前缘加旋转圆柱的垂直轴风力机制造技术

本发明专利技术公开了一种前缘加旋转圆柱的垂直轴风力机，在底盘中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱，在中空立柱上安装上、下两个推力轴承，推力轴承外面套着套杆，套杆连接支撑杆，支撑杆和叶片焊接，风力机叶片竖直布置和支撑杆连接在一起，叶片且沿立柱周向均布，构成风轮；下推力轴承外圆处安装一个齿轮，该齿轮和发电机的齿轮形成一个齿轮副；发电机固定在底盘上的箱体里面，箱体上固定一个圆弧板，圆弧板和内齿轮焊接在一起；叶片和前缘旋转圆柱通过叶片上、下端的卡槽件装卡在一起，前缘旋转圆柱通过止推轴承支撑固定，轴承过盈配合套入卡槽件的槽内，前缘旋转圆柱下端装入外齿轮，外齿轮和外面的内齿轮啮合。本发明专利技术结构合理，工作性能优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种前缘加旋转圆柱的垂直轴风力机。
技术介绍
开发利用风能是解决能源危机的有效途径之一。水平轴风力发电机虽然目前占据着主要市场，但是这种风力发电机的对于风向的要求苛刻，成本高、寿命短，且对风速的适用范围较窄。传统的垂直轴风力发电机的风能利用效率很难提高，在垂直轴风力机运动的过程中，单个叶片真正起到提供升力作用的范围有限。现有的垂直轴风力发电机大多采用的升力型风力机。根据贝茨理论极限，传统的风力机叶片的风能利用率是有极限值的。而实际中的垂直轴风力机的风能利用率在40%左右，很大程度上是由于涡量的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构合理，工作性能优异的前缘加旋转圆柱的垂直风力机。本专利技术的技术解决方案是: 一种前缘加旋转圆柱的垂直轴风力机，其特征是:包括底盘，在底盘中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱，在中空立柱上安装上、下两个推力轴承，推力轴承外面套着套杆，套杆连接支撑杆，支撑杆和叶片焊接，风力机叶片竖直布置和支撑杆连接在一起，叶片且沿立柱周向均布，构成风轮;下推力轴承外圆处安装一个齿轮，该齿轮和发电机的齿轮形成一个齿轮副，把叶轮捕捉的风能传递到发电机中；发电机固定在底盘上的箱体里面，箱体和底座焊接在一起，箱体上固定一个圆弧板，圆弧板和内齿轮焊接在一起； 叶片和前缘旋转圆柱通过叶片上、下端的卡槽件装卡在一起，前缘旋转圆柱通过止推轴承支撑固定，轴承过盈配合套入卡槽件的槽内，前缘旋转圆柱下端装入外齿轮，外齿轮和外面的内齿轮啮合。底盘是钢筋混凝土平台、钢板或钢架结构。底盘的上表面与水平面平行。中空立柱采用无缝钢管或合金钢管，中空立柱底端与底盘焊接；中空立柱与水平面垂直。本专利技术前缘带有旋转圆柱，可以改变垂直轴风力机运行过程中风场的气流状况，提高升力，延缓边界层分离，改变涡流分布，减少风能损失。本专利技术通过支撑杆直接固定在立柱上，前缘旋转圆柱铰接在叶片前端并且下端安装有外齿轮，下端的外齿轮和固定的内齿进行啮合，实现自身旋转。本专利技术巧妙的在前缘处加旋转圆柱，由Magnus效应可知，前缘旋转圆柱旋转，可以改变空气的流向和压力分布，从而抑制边界层的分离，避免了传统垂直轴风力机叶片在旋转过程中边界层过早的分离，单个叶片做功的范围比较小的情况。前缘带有旋转圆柱，风速很小的情况下，旋转圆柱就可以达到很高的速度，这可以提高垂直轴风力机在低速条件下的启动性能。对于前缘旋转叶片来说，随着前缘旋转速度的不同，叶片两边的压力差不断增加，这使得升力不断增加，提高升阻比。在低速条件下，由于旋转圆柱下面的齿轮和内齿轮的传动比很高，使得风速很小的情况下，圆柱就具有很高的速度，这样可以很好的改善垂直轴风力机的低速启动性能。前缘加旋转垂直轴风力机叶片在前缘旋转的情况下能够很好的改变涡流的分布情况，改善涡流对于垂直轴风力机的影响。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术前缘带有旋转圆柱的垂直轴风力机三维结构图。图2为本专利技术前缘旋转圆柱和叶片的局部装配关系图。图3是图2的A部放大图。图4是图2的B部放大图。图5是外齿轮和内齿轮啮合关系图。图6是传统垂直轴风力机的平面原理图。图7为本专利技术前缘加旋转圆柱风力机平面原理图。I轴套；2推力轴承；3支撑杆；4中空立柱；5前缘旋转圆柱；6止推轴承；7外齿轮；8底盘；9发电机底座；10发电机；11圆弧板;12齿轮；13齿轮;14叶片；15内齿轮;16滚动轴承。【具体实施方式】—种前缘旋转的垂直轴风力机，包括底盘8，在底盘8中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱4，在中空立柱4上安装上、下两个推力轴承2，推力轴承2外面套着套杆，套杆上螺栓连接支撑杆3，支撑杆3和叶片14之间进行焊接，风力机叶片14竖直布置和支撑杆3连接在一起，叶片且沿立柱周向均布，构成风轮。