高效垂直轴风力机制造技术

本发明专利技术涉及高效垂直轴风力机，包括确定垂向旋转轴线的固定塔架，塔架顶端支撑有轴向约束且水平转动的风轮；风轮包括具有旋转中心的轮架、以及分布于轮架周边的叶片；轮架包括位于旋转中心且与塔架转动连接的旋转连接件，在旋转连接件的上侧固连有用以连接叶片上部的上连接部，在旋转连接件的下侧固连有用以连接叶片下部的下连接部，下连接部套设于塔架外周；下连接部呈以垂向旋转轴线为中心轴的锥体或台体；锥体的顶点或台体面积较小的底面与旋转连接件所处平面重合。本发明专利技术通过对风轮结构的改进，提高了风力机性能。

【技术实现步骤摘要】
高效垂直轴风力机
本专利技术涉及一种高效垂直轴风力机，属于风力机设计、构造
，以及可再生能源、节能减排和环境保护技术的开发与设计领域。
技术介绍
据申请人了解，目前市场上运行的风力发电机组中，所用风力机绝大多数为风轮转轴水平放置的水平轴涡轮式风力机，属于高风速风力机范畴，其中低风速性能差，在年均风速米/秒的地区运行效益不佳。此外，这类风力机运行噪音大、会产生次声波，不适合在都市和社区中使用，而且还会危害鸟类的生存环境。垂直轴风力机特点是无风向性、无气动噪音、不产生次声波，既能利用叶片升力、又能利用叶片推力，风轮旋转时各叶片依次交替轮换出力，叶片荷载周期性变化；这些特点有利有弊，利用优点、抑制缺点是研发适用于年均风速为4.5－6.5米/秒地区和都市人居环境的垂直轴风力机技术的关键。申请人于2014年申请了四件侧重点各不相同的高效垂直轴风力机(申请公布号分别为CN103939281A、CN103939284A、CN103925153A、CN103925149A)，目前已取得良好的实施效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种高效垂直轴风力机，通过对风轮结构的改进，提高风力机性能。本专利技术的主要技术构思如下：申请人在其已申请专利的基础上进行了进一步地深入实践研究，发现现有风轮的转动稳定性仍然有提高的空间，并发现风轮的特定具体结构与风力机性能之间存在特定关联性，而现有技术显然尚未发现上述要点。有基于此，专利技术人经系统地实践研究后终于得出了在现有技术基础上、通过改进风轮结构来提高风力机性能的技术方案。本专利技术解决其技术问题的技术方案如下：一种高效垂直轴风力机，包括确定垂向旋转轴线的固定塔架，所述塔架顶端支撑有轴向约束且水平转动的风轮；所述风轮包括具有旋转中心的轮架、以及分布于轮架周边的叶片；其特征是，所述轮架包括位于旋转中心且与塔架转动连接的旋转连接件，在所述旋转连接件的上侧固连有用以连接叶片上部的上连接部，在所述旋转连接件的下侧固连有用以连接叶片下部的下连接部，所述下连接部套设于塔架外周；所述下连接部呈以垂向旋转轴线为中心轴的锥体或台体，所述锥体为棱锥或圆锥，所述台体为棱台或圆台；所述锥体的顶点或所述台体面积较小的底面与旋转连接件所处平面重合。申请人经深入实践研究后，将轮架简化为由旋转连接件承接的上连接部和下连接部，将下连接部设计为套设于塔架外周的锥体(棱锥、圆锥)或台体(棱台、圆台)，且锥体或台体的小头朝上、大头朝下，并将各叶片的上部、下部分别与上、下连接部连接。该轮架的所述下连接部采用设置在塔架外围的结构，能有效降低风轮重心；与现有风轮轮架的柱状结构相比，该轮架下连接部利用锥体/台体具有的三角稳定性特点，能强化风轮轴向的刚度、并利于承担叶片重量，从而有效提高风轮的转动稳定性。如此，在降低风轮重心、提高风轮刚度后，实现了风力机转动稳定性能的显著提升。优选地，所述下连接部的高度大于或等于上连接部的高度。前述结构的下连接部采用此限定条件后，能确保轮架的重心位于塔架顶部以下，进一步提升风力机的转动稳定性能。