一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮制造技术

本发明专利技术公开了一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，包括叶片母体和叶片导流子翼，所述的叶片导流子翼通过一侧的垂直直线边与所述叶片母体相连，所述的叶片导流子翼以此连接轴为旋转轴围绕叶片母体进行旋转，两者之间的空间形成了气流通道，所述的叶片导流子翼根据叶片母体相对于风向的位置调节气流通道的扩大和闭合。与目前传统的Savonius型风力机风轮相比，本发明专利技术所设计的垂直轴风力机风轮包含了能够与叶片母体之间形成气流通道的叶片导流子翼，使得叶片在任意风向的流动下调节叶片相对于风向的扭矩，从而获得更高的功率系数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮
本专利技术属于垂直轴风力发电装置领域，具体涉及一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮。
技术介绍
全球气候变暖以及能源危机促使各国开始大力发展可再生能源。中国政府承诺非石化能源占总能源消耗比例在2030年达到20%。风能作为一种重要的可再生能源，是我国实现上述节能减排目标的重要保障。由于陆上风电在高风速区装机量趋于饱和，风电向着陆上低风速区和海上发展。垂直轴风力机运行叶尖速比低且噪音低，适合在陆上低风速风场运行，也适合在路灯、民宅风光互补发电、建筑物顶层或集风区等场合应用。垂直轴风力机结构简单，同时分布式风电系统也逐渐被企业和政府重视，分布式风电适用于距离用电负荷较近的低风速区域，垂直轴风力机的低风速、低噪音特点天然契合分布式风电的需求。垂直轴风力机不需要偏航机构，其变速箱和发电机等部件可布置在地面或者低空，塔架系统的设计被极大地简化。重力不会对垂直轴风力机叶片产生疲劳载荷，因而有利于其疲劳特性。垂直轴风力机可以分为：阻力型（例如Savonius型）、升力型（例如Darrieus型）和升阻力结合型。阻力型垂直轴风力机低风速特性好，结构更简单，能在更低风速和更低也叶尖速比下运行，气动噪声小。但传统Savonius型风力机功率系数较低，与风能效率的倍茨极限0.593差距较大，制约了其进一步的推广使用。1925年芬兰工程师S．J．Savonius专利技术了阻力型垂直轴风力发电机。随着计算和实验条件的进步，对Savonius型垂直轴风力机的研究不断增多，下面对国内外的相关研究进行概述。李岩等对Savonius型垂直轴风力机进行风洞试验，研究了叶片重叠比对风力机气动性能的影响，指出当叶片净重叠比为0.175时风轮气动性能最佳。赵振宙等采用数值计算研究了高径比、叶片数、偏心系数、叶片扭角对Savonius型风轮性能的影响。Jae-HoonLee研究了扭角对Savonius型垂直轴风力机的影响，发现在扭角为45°、叶尖速比为0.54时可取得最大效率0.13。N.H.Mahmoud等通过实验研究了叶片数、重叠比、高径比等对Savonius型垂直轴风力机的影响。KeumSooJeon等通过实验研究了不同形状和尺寸的端板对螺旋型Savonius型风轮性能的影响，发现圆形端板是提高气动性能的最佳选择。除了对风轮本体进行优化及改进设计外，还可以采用各种阻流或导流设备等提高风轮气动性能。Altan等人在传统Savonius型风轮基础上增加两个导流板，并研究了板的长度和角度对风轮气动性能的影响，最大功率系数达到0.385。但是此类设计的最大缺陷是，导流板通常不能跟随风向变化，因而大大降低了其实际增功效果及实用性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，包括叶片母体和叶片导流子翼，所述的叶片导流子翼通过一侧的垂直直线边与所述叶片母体相连，所述的叶片导流子翼以此连接轴为旋转轴围绕叶片母体进行旋转，两者之间的空间形成了气流通道，所述的叶片导流子翼根据叶片母体相对于风向的位置调节气流通道的扩大和闭合。作为本专利技术的进一步改进，所述的叶片母体与至少一个所述的叶片导流子翼相连。作为本专利技术的进一步改进，还包括旋转限位机构和旋转阻尼机构，所述的旋转限位机构和旋转阻尼机构相互配合分别控制叶片导流子翼的旋转角度和旋转速度。作为本专利技术的进一步改进，所述的旋转阻尼机构固定安装在叶片母体上；所述的旋转限位机构包括相互铰接的第一连杆和第二连杆，所述的第一连杆的另一端与所述的旋转阻尼机构固定相连，所述的第二连杆连接在所述的叶片导流子翼上。作为本专利技术的进一步改进，包括至少两组所述的叶片母体、叶片导流子翼、旋转限位机构和旋转阻尼机构。作为本专利技术的进一步改进，所述的叶片母体或叶片导流子翼为曲面型，所述的叶片导流子翼的面积小于或者等于所述的叶片母体的面积，在闭合状态时，所述的叶片导流子翼与所述的叶片母体在相对应的各点位置曲率半径相同。作为本专利技术的进一步改进，所述的叶片导流子翼的旋转轴与所述的叶片母体的旋转轴重合或者不重合，所述的叶片导流子翼与所述的叶片母体的底边重合或者不重合。