风轮实现风能的吸收和转换。底盘8可以是钢筋混凝土平台，可以是钢板，也可以是钢架结构。施工时要求底盘8的上表面与水平面平行。中空立柱4采用无缝钢管或合金钢管，底端与底盘8焊接。施工时要求中空立柱4与水平面垂直。下推力轴承外圆处安装一个齿轮13，齿轮13和发电机的齿轮12形成一个齿轮副，把叶轮捕捉的风能传递到发电机10中。发电机固定在底盘8上箱体里面，箱体和底座焊接在一起，箱体上固定一个圆弧板11和内齿轮15，圆弧板和内齿轮焊接在一起。前缘旋转风力机叶片是组合件，叶片14上下端分别装有滚动轴承16，滚动轴承16套于圆柱5上，使圆柱5能够绕其轴线旋转，在圆柱5下部装有一个止推轴承6，止推轴承6过盈配合嵌入到叶片前缘部位圆孔内，圆柱5下端安装外齿轮7，外齿轮7和内齿轮15相啮合形成齿轮副。当风力机旋转过程中，叶片沿着立柱旋转的同时，叶片上连接的旋转圆柱5会沿着自己的轴向运动。垂直轴风力机整体结构如图1所示，垂直轴风力机两轴承间的距离为叶片高度的三分之二，叶片装配体通过支撑杆固连，完成整个叶轮安装。风轮叶片在旋转的过程中带动前缘小圆柱绕立柱转动，前缘圆柱齿轮和内齿轮形成齿轮副，实现前缘旋转圆柱绕自身轴转动。实现前缘旋转圆柱绕自身转动的过程中，三个小的外齿轮和内齿轮要在同一平面内并和立柱平行，保持很好的啮合。前缘旋转式垂直轴风力机工作原理见附图6，对于垂直轴风力机来说，叶片在运行过程中提供升力的范围是一定的，主要在零度攻角前后，超过这个范围，其提供升力是很小，可以忽略。现对其单个叶片进行分析，图5为传统垂直轴风力机，A2为叶片A在零攻角的位置，Al为叶片A开始进入升力区的位置，A3为叶片A升力区结束的位置。图示位置A叶片对垂直轴风力机提供主要升力做正功，A叶片的提供主要升力的范围是在图示位置的Al到A3的范围内。而叶片B、C进入负攻角，对垂直轴风力机提供的升力可以忽略不计。图6为前缘带有旋转圆柱的垂直风力机，同样取相同的单个叶片进行分析，同样取单个叶片A，由Magnus效应可知，由于物体旋转可以带动周围流体旋转，使得物体一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小，这样当前缘旋转圆柱旋转，会使叶片A表面的气流发生变化，使其边界层产生较早，分离较晚，形成较大升力，增加叶片做功范围。因此在图6中，进入升力区的位置Al’要比图5传统叶片Al要提前，而结束提供升力的位置A3’比图5传统叶片A3角度要大，这样对于整个风力机的来说可以增加启动力矩，通过设定一定的转速比，改善垂直轴风力机的启动性能。因此，前缘旋转圆柱垂直轴风力机可以增加旋转转矩，扩大风力机叶片的做功范围，提尚风能利用率。【主权项】1.一种前缘加旋转圆柱的垂直轴风力机，其特征是:包括底盘，在底盘中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱，在中空立柱上安装上、下两个推力轴承，推力轴承外面套着套杆，套杆连接支撑杆，支撑杆和叶片焊接，风力机叶片竖直布置和支撑杆连接在一起，叶片且沿立柱周向均布，构成风轮;下推力轴承外圆处安装一个齿轮，该齿轮和发电机的齿轮形成一个齿轮副，把叶轮捕捉的风能传递到发电机中；发电机固定在底盘上的箱体里面，箱体和底座焊接在一起，箱体上固定一个圆弧板，圆弧板和内齿轮焊接在一起； 叶片和前缘旋转圆柱通过叶片上、下端的卡槽件装卡在一起，前缘旋转圆柱通过止推轴承支撑固定，轴承过盈配合套入卡槽件的槽内，前缘旋转圆柱下端装入外齿轮，外齿轮和外面的内齿轮嗤合。2.根据权本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前缘加旋转圆柱的垂直轴风力机，其特征是：包括底盘，在底盘中央上方垂直于水平方向焊接中空立柱，在中空立柱上安装上、下两个推力轴承，推力轴承外面套着套杆，套杆连接支撑杆，支撑杆和叶片焊接，风力机叶片竖直布置和支撑杆连接在一起，叶片且沿立柱周向均布，构成风轮；下推力轴承外圆处安装一个齿轮，该齿轮和发电机的齿轮形成一个齿轮副，把叶轮捕捉的风能传递到发电机中；发电机固定在底盘上的箱体里面，箱体和底座焊接在一起，箱体上固定一个圆弧板，圆弧板和内齿轮焊接在一起；叶片和前缘旋转圆柱通过叶片上、下端的卡槽件装卡在一起，前缘旋转圆柱通过止推轴承支撑固定，轴承过盈配合套入卡槽件的槽内，前缘旋转圆柱下端装入外齿轮，外齿轮和外面的内齿轮啮合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，吴国庆，邢述达，茅靖峰，周井玲，张旭东，李锦义，时玉娟，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32