优选地，所述下连接部采用第一或第二结构；第一结构：所述下连接部包括一组斜向辐条和一组横向辐条，所述斜向辐条旋转对称地分布于垂向旋转轴线周围；相邻斜向辐条之间固连有加强件，或者相邻斜向辐条之间无加强件；所述横向辐条固连围成具有绕垂向旋转轴线旋转对称的多边形的底面框；所述斜向辐条的上端分别与旋转连接件固连、下端分别与所述底面框的多边形相应顶点固连；所述底面框的多边形、斜向辐条、以及旋转连接件对应固连构成棱锥或棱台结构；第二结构：所述下连接部包括一组第一横向辐条、一组径向辐条、一组第二横向辐条、以及一组斜向辐条或加强件，所述斜向辐条或加强件旋转对称地分布于垂向旋转轴线周围；所述第一横向辐条固连围成以旋转连接件为中心、且具有绕垂向旋转轴线旋转对称的多边形的上底面框，所述上底面框各顶点或其多边形各顶点与旋转连接件之间分别由径向辐条固连；所述第二横向辐条固连围成具有绕垂向旋转轴线旋转对称的多边形的下底面框，所述下底面框多边形与上底面框多边形之间具有彼此相同或整数倍的旋转对称性；所述斜向辐条或加强件的上端分别与上底面框相应顶点或其多边形相应顶点固连、下端分别与下底面框相应顶点或其多边形相应顶点固连；所述上底面框多边形、下底面框多边形、以及斜向辐条或加强件对应固连构成棱台结构。采用该优选结构，能更进一步地有效提升风力机性能。为进一步提高风力机性能，申请人对轮架的上连接部进行了研究，所得优选技术方案如下：优选地，所述上连接部包括一组均匀分布于垂向旋转轴线周围的悬臂，所述悬臂与叶片一一对应；所述悬臂的一端与叶片上部连接；所述悬臂的另一端与固连于旋转连接件上侧、且轴线与垂向旋转轴线重合的支撑轴固连。采用该轮架上连接部，可简化轮架的上部结构，从而有效减轻轮架重量，使风轮的重心降低，进一步提高转动稳定性能。更优选地，所述上连接部采用第三或第四结构；第三结构：所述上连接部的悬臂为水平布置的直线形悬臂，所述悬臂的一端与叶片上部连接，所述悬臂的另一端与支撑轴顶端固连；第四结构：所述上连接部的悬臂为折弯式悬臂，所述悬臂由上水平段、倾斜段、下水平段依次相连而成；所述悬臂上水平段远离倾斜段的一端与叶片上部连接，所述悬臂下水平段远离倾斜段的另一端与支撑轴顶端固连；所述上连接部还包括由一组横向辐条固连而成的抗拉件，所述抗拉件具有与悬臂一一对应的顶点，所述抗拉件呈三角形、或呈十字形、或呈多边形所有对角线围成的形状；所述抗拉件的顶点分别与相应悬臂上水平段靠近倾斜段的部位固连；所述抗拉件、悬臂倾斜段、以及支撑轴顶端围成以垂向旋转轴线为中心轴的棱锥或棱台结构。采用该优选结构，能更进一步地强化上连接部结构。其中，第四结构采用的倒置棱锥/棱台，既能缩短支撑轴长度，又能利用棱锥/棱台具有的稳定性特点来强化风轮轴向的刚度，同时将叶片重量由下连接部来承担，从而有效降低风轮重心，提高风轮稳定性。为进一步提高风力机的风力利用性能，申请人对叶片的连接结构进行了研究，所得优选技术方案如下：优选地，所述叶片的上端固连于上端部固定件，所述上端部固定件固定或转动连接于上板，所述上板固连于上连接部相应悬臂的一端；所述叶片的下端固连于下端部固定件，所述下端部固定件固定或转动连接于下板，所述下板固连于下连接部锥体底面的外侧或顶角处、或下连接部台体面积较大底面的外侧或顶角处。申请人经深入实践研究发现，采用上述含有上板、下板以及端部固定件的叶片两端安装连接结构，既能起到聚风作用，使叶片能充分吸收风能，减少叶片端部的性能损失，又能作为功率控制部件的安装平台，从而提高风力机性能、优化功率控制部件的配置。更优选地，所述上端部固定件与下端部固定件的结构相同，分别为具有流线形外边缘的板件，所述板件的板面与叶片相应端面固连，所述板件通过安装轴与相应的上板或下板固定或转动连接；当板件与相应的上板或下板转动连接时，所述板件具有的连接孔直接或经连杆与伸缩控制器的输出端传动连接。采用该结构即可更好地优化配置功率控制部件，利于提高风力机性能；其中，当板件连接孔经连杆与伸缩控制器的输出端传动连接时，则利用力的分解原理，降低对弹性伸缩控制器伸缩件的精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效垂直轴风力机，包括确定垂向旋转轴线的固定塔架，所述塔架顶端支撑有轴向约束且水平转动的风轮；所述风轮包括具有旋转中心的轮架、以及分布于轮架周边的叶片；其特征是，所述轮架包括位于旋转中心且与塔架转动连接的旋转连接件，在所述旋转连接件的上侧固连有用以连接叶片上部的上连接部，在所述旋转连接件的下侧固连有用以连接叶片下部的下连接部，所述下连接部套设于塔架外周；所述下连接部呈以垂向旋转轴线为中心轴的锥体或台体，所述锥体为棱锥或圆锥，所述台体为棱台或圆台；所述锥体的顶点或所述台体面积较小的底面与旋转连接件所处平面重合。

