo)流裝置正向轉(zhuǎn)動，重新與風(fēng)向保持一致，使迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片開口正對向迎風(fēng)方向。當風(fēng)向向西變動時，風(fēng)向與迎風(fēng)導(dǎo)流葉片(1、8)、中央尾舵3、 背風(fēng)側(cè)面舵4原受力對稱軸產(chǎn)生偏差，風(fēng)力對中央尾舵3、背風(fēng)側(cè)面舵4產(chǎn)生的反推力大于風(fēng)力對第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I與第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8產(chǎn)生的正推力，推動不對稱導(dǎo)流裝置反向轉(zhuǎn)動，重新與風(fēng)向保持一致，使迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片開口正對向迎風(fēng)方向。此外，如圖I所示，來風(fēng)方向13為北時，東側(cè)(右側(cè))為推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的動力側(cè)，西側(cè)(左側(cè))為阻力側(cè)；不對稱導(dǎo)流裝置在風(fēng)力作用下，開口自動朝向迎風(fēng)方向。第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I對阻力側(cè)風(fēng)輪前方第一區(qū)域15的風(fēng)進行導(dǎo)流，改變了該區(qū)域內(nèi)風(fēng)的運行方向，在第一迎風(fēng)導(dǎo)流葉片I的作用下，被改變方向的氣流與風(fēng)輪葉片成盡可能接近垂直的夾角， 對風(fēng)輪葉片產(chǎn)生最大的推力。第二迎風(fēng)導(dǎo)流葉片8對動力側(cè)風(fēng)輪前方第三區(qū)域17的風(fēng)進行積聚，引導(dǎo)到風(fēng)輪前方，對風(fēng)輪葉片產(chǎn)生推力。氣流在弧形或S型第一迎風(fēng)導(dǎo)流葉片I、弧形或反S型第二迎風(fēng)導(dǎo)流葉片8的導(dǎo)引下，第一區(qū)域15、第二區(qū)域16和第三區(qū)域17引進的風(fēng)不會互相沖突，抵消風(fēng)力少，這樣，在第一區(qū)域15、第二區(qū)域16和第三區(qū)域17的風(fēng)力都被引導(dǎo)到風(fēng)輪動力側(cè)的正前方，共同作用到風(fēng)輪葉片10上并推動風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動；這與不加導(dǎo)流裝置的垂直軸風(fēng)機相比，增加了在第一區(qū)域15、第二區(qū)域16風(fēng)力對風(fēng)輪的正推動，避免了第一區(qū)域15風(fēng)力對風(fēng)輪阻力側(cè)產(chǎn)生反推動而形成阻力。在風(fēng)機葉片10設(shè)計方面，風(fēng)機葉片10采用阻力型與升力型混合的形狀設(shè)計，風(fēng)輪葉片的迎風(fēng)面為平面，也可在迎風(fēng)向表面上設(shè)有小凹槽來增加氣流的停滯時間，從而增加推力。風(fēng)輪葉片10在正對來風(fēng)方向13時 (圖I中為正北方)，風(fēng)力對風(fēng)輪葉片10產(chǎn)生正壓力，推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動；風(fēng)輪葉片10在側(cè)面時氣流經(jīng)過風(fēng)輪葉片兩側(cè)形成的速度差產(chǎn)生升力，推動風(fēng)輪往正方向轉(zhuǎn)動。風(fēng)輪葉片前頭為流線形設(shè)計，可以盡量減少風(fēng)輪轉(zhuǎn)動過程中空氣的阻力。同時，由于阻力側(cè)的風(fēng)力被引導(dǎo)到動力側(cè)，阻力側(cè)風(fēng)力不產(chǎn)生對風(fēng)輪的反向推力，阻力側(cè)的外圍沒有屏蔽式垂直軸風(fēng)機中所具有的屏蔽裝置，不會對氣流產(chǎn)生阻塞作用，從而減少風(fēng)輪正向轉(zhuǎn)動時的阻力。所以，本發(fā)明具有增加氣流利用量，增加風(fēng)輪推動力，減少風(fēng)輪阻力的特點，能夠較大幅度地提高風(fēng)能利用率。對于設(shè)計為逆時針轉(zhuǎn)動的方式，原理與上述相同。本發(fā)明的具體實施方式
有三種實施方式一如圖I所示，適合于比較小型的風(fēng)機建造；第一迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片I、第二迎風(fēng)導(dǎo)風(fēng)葉片8、中央尾舵3、背風(fēng)側(cè)面舵4設(shè)置在圓環(huán)5 上，并通過軸承連接在垂直軸風(fēng)機6的中央主軸上。實施方式二 對于規(guī)模中等的風(fēng)機建造，可以在風(fēng)輪裝置的外圍用三根立柱14建成導(dǎo)流裝置的支撐結(jié)構(gòu)，在三根立柱14的上端和下端設(shè)圓環(huán)的導(dǎo)軌，圓環(huán)與導(dǎo)軌間由多個滑輪連接，使導(dǎo)流裝置能夠在風(fēng)力的作用下沿導(dǎo)軌自動轉(zhuǎn)向并使導(dǎo)流片對準迎風(fēng)方向；同時，風(fēng)輪的主軸上端通過連接固定在三根立柱 14上，以增加風(fēng)輪的抗風(fēng)強度。