立式风动机系统及风力发电系统技术方案

本发明专利技术涉及立式风动机系统及风力发电系统

【技术实现步骤摘要】
立式风动机系统及风力发电系统


[0001]本专利技术涉及立式风动机系统及采用这种立式风动机系统的立式风力发电系统
。

技术介绍

[0002]风动机（或称风力机）是风力发电系统中将风能转化为旋转机械能的设备，依据其转轴设置方式
/
姿态，主要可以分为水平轴和垂直轴两种形式，其中垂直轴风动机因不受风向影响，无需设置偏航系统，在一定场合下，特别是在风速相对较低的区域，具有较强的优势
。
[0003]垂直轴风力机可分为阻力型和升力型两种主要形式，其中阻力型形风力机中较为典型的是萨渥纽斯（
Savonius
，或称萨沃纽斯）风力机，风轮的转动是利用气流在叶片前后形成的压强差推动的，由于阻力型风力机叶片在逆风区产生的反向力矩较大，风能利用率较低，应用受限
。
目前应用较多的是升力型风力机，较为典型的为达里厄（
Darrieus
，或称达里厄斯）风力机，亦有人认为所有的升力型垂直轴风力发电机都可以归为达里厄型风力发电机中
。
达里厄风力发电机是最早的升力型垂直轴风力发电机，是由一位名叫
G.J.M.Darrieus
工程师专利技术的，在
1931
年获得专利，但一直未得到重视，经加拿大国家空气动力实验室和美国
sandia
实验室进行大量研究，达里厄风力发电机才具有了实用价值，据悉与所有垂直轴风力发电机相比，达里厄风力发电机的风能利用系数最高
。
[0004]为获得更好的性能，人们在经典达里厄风力发电机的基础上进行了不断的改进
。
例如，中国专利文献
CN106032791A
公开了一种升力互补型垂直轴风力发电机，由风轮
、
盘式发电机
、
主轴以及连接件组成，所述的风轮为组合式风轮，即将
Savonius
式风轮和
Darrieus
式风轮相结合，所述的
Savonius
式风轮包括两个微
S
形叶片和固定叶片的上
、
下圆形托板，两个微
S
形叶片平行对应分布在圆形托板上，且关于风轮的中心轴呈中心对称，上
、
下圆形托板的外板面各有4条加强筋，互成
90
°
夹角，所述的
Darrieus
式风轮为
Darrieus
式
φ
型风轮，采用三个弧形板作为其叶片，所述的弧形板包括位于中段的圆弧部及位于圆弧部两端的直线部，通过这种组合形式发挥两类风轮的优点，实现低风速自启动，且提高发电效率
。
又如，中国专利文献
CN115539294A
公开了一种风光补充型垂直轴风力发电机组，包括叶轮组
、
安装叶轮组的支撑柱，所述叶轮组的叶片附着安装光伏电池板组，叶片大致呈立面的弧形，数量为三个，等间隔分布，所述叶轮组下方的设有导电套环，所述导电套环安装在所述支撑柱，用于将光伏电池板组与蓄电池电连通，由此利用风能和光能两种能量来源，提高了供电能力和供电的稳定性
。
[0005]这些现有技术限定或给出的实施例中，
Darrieus
风轮的叶片数量均为3个，以
120
°
的间隔等间距（角距离）均衡分布，这也是实践中
Darrieus
风力机常用的
Darrieus
叶片设置方式，在没有其他构造对气流产生干扰的情形下，这种叶片数量及设置方式能够取得良好的效果
。
当存在其他构造对气流的干扰时，则可能引发其他问题
。
例如，前述
CN106032791A
公开的技术方案中，由于
Savonius
式风轮阻挡了流经
Darrieus
风轮的风，使
Darrieus
风轮的叶片在迎风侧和背风侧所受的风力大小和方向均可能存在明显的不同，影响
Darrieus
风
轮运行的稳定性，导致振动和噪音的增加，亦对风力机的机械能输出特性和发电机的电能输出特性产生不利影响
。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了立式风动机系统及采用这种立式风动机系统的立式风力发电系统，以在实现风动机
/
风力发电系统低风速自启动的同时，提高风动机运行的稳定性，减少振动和噪音，优化输出特性
。
[0007]本专利技术的技术方案是：立式风动机系统（简称立式风动机，或风动机），设有纵向（使用状态下通常为竖向）的风机轴，风机轴上安装有用于构成启动的弧形叶片（或称
S
形叶片）组成的风筒（例如，
Savonius
风筒，或称
Savonius
风轮）和用于高速转动的风轮（例如，
Darrieus
风轮，特别是
φ
型
Darrieus
风轮），风轮的叶片（为风动机的主叶片，可采用
Darrieus
风轮叶片或其他适宜形式的立式风轮的叶片）数量为4个，等角距（或者说等角距离）分布（也就是，相邻叶片相间
90
°
），风筒位于风轮内侧，与风轮形成一体风力转动系统，风筒的数量为一个或多个，多个风筒依次上下分布
。
[0008]风筒可以固定安装在风机轴（或者风机轴的主体部分）上，多个风筒之间可以固定连击，形成一体化的风筒组，也可以相互间不直接连接
。
[0009]优选地，全部风筒（所述的一个或所述的多个风筒）的竖向跨度（或称纵向跨度，指在风机轴延伸方向上的尺寸，亦可称为全部
Savonius
风筒的高度，简称全部风筒高度）与风轮内侧空间中部的竖向跨度相符（或称一致，或相适应，或相等，但被其他件
/
结构占据的部分除外，且包括实践中应允许的装配间隙等不具有实质性负面影响的间隙的情形）
。
[0010]优选地，风轮的叶片（叶片的主体部分）采用对称翼型，也就是，其横截面（垂直于叶片延伸方向的截面）形状与对称翼型的机翼横截面形状相同
/
相仿；或者，风轮的叶片采用凹凸翼型，也就是，其横截面形状与凹凸翼型的机翼横截面形状相同
/
相仿，凸面朝外
。
[0011]优选地，风轮的叶片采用在横向两侧位置（叶片扫掠面中垂直于竖向轴线及外部气流方向上的两端位置）上的升力为零的设置方式（姿态）
。
[0012]优选地，风筒半径（风筒的叶片扫掠面半径）为风轮半径（风轮的叶片扫掠面的最大水平截面的半径）的七分之一至五分之一（含两端端值）
。
[0013]优选地，风筒的数量为三个，三个风筒为相同的风筒，周向上
120
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
立式风动机系统，设有纵向的风机轴，风机轴上安装有用于构成启动的弧形叶片组成的风筒和用于高速转动的风轮，其特征在于风轮的叶片数量为4个，等角距分布，风筒位于风轮内侧，与风轮形成一体风力转动系统，风筒的数量为一个或多个，多个风筒依次上下分布
。2.
如权利要求1所述的立式风动机系统，其特征在于全部风筒的竖向跨度与风轮内侧空间中部的竖向跨度相符
。3.
如权利要求1所述的立式风动机系统，其特征在于风轮的叶片采用在横向两侧位置上的升力为零的设置方式
。4.
如权利要求1所述的立式风动机系统，其特征在于风筒半径为风轮半径的七分之一至五分之一
。5.
如权利要求1所述的立式风动机系统，其特征在于风筒的数量为三个，三个风筒为相同的风筒，周向上
120
°
相间分布
。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩然，
申请(专利权)人：徐浩然，
类型：发明
国别省市：