【技术特征摘要】
1.一种高效垂直轴风力机，包括确定垂向旋转轴线的固定塔架，所述塔架顶端支撑有轴向约束且水平转动的风轮；所述风轮包括具有旋转中心的轮架、以及分布于轮架周边的叶片；其特征是，所述轮架包括位于旋转中心且与塔架转动连接的旋转连接件，在所述旋转连接件的上侧固连有用以连接叶片上部的上连接部，在所述旋转连接件的下侧固连有用以连接叶片下部的下连接部，所述下连接部套设于塔架外周；所述下连接部呈以垂向旋转轴线为中心轴的锥体或台体，所述锥体为棱锥或圆锥，所述台体为棱台或圆台；所述锥体的顶点或所述台体面积较小的底面与旋转连接件所处平面重合。2.根据权利要求1所述高效垂直轴风力机，其特征是，所述下连接部的高度大于或等于上连接部的高度。3.根据权利要求1或2所述高效垂直轴风力机，其特征是，所述下连接部采用第一或第二结构；第一结构：所述下连接部包括一组斜向辐条和一组横向辐条，所述斜向辐条旋转对称地分布于垂向旋转轴线周围；相邻斜向辐条之间固连有加强件，或者相邻斜向辐条之间无加强件；所述横向辐条固连围成具有绕垂向旋转轴线旋转对称的多边形的底面框；所述斜向辐条的上端分别与旋转连接件固连、下端分别与所述底面框的多边形相应顶点固连；所述底面框的多边形、斜向辐条、以及旋转连接件对应固连构成棱锥或棱台结构；第二结构：所述下连接部包括一组第一横向辐条、一组径向辐条、一组第二横向辐条、以及一组斜向辐条或加强件，所述斜向辐条或加强件旋转对称地分布于垂向旋转轴线周围；所述第一横向辐条固连围成以旋转连接件为中心、且具有绕垂向旋转轴线旋转对称的多边形的上底面框，所述上底面框各顶点或其多边形各顶点与旋转连接件之间分别由径向辐条固连；所述第二横向辐条固连围成具有绕垂向旋转轴线旋转对称的多边形的下底面框，所述下底面框多边形与上底面框多边形之间具有彼此相同或整数倍的旋转对称性；所述斜向辐条或加强件的上端分别与上底面框相应顶点或其多边形相应顶点固连、下端分别与下底面框相应顶点或其多边形相应顶点固连；所述上底面框多边形、下底面框多边形、以及斜向辐条或加强件对应固连构成棱台结构。4.根据权利要求1或2所述高效垂直轴风力机，其特征是，所述上连接部包括一组均匀分布于垂向旋转轴线周围的悬臂，所述悬臂与叶片一一对应；所述悬臂的一端与叶片上部连接；所述悬臂的另一端与固连于旋转连接件上侧、且轴线与垂向旋转轴线重合的支撑轴固连。5.根据权利要求4所述高效垂直轴风力机，其特征是，所述上连接部采用第三或第四结构；第三结构：所述上连接部的悬臂为水平布置的直线形悬臂，所述悬臂的一端与叶片上部连接，所述悬臂的另一端与支撑轴顶端固连；第四结构：所述上连接部的悬臂为折弯式悬臂，所述悬臂由上水平段、倾斜段、下水平段依次相连而成；所述悬臂上水平段远离倾斜段的一端与叶片上部连接，所述悬臂下水平段远离倾斜段的另一端与支撑轴顶端固连；所述上连接部还包括由一组横向辐条固连而成的抗拉件，所述抗拉件具有与悬臂一一对应的顶点，所述抗拉件呈三角形、或呈十字形、或呈多边形所有对角线围成的形状；所述抗拉件的顶点分别与相应悬臂上水平段靠近倾斜段的部位固连；所述抗拉件、悬臂倾斜段、以及支撑轴顶端围成以垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锋，李天博，
申请(专利权)人：苏州飞能可再生能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32