一种具有多层风轮的垂直轴风力机，包括至少二个结构相同的风轮；每个风轮包括转轴（１）、叶片（２）及支架（３）和支架（４）；每个叶片（２）和转轴（１）之间固定连接一个支架（３）和一个支架（４），且支架（３）与支架（４）相互平行；每个风轮的转轴（１）重合，而且至少二个结构相同的风轮在重合的转轴（１）的方向上层叠；上层风轮的每个支架（４）穿过重合的转轴（１），且分别与下层风轮的一个支架（３）重合，形成上层风轮和下层风轮在重合的转轴（１）上的错开布置；重合的转轴（１）下端与发电机或风力提水机的传动轴连接。本发明专利技术可以使垂直轴风力机的扭矩波动更加平缓，有利于功率稳定输出，降低传动系统的疲劳程度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及 风力机领域，尤其涉及一种具有多层风轮的垂直轴风力机。
技术介绍
目前，两种主要的垂直轴风力机是Φ型垂直轴风力机和H型垂直轴风力机。如图 1所示，在H型垂直轴风力机中，风轮包括转轴(1)、叶片(2)以及支架⑶和⑷；其中，每 一个叶片(2)和转轴(1)之间固定连接一个支架(3)和一个支架(4)，而且每一个叶片(2) 和转轴(1)之间连接的支架(3)与支架(4)相互平行；转轴(1)下端与发电机或风力提水 机的传动轴连接，实现扭矩传递和风能转换。目前的垂直轴风力机一般只具有一层风轮，无论是Φ型还是H型垂直轴风力机， 其在运行过程中，由于叶片弦线与风向的角度(即攻角)是不断变化的，因此其输出扭矩在 一个周期内是不断波动的。图2表示的是某三叶片垂直轴风力机在一个周期内的扭矩变化 曲线示意图；其中，横坐标表示攻角θ (0° <= θ <= 360° )，纵坐标表示扭矩系数Ct ； 如图2所示，该垂直轴风力机在一个周期内，最大扭矩系数达0. 93，而最小扭矩系数只有 0. 43，两者相差近2倍关系。因此，造成输出功率不稳定，发电机或风力提水机选配造成困 难；而且扭矩的波动会造成传动系统(传动轴、轴承等)结构的疲劳，降低使用寿命。如何消除扭矩的波动性，确保功率稳定输出，改善传动系统疲劳程度，是垂直轴风 力机结构技术研究的重点之一。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种具有多层风轮的垂直轴风力机，可以使垂直轴风力机 的扭矩波动更加平缓，有利于功率稳定输出，降低传动系统的疲劳程度。一种具有多层风轮的垂直轴风力机，包括至少二层结构相同的风轮；其中，每一层所述风轮包括转轴(1)、叶片(2)以及支架(3)和支架⑷；每一个所 述叶片(2)和所述转轴(1)之间固定连接一个所述支架(3)和一个所述支架(4)，而且每一 个所述叶片⑵和所述转轴⑴之间连接的所述支架⑶与所述支架⑷相互平行；其中，每一层风轮的所有的所述支架(3)位于垂直转轴(1)的同一水平面上，而且 每一层风轮的所有的所述支架(4)位于垂直转轴(1)的另一水平面上；其中，每一层风轮的所述转轴(1)重合，而且所述至少二层结构相同的风轮在重 合的转轴(1)的方向上层叠；其中，上层风轮的每一个所述支架(4)穿过重合的转轴(1)，而且分别与下层风轮 的一个所述支架(3)重合，形成所述上层风轮和所述下层风轮在重合的转轴(1)上的错开布置；其中，重合的转轴(1)下端与发电机或风力提水机的传动轴连接。可选地，每一层所述风轮包括的所述叶片(2)的数量为2个或3个或4个。可选地，所述叶片(2)为直叶片或弯叶片。可选地，所述支架(3)的表面铺设线条型的整流蒙皮。可选地，所述支架(3)的横截面呈前凹后尖形状。其中，俯视时，相邻的两个叶片(2)和所述转轴⑴连接的支架⑶之间的夹角为 β，且β满足β = 360° /(iXj)；其中，i表示风轮的层数，j表示每个风轮的叶片(2)的数量。与现有的技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果本专利技术实施例中，将至少二层风轮在转轴的方向上进行层叠、错开布置，可以使不 同的输出扭矩进行叠加并作用到转轴上，由于叠加扭矩的扭矩波动更加平缓，使得转轴可 以带动传动系统稳定输出功率，降低传动系统的疲劳程度，提高使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。图1为现有一种H型垂直轴风力机的结构示意图；图2为某单风轮、三叶片垂直轴风力机在一个周期内的扭矩变化曲线示意图；图3为本专利技术实施例中提供的一种具有多层风轮的垂直轴风力机的结构示意图；图4为本专利技术实施例中提供的一种支架(3)的横截面示意图；图5为本专利技术实施例中提供的一种具有2层风轮、3叶片垂直轴风力机俯视时相邻 的两个叶片⑵和转轴⑴连接的支架⑶之间的夹角示意图；图6为本专利技术实施例中提供的一种具有2层风轮、2叶片垂直轴风力机俯视时相邻 的两个叶片⑵和转轴⑴连接的支架⑶之间的夹角示意图；图7为本专利技术实施例中提供具有2层风轮、3叶片的垂直轴风力机在一个周期内的 叠加扭矩变化曲线示意图。