實施方式三對于較大規(guī)模的單機要求，可以在風(fēng)輪裝置外設(shè)三座具有一定曲度的三角塔架作為導(dǎo)流裝置和風(fēng)輪裝置的支撐，在三座三角塔架的上方和下方設(shè)圓環(huán)的導(dǎo)軌，圓環(huán)與導(dǎo)軌間由多個滑輪連接，使導(dǎo)流裝置能夠在風(fēng)力的作用下沿導(dǎo)軌自動轉(zhuǎn)向并使導(dǎo)流片對準迎風(fēng)方向；風(fēng)輪裝置的主軸上端通過連接固定在三座三角塔架的連接點上，以增加風(fēng)輪的抗風(fēng)強度；背風(fēng)側(cè)面舵4可以考慮設(shè)置在風(fēng)輪的上方以避免對過風(fēng)輪后的氣流形成堵塞，增加風(fēng)輪動力。
權(quán)利要求
1.一種高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，包括垂直軸風(fēng)輪，其特征在于，垂直軸風(fēng)輪外圍設(shè)置有隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向的導(dǎo)流裝置，所述的導(dǎo)流裝置為風(fēng)輪的迎風(fēng)側(cè)設(shè)有兩弧形或S形迎風(fēng)導(dǎo)流葉片，且該兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片方向相反地設(shè)置在風(fēng)輪迎風(fēng)向前方的兩側(cè)；還包括中央尾舵，中央尾舵與兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片連接固定在一起，中央尾舵位于背風(fēng)側(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，中央尾舵兩側(cè)設(shè)有背風(fēng)側(cè)面舵。
3.如權(quán)利要求2所述的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，背風(fēng)側(cè)面舵設(shè)置在風(fēng)輪的上方。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，中央尾舵、兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片固定在上下兩圓環(huán)上，組成一體化結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I所述的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，風(fēng)輪與導(dǎo)流裝置共軸心， 且風(fēng)輪與導(dǎo)流裝置轉(zhuǎn)動相互獨立。
6.如權(quán)利要求4所述的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，風(fēng)輪與導(dǎo)流裝置共軸心， 且風(fēng)輪與導(dǎo)流裝置轉(zhuǎn)動相互獨立。
7.如權(quán)利要求6所述的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，還包括上下兩軌道，上下兩圓環(huán)分別與上下兩軌道滑動配合，且上下兩圓環(huán)之間通過固定條固定。
8.如權(quán)利要求7所述的高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，其特征在于，上下兩軌道通過至少三根立柱或至少三座金屬支撐架支撐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效導(dǎo)流式垂直軸風(fēng)機，包括垂直軸風(fēng)輪，垂直軸風(fēng)輪外圍設(shè)置有隨風(fēng)向自動轉(zhuǎn)換方向的導(dǎo)流裝置，所述的導(dǎo)流裝置為風(fēng)輪的迎風(fēng)向兩側(cè)設(shè)有兩弧形或S形迎風(fēng)導(dǎo)流葉片，且該兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片方向相反地設(shè)置在風(fēng)輪的兩側(cè)；還包括中央尾舵，中央尾舵與兩迎風(fēng)導(dǎo)流葉片連接固定在一起，中央尾舵位于風(fēng)輪背風(fēng)側(cè)。本發(fā)明的有益效果減少風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的阻力，大大提高風(fēng)對風(fēng)輪的推動力；有效避免屏蔽式垂直軸風(fēng)機中風(fēng)輪轉(zhuǎn)動時氣流在屏蔽一側(cè)的阻塞效應(yīng)；本發(fā)明在將更多的風(fēng)能用于推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的同時，有效地減少了風(fēng)力對風(fēng)機的阻力；同時，導(dǎo)流裝置能自動調(diào)整對準風(fēng)向，從而較大幅度地提高風(fēng)能的利用率。
文檔編號F03D3/00GK102536641SQ20121003027
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者史文海, 潘永地 申請人:潘永地