專利名稱：：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤指一種能提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性和效率的小翼裝置。-
背景技術(shù)：
：為了更好的利用風(fēng)能，長(zhǎng)期以來(lái)，人們?cè)O(shè)計(jì)了多種結(jié)構(gòu)形式的風(fēng)力發(fā)電裝置，依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸在空間方向位置的不同，劃分為水平方向的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直方向的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論，如圖1所示，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，葉片處于不同位置時(shí)，將葉片分為迎風(fēng)方向的逆風(fēng)面和順風(fēng)方向的順風(fēng)面，由于逆風(fēng)面和順風(fēng)面此葉片兩面的風(fēng)速不同，該兩面產(chǎn)生壓力差，一面壓力高、另一面壓力低。壓力較高一面的氣流將越過(guò)葉片上、下二端向壓力低的另一面流動(dòng)，形成旋渦氣流，該旋渦氣流不僅增加了葉片運(yùn)動(dòng)的阻力，而且造成葉片上、下端部處兩面的壓力差減小，從而產(chǎn)生壓力損失，而壓力差是風(fēng)輪獲得轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的來(lái)源，上述壓力損失的結(jié)果將造成風(fēng)輪的扭矩減小，降低了風(fēng)能利用率。通常固定葉片轉(zhuǎn)角的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接方式是通過(guò)葉片支架和葉片的上、下端部連接(如圖2，以下簡(jiǎn)稱連接方式A)或者通過(guò)葉片支架在葉片的中間部位連接(如圖3，以下簡(jiǎn)稱連接方式B)兩種方式。如圖3所示，采用連接方式B，雖然可以降低垂直軸的高度，提高垂直軸風(fēng)輪的穩(wěn)定性，減小風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)的搖擺，但對(duì)于連接方式B的在葉片中間部位連接的風(fēng)輪，其葉片上、下端部處兩面的壓力差的減小，與連接方式A相比，產(chǎn)生更多的壓力損失，而壓力損失的結(jié)果將造成風(fēng)輪的扭矩減小，其風(fēng)能利用率比連接方式A的低；而連接方式A雖然可以獲得較高的風(fēng)能利用率，但垂直軸的高度卻較高，風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就比較容易產(chǎn)生搖擺，其搖擺頻率等于轉(zhuǎn)速乘以葉片數(shù)量，因此在不同的風(fēng)速下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速的變化而變化，容易產(chǎn)生共振，不僅增加能量損耗而且易損壞風(fēng)輪。如圖4所示，另一種采用類似連接方式A的葉片與葉片支架的連接方式，以下簡(jiǎn)稱連接方式C。其葉片支架不同于連接方式A和B所采用的水平連接，而是采用斜向的連接方式，雖然其可以降低垂直軸的高度，提高垂直軸風(fēng)輪的穩(wěn)定性，減小風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)的搖擺，也可以獲得較高的風(fēng)能利用率，但在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)于大型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，斜向連接的方式對(duì)材料的要求相當(dāng)高，制造成本相當(dāng)高，所要求的材料在較高風(fēng)速的情況下，需要有足夠的剛性和一定的彈性，否則會(huì)造成支架因受力過(guò)大變形等等危險(xiǎn)。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論，在航空業(yè)中有一種被稱為翼梢小翼的裝置，可以阻止葉片上、下端部氣流從高壓力面向低壓力面的流動(dòng)，減小壓力損失，并使渦流減弱，從而減小阻力的作用。中國(guó)專利公開號(hào)CN1563707A，公開了一種名稱是帶有葉尖小翼的水平軸風(fēng)力機(jī)。對(duì)于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片迎風(fēng)面和背風(fēng)面存在壓力差，會(huì)產(chǎn)生葉尖渦。由于這個(gè)壓力差不變化，因此小翼只需要向一個(gè)方向延伸，就能破壞和削弱葉尖渦，降低其引起的誘導(dǎo)阻力，從而提高效率。但對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于葉片前后的壓力差隨著葉片在風(fēng)輪的不同位置時(shí)，該壓力差是在不斷變化的，因此為了保持壓力差的穩(wěn)定，安裝在葉片二端的小翼位置必須兼顧穩(wěn)定性。此外，對(duì)于上述公開號(hào)CN1563707A中水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼，小翼的前緣位于葉尖葉片最大厚度的后方，也就是說(shuō)小翼只覆蓋了葉尖翼型截面的后半部分，因此起的作用只是破壞和削弱葉尖渦，而不能滿足垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須兼顧穩(wěn)定性的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要求克服的技術(shù)問(wèn)題是，既可以滿足連接方式B提高垂直軸風(fēng)輪的穩(wěn)定性，同時(shí)又可以滿足連接方式A保持風(fēng)能較高的利用率的要求，同時(shí)又能免除連接方式C對(duì)于葉片支架材料力學(xué)性能的嚴(yán)格限制要求，而以簡(jiǎn)單獨(dú)特的設(shè)計(jì)，低成本的方式，達(dá)到上述要求。此外，解決水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中必須兼顧的穩(wěn)定性問(wèn)題。