带集风盖的垂直轴偏距式风力机制造技术

本发明专利技术公开了一种带集风盖的垂直轴偏距式风力机，包括主轴、横梁、集风盖、叶片轴和轻质叶片；横梁固定于主轴上端，在每根横梁的下侧并靠近外端竖直固定安装一窗框架，窗框架上竖直均匀设置多根可转动的叶片轴，每个叶片轴上固定轻质叶片；窗框架的顶部和底部分别水平安装集风盖；扭力弹簧的一端固定在叶片轴上，另一端固定在对应的横梁上。由于采用了扭力弹簧，使轻质叶片在无风时处于主轴和横梁组成的竖直平面内，随时待命捕风，而且捕风面较大，所以风力机响应快；由于该风力机具有集风盖，当轻质叶片顺风时，增加了气流在轻质叶片上下沿的迎风和背风面的压力差，所以风力机力矩大、启动风速低、风能利用率大、微风发电能力强、实用性广。

【技术实现步骤摘要】
带集风盖的垂直轴偏距式风力机
本专利技术涉及一种偏距式垂直轴风力机，尤其涉及一种带集风盖的垂直轴偏距式风力机。
技术介绍
如今，石油、煤、天然气等不可再生能源均面临着储量枯竭、价格上涨、甚至地球环境的严重污染等。核裂变发电危险性高，核废料污染环境、处理困难；利用核聚变能发电还不可行。而太阳能和风能是可再生能源，对环境没有污染。因此，各国都大力开发以风能和太阳能为代表的清洁可再生能源。在当前风能利用领域，现有的大多数大装机容量的风力发电机大都处于待、停机状态，风机利用效率极低。在某些特殊条件下，甚至为了使风机随时待机发电，还必须对风机输入控制电源，这使风机出现了负功率输出状态，极大降低了风能利用率。受到风力发电机风轮结构的影响，现有风力发电机主要存在以下问题:1.启动风速和额定风速均太高，严重脱离实际情况。需研制适合大多数地区使用的风力机，其启动风速和额定风速都要很低。2.现有风轮的叶片细而长，实度低，大部分从叶片之间的空隙漏走，风能没有被充分利用。3.风叶翼型设计不合理。当前使用最为广泛的风轮叶片是根据直升机的旋翼结构设计的。直升机的旋翼的结构设计是为了利用气流提高其升力，但风轮叶片需要克服这种力的作用，是相反的过程。4.多数风轮叶片扭转角是固定的，不能适应不同的风速。但是在实际应用中，风速大小是随机的。因此风轮一般工作在非设计工作状态，并且逆风阻力大，总体效率低，启动困难。现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机，叶片截面积增大，提高了捕风能力，降低启动风速。调整叶片倾斜角度可以调节风机旋转速度。叶片截面积的增大可以大幅减小叶片的长度，以致风轮叶片总重量大幅减少，能最大化地利用风能发电。占地面积少，全方向做功，启动快。现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机有三种方案。1.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端，叶片由电机控制。顺风时，控制使叶片竖直受风，把风能转化为叶轮的旋转机械能。而在逆风时，控制使叶片呈水平位置，对风不产生任何阻力。2.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端。叶片支架上安装有90度单方向限位装置，以使叶片单方向偏距不超过90度。任意方向来风时，叶片由于单方向限位作用一边保持原位，另一边叶片与风向相同进行旋转。3.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式在叶片支架两端以90度夹角安装叶片。在叶片支架上安装最大摆动角度为45度的限位装置。任意方向来风使叶片支架一端的叶片摆动到水平位置；叶片支架另一端的叶片在风力作用下摆动到竖直位置，风作用于竖直位置的叶片而使叶片带动叶轮旋转；当竖直位置的叶片摆动到顺风位置时，另一叶片支架的一叶片在风力作用下摆动到竖直位置，继续带动叶轮旋转。但是，第一种方案中的叶片位置调整需要电机驱动旋转，需要耗费电力，而且还增加了控制系统的复杂程度；第二种方案中的叶片在转速时由于离心而不能可靠复位。以上最后种方案，虽然实度比常规风轮大许多，捕风能力很强，但由于叶片自重，使得叶片由水平到竖直的变化需要一定的风压，因此特别是在风速很低的情况下，启动比较困难。专利201220602985.1 (带叶片配重的垂直轴偏距式风力机)增加了叶片配重使得启动风速可以很低，提高了发电效率。但以上各种方案，在叶片由逆风转变为顺风状态时，叶片有一个由水平到竖直的突然转变，会带来较大的冲击。专利201310043115.4 (逆风出力的三角软翼式垂直轴偏距风力机)、201310043153.X (梯形软翼百叶窗式垂直轴偏距风力机)等，设计出特殊形状的叶片和适当安装方式，减轻了冲击；但结构比较复杂，维修不方便。因此，有必要开发设计出结构更简单的软翼风力机。
技术实现思路
为了克服现有风机的启动风速高，风轮实度低，风能利用系数小，风轮风叶翼型和扭转角是固定而不能适应不同的风速，驱动旋转需要耗费电力，叶片位置调整需要耗费电力驱动电机旋转，系统结构复杂等缺点，本专利技术提供了一种提高风机出力的带集风盖的垂直轴偏距式风力机。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案: 带集风盖的垂直轴偏距式风力机，包括主轴、横梁、集风盖、叶片轴和轻质叶片； 所述主轴竖直安装在塔架上，可自由旋转； 所述横梁为3-6根等长，呈水平辐射状对称固定于主轴上端，在每根横梁的下侧并靠近外端竖直固定安装一窗框架，所述窗框架上竖直设置叶片轴，所述叶片轴与窗框架转动配合，每个叶片轴上竖直固定设置一可相对对应窗框架可开启或关闭的轻质叶片； 所述窗框架的顶部和底部分别水平设置一圆弧板状结构的集风盖，所述集风盖位于轻质叶片可开启的一侧； 在每个叶片轴的顶部设置一扭力弹簧，扭力弹簧的一端固定在叶片轴上，扭力弹簧的另一端固定在对应的横梁上，轻质叶片只在扭力弹簧的扭力作用下时轻质叶片关闭在对应的窗框架上。作为本专利技术的一种优选方案，所述窗框架上竖直均布设置多根叶片轴和轻质叶片。本专利技术的优点是:①由于采用了扭力弹簧，使轻质叶片在无风时处于主轴和横梁组成的竖直平面内，随时待命捕风，而且捕风面较大，所以风力机响应快由于该风力机具有集风盖，当轻质叶片顺风时，增加了气流在轻质叶片上下沿的迎风和背风面的压力差，所以风力机力矩大、启动风速低、风能利用率大、微风发电能力强、实用性广。【附图说明】图1为带集风盖的垂直轴偏距式风力机的结构示意图。附图中:1—主轴；2—横梁；3—叶子轴；4一轻质叶片；5—集风盖；6—窗框架；7—扭力弹簧。 【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步说明。如图1所示，带集风盖的垂直轴偏距式风力机，包括主轴1、横梁2、集风盖5、叶片轴3和轻质叶片4。其中，主轴I竖直安装在塔架上，可自由旋转。横梁2为3-6根等长，呈水平辐射状对称固定于主轴I上端，在每根横梁2的下侧并靠近外端竖直固定安装一窗框架6,窗框架6上竖直设置叶片轴3。叶片轴3与窗框架6转动配合，每个叶片轴3上竖直固定设置一可相对对应窗框架6可开启或关闭的轻质叶片4。窗框架6的顶部和底部分别水平设置一圆弧板状结构或者圆形的集风盖5，集风盖5位于轻质叶片4可开启的一侧。在每个叶片轴3的顶部设置一扭力弹簧7，扭力弹簧7的一端固定在叶片轴3上，扭力弹簧7的另一端固定在对应的横梁2上，轻质叶片4只在扭力弹簧7的扭力作用下使轻质叶片4关闭在对应的窗框架6上。扭力弹簧7的弹性系数小，刚好能在无风时使轻质叶片4复位(即轻质叶片4关闭在窗框架6上)。在本实施例中，窗框架6上竖直均布设置多根叶片轴3和轻质叶片4，减小轻质叶片4的阻风与顺风间的状态转换的过渡时间，提高捕风效率。扭力弹簧7连接在横梁2和叶片轴3上，保证在无风时轻质叶片4关闭在对应的窗框架6上。窗框架6的顶部和底部分别水平固定集风盖5，任意方向很微弱的来风就能使逆风轻质叶片4随风向飘动而对风几乎无阻力，而顺风轻质叶片4则与来风具有一夹角，轻质叶片4则绕叶片轴3转动到主轴I和横梁2组成的竖直平面内，并具有最大的捕风面，受到风压而带动叶片轴3和横梁2旋转。由于该风力机具有集风盖5，当轻质叶片4顺风时，增加了气流在轻质叶片4上下沿的迎风和背风面的压力差，所以风机力矩更大、启动风速更低、风能利用率大、微风发电能力强、实用性广。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非本文档来自技高网...