作为本专利技术的进一步改进，所述的旋转阻尼机构包括弹簧阻尼器、液压阻尼器、弹簧液压阻尼器。本专利技术的有益效果：与目前传统的Savonius型风力机风轮相比，本专利技术所设计的垂直轴风力机风轮包含了能够与叶片母体之间形成气流通道的叶片导流子翼，使得叶片在任意风向的流动下调节叶片相对于风向的扭矩，从而获得更高的功率系数。同时本专利技术中采用了旋转阻尼机构，可以降低导流子翼在打开和关闭时对叶片母体及风力机整体相关部件的冲击，提高风力机的疲劳寿命、降低机械振动噪音，使得本专利技术适用于距离居民区较近的分布式发电系统。附图说明图1为本专利技术一种实施例的结构示意图；图2是根据本专利技术实施的图1实例结构的俯视图；其中：1-叶片母体，2-叶片导流子翼，3-旋转限位机构，301-第一连杆，302-第二连杆，4-旋转阻尼机构，5-气流通道。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1-2所示的一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，包括叶片母体1和叶片导流子翼2，所述的叶片导流子翼2通过一侧的垂直直线边与所述叶片母体1相连，所述的叶片导流子翼2以此连接轴为旋转轴围绕叶片母体1进行旋转，两者之间的空间形成了气流通道5，所述的叶片导流子翼2根据叶片母体1相对于风向的位置调节气流通道5的扩大和闭合。所述的叶片母体1与至少一个所述的叶片导流子翼2相连。所述的用于调节气流通道5的扩大和闭合的机构还包括旋转限位机构3和旋转阻尼机构4，所述的旋转限位机构3和旋转阻尼机构4相互配合分别控制叶片导流子翼2的旋转角度和旋转速度。其中，所述的旋转阻尼机构4固定安装在叶片母体1上，所述的旋转阻尼机构4在叶片导流子翼2打开时对其旋转角速度进行限制，且能使叶片导流子翼2在背风运动侧自动闭合；同时旋转阻尼机构4对打开和闭合动作进行缓冲，避免出现冲击。所述的旋转限位机构3包括相互铰接的第一连杆301和第二连杆302，所述的第一连杆301的另一端与所述的旋转阻尼机构4固定相连，所述的第二连杆302连接在所述的叶片导流子翼2上。具体的实施过程为：当所述的叶片母体1迎风旋转时，即叶片凸面迎风运动时，叶片导流子翼2会相对于叶片母体1打开，在叶片导流子翼2与叶片母体1之间形成的流体通道5。此时，导流子翼的旋转限位机构3的第一连杆301和第二连杆302处于如图所示的ABC位置状态。打开的叶片导流子翼可以降低迎风旋转叶片上的负扭矩，进而提高整个风轮的气动性能。当所述的叶片母体1背风旋转时，即叶片凸面背风运动时，叶片导流子翼2会相对于叶片母体1闭合，在叶片导流子翼2与叶片母体1之间形成的流体通道1逐渐减小直至消失。当所述的叶片导流子翼2完全闭合到叶片母体1上时，导流子翼的旋转限位机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，其特征在于：包括叶片母体（1）和叶片导流子翼（2），所述的叶片导流子翼（2）通过一侧的垂直直线边与所述叶片母体（1）相连，所述的叶片导流子翼（2）以此连接轴为旋转轴围绕叶片母体（1）进行旋转，两者之间的空间形成了气流通道（5），所述的叶片导流子翼（2）根据叶片母体（1）相对于风向的位置调节气流通道（5）的扩大和闭合。

【技术特征摘要】
1.一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，其特征在于：包括叶片母体（1）和叶片导流子翼（2），所述的叶片导流子翼（2）通过一侧的垂直直线边与所述叶片母体（1）相连，所述的叶片导流子翼（2）以此连接轴为旋转轴围绕叶片母体（1）进行旋转，两者之间的空间形成了气流通道（5），所述的叶片导流子翼（2）根据叶片母体（1）相对于风向的位置调节气流通道（5）的扩大和闭合。2.根据权利要求1所述的一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，其特征在于：所述的叶片母体（1）与至少一个所述的叶片导流子翼（2）相连。3.根据权利要求1或2所述的一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，其特征在于：还包括旋转限位机构（3）和旋转阻尼机构（4），所述的旋转限位机构（3）和旋转阻尼机构（4）相互配合分别控制叶片导流子翼（2）的旋转角度和旋转速度。4.根据权利要求3所述的一种基于导流子翼的高性能阻力型垂直轴风力机风轮，其特征在于：所述的旋转阻尼机构（4）固定安装在叶片母体（1）上；所述的旋转限位机构（3）包括相互铰接的第一连杆（301）和第二连杆（302），所述的第一连...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振业，朱卫军，曹九发，杨华，吴鑫波，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32