具体实施例方式本专利技术实施例中提供了一种具有多层风轮的垂直轴风力机，该垂直轴风力机将至 少二层风轮在转轴的方向上进行层叠、错开布置，可以使不同的输出扭矩进行叠加并作用 到转轴上，由于叠加扭矩的扭矩波动更加平缓，使得转轴可以带动传动系统稳定输出功率， 降低传动系统的疲劳程度，提高使用寿命。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图3，图3为本专利技术实施例提供的一种具有多层风轮的垂直轴风力机的结 构示意图。如图3所示，该垂直轴风力机可以包括至少二层结构相同的风轮；其中，每一层风轮包括转轴(1)、叶片(2)以及支架(3)和支架(4)；本专利技术实施例中，每一层风轮包括的叶片(2)的数量可以是如图3所示的3个，也可以是2个或4个，本专利技术实施例不作限定；其中，叶片⑵可以是直叶片，也可以是弯叶 片，本专利技术实施例不作限定；如图3所示，每一个叶片(2)和转轴(1)之间固定连接一个支架(3)和一个支架 (4)，而且每一个叶片(2)和转轴(1)之间连接的支架(3)与支架(4)相互平行；如图3所示，每一层风轮的所有的支架(3)位于垂直转轴(1)的同一水平面上，而 且每一层风轮的所有的支架(4)位于垂直转轴(1)的另一水平面上；如图3所示，每一层风轮的所有的支架(3)在重力方向上高于所有的支架⑷；如图3所示，每一层风轮的转轴(1)重合，即所有的风轮共用同一个转轴(1)，而且 至少二层结构相同的风轮在重合的转轴(1)的方向上层叠；其中，上层风轮的每一个支架(4)穿过重合的转轴(1)，而且分别与下层风轮的一 个支架(3)重合，形成上层风轮和下层风轮在重合的转轴(1)上的错开布置；其中，重合的转轴(1)下端与发电机或风力提水机的传动轴连接，实现扭矩传递 和风能转换。本专利技术实施例中，垂直轴风力机在转动时，每一个支架(3)会收到风力的阻击，为 了增强自起动性能，可以在每一个支架(3)的表面(包括迎风面和背风面)铺设线条型的 整流蒙皮。其中，线条型的整流蒙皮可以起到减小风阻力的作用，提高风能利用效率。本专利技术实施例中，每一个支架(3)的横截面呈前凹后尖形状。请一并参阅图4，图 4表示的每一个支架(3)横截面示意图，从图4可以看出，每一个支架(3)的横截面呈前凹 后尖形状，其中，迎风面呈凹槽形状，背风面呈“>”形状。当较小的风从各个方向进入每一 个支架(3)的呈凹槽形状的迎风面后产生压差，形成推力推动垂直轴风力机运转，实现自 起动。特别是，在每一个支架(3)的呈凹槽形状的迎风面的面积越大时，垂直轴风力机自起 动性能越强。从而，本专利技术实施例提供的具有多层风轮的垂直轴风力机在风速较小的情况 下也能够顺利自起动，降低对自本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有多层风轮的垂直轴风力机，其特征在于，包括： 至少二层结构相同的风轮； 其中，每一层所述风轮包括转轴（１）、叶片（２）以及支架（３）和支架（４）；每一个所述叶片（２）和所述转轴（１）之间固定连接一个所述支架（３）和一个所述支架（４），而且每一个所述叶片（２）和所述转轴（１）之间连接的所述支架（３）与所述支架（４）相互平行； 其中，每一层风轮的所有的所述支架（３）位于垂直转轴（１）的同一水平面上，而且每一层风轮的所有的所述支架（４）位于垂直转轴（１）的另一水平面上；其中，每一层风轮的所述转轴（１）重合，而且所述至少二层结构相同的风轮在重合的转轴（１）的方向上层叠； 其中，上层风轮的每一个所述支架（４）穿过重合的转轴（１），而且分别与下层风轮的一个所述支架（３）重合，形成所述上层风轮和所述下层风轮在重合的转轴（１）上的错开布置； 其中，重合的转轴（１）下端与发电机或风力提水机的传动轴连接。
【技术特征摘要】
一种具有多层风轮的垂直轴风力机，其特征在于，包括至少二层结构相同的风轮；其中，每一层所述风轮包括转轴(1)、叶片(2)以及支架(3)和支架(4)；每一个所述叶片(2)和所述转轴(1)之间固定连接一个所述支架(3)和一个所述支架(4)，而且每一个所述叶片(2)和所述转轴(1)之间连接的所述支架(3)与所述支架(4)相互平行；其中，每一层风轮的所有的所述支架(3)位于垂直转轴(1)的同一水平面上，而且每一层风轮的所有的所述支架(4)位于垂直转轴(1)的另一水平面上；其中，每一层风轮的所述转轴(1)重合，而且所述至少二层结构相同的风轮在重合的转轴(1)的方向上层叠；其中，上层风轮的每一个所述支架(4)穿过重合的转轴(1)，而且分别与下层风轮的一个所述支架(3)重合，形成所述上层风轮和所述下层风轮在...
【专利技术属性】
技术研发人员：周庆余，何利，
申请(专利权)人：青海风发科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：63[中国|青海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。