【技术保护点】
带集风盖的垂直轴偏距式风力机，其特征在于：包括主轴（1）、横梁（2）、集风盖（5）、叶片轴（3）和轻质叶片（4）；所述主轴（1）竖直安装在塔架上，可自由旋转；所述横梁（2）为3?6根等长，呈水平辐射状对称固定于主轴（1）上端，在每根横梁（2）的下侧并靠近外端竖直固定安装一窗框架（6），所述窗框架（6）上竖直设置叶片轴（3），所述叶片轴（3）与窗框架（6）转动配合，每个叶片轴（3）上竖直固定设置一可相对对应窗框架（6）可开启或关闭的轻质叶片（4）；所述窗框架（6）的顶部和底部分别水平设置一圆弧板状结构的集风盖（5），所述集风盖（5）位于轻质叶片（4）可开启的一侧；?在每个叶片轴（3）的顶部设置一扭力弹簧（7），扭力弹簧（7）的一端固定在叶片轴（3）上，扭力弹簧（7）的另一端固定在对应的横梁（2）上，轻质叶片（4）只在扭力弹簧（7）的扭力作用下时轻质叶片（4）关闭在对应的窗框架（6）上。

【技术特征摘要】
1.带集风盖的垂直轴偏距式风力机，其特征在于:包括主轴(I)、横梁(2)、集风盖(5)、叶片轴(3)和轻质叶片(4); 所述主轴(I)竖直安装在塔架上，可自由旋转； 所述横梁(2)为3-6根等长，呈水平辐射状对称固定于主轴(I)上端，在每根横梁(2)的下侧并靠近外端竖直固定安装一窗框架(6)，所述窗框架(6)上竖直设置叶片轴(3)，所述叶片轴(3)与窗框架(6)转动配合，每个叶片轴(3)上竖直固定设置一可相对对应窗框架(6)可开启或关闭的轻质叶片(4)； 所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷绍兰，古亮，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：