本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，是以復(fù)數(shù)個(gè)一端連接垂直軸1的上、下葉片支架21、22構(gòu)成的葉片支架2，上、下葉片支架21、22另一端連接葉片3，所述葉片支架2與葉片3的中間部位31、32連接，在所述葉片3的上、下端部33、34設(shè)有朝向垂直軸1方向延伸的翼梢小翼4，其特點(diǎn)是在水平截面上，翼梢小翼4的內(nèi)側(cè)輪廓42至葉片內(nèi)緣的距離與翼梢小翼4的外側(cè)輪廓41至葉片外緣的距離比值范圍是10/07/3，所述翼梢小翼4將葉片葉尖翼型截面全部覆蓋。上述翼梢小翼4是薄片狀或帶彎度的非對(duì)稱翼型。上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44對(duì)稱并分別與葉片垂直。上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44對(duì)稱上、下小翼43、44末端的延長(zhǎng)線向垂直軸1方向相交。上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44對(duì)稱，并向葉片支架2方向略帶弧度彎曲。上述翼梢小翼4的外側(cè)輪廓41與葉片3形狀相同，可減小氣動(dòng)阻力。上述翼梢小翼4的內(nèi)側(cè)輪廓42朝向垂直軸1一面為突出部。上述翼梢小翼4的內(nèi)側(cè)輪廓42朝向垂直軸1一面的突出部是橢圓形。本發(fā)明將在下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式進(jìn)行描述。圖1是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪產(chǎn)生壓氣損失的原理示意圖2是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接方式A結(jié)構(gòu)示意圖3是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接方式B結(jié)構(gòu)示意圖4是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接方式C結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明小翼裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明小翼裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明小翼裝置的又一結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明小翼裝置的安裝示意圖。圖9是本發(fā)明小翼裝置的又一安裝示意圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l通過(guò)下面給出的本發(fā)明的具體實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明，但它們不是對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，以本發(fā)明人申請(qǐng)的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610028267.7的發(fā)明
專利名稱：是《垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片與風(fēng)輪的安裝方法》安裝葉片與風(fēng)輪。即，本發(fā)明垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括垂直軸1、連接垂直軸1的上、下葉片支架21、22和復(fù)數(shù)個(gè)安裝于葉片支架2(由上、下葉片支架21、22構(gòu)成)上組成的風(fēng)輪，葉片3通過(guò)上、下葉片支架21、22和法蘭連接在軸套上，所述葉片3的翼型是帶彎度的非對(duì)稱翼型，葉片的凸表面31面向垂直軸1安裝。所述的葉片支架2與葉片3的中間部位31、32連接，在所述葉片3的上、下端部33、34設(shè)有朝向垂直軸1方向延伸的薄片狀翼梢小翼4。該翼梢小翼4的上、下小翼43、44對(duì)稱并分別與葉片垂直。該翼梢小翼4的外側(cè)輪廓41略微伸出葉片外部并與葉片3的外部形狀相同，可減小氣動(dòng)阻力。該翼梢小翼4的內(nèi)側(cè)輪廓42朝向垂直軸l一面為突出部。該突出部是橢圓形。實(shí)施例2翼梢小翼4的形狀為帶彎度的非對(duì)稱翼型，其余與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖6所示，本發(fā)明小翼裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖。翼梢小翼4的上、下小翼43、44對(duì)稱，上、下小翼43、44末端的延長(zhǎng)線向垂直軸1方向相交。其余與實(shí)施例l相同。實(shí)施例4本發(fā)明通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)小翼的形狀，安裝方向進(jìn)行研究，如圖7所示，本發(fā)明小翼裝置的又一結(jié)構(gòu)示意圖。翼梢小翼4的上、下小翼43、44對(duì)稱，并向葉片支架2方向略帶弧度彎曲。其余與實(shí)施例l相同。以實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)形式，分別選取徑弦比2.8和3采集以下數(shù)據(jù)。下表l、2即是在風(fēng)速相同的情況下，以徑弦比分別是2.8和3，葉片支架分別在連接方式A、連接方式B和連接方式C時(shí)，與本發(fā)明裝置連接方式的風(fēng)輪效率對(duì)比。表1(徑弦比2.8)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2(徑弦比3)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從上表中可以看出，采用本發(fā)明的小翼裝置，不僅可以明顯提高風(fēng)能利用率，達(dá)到連接方式A的效率，而且又可以降低垂直軸的高度，減小風(fēng)輪的擺動(dòng)，同時(shí)具備連接方式B的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例5本發(fā)明通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)小翼的形狀，安裝位置和方向進(jìn)行研究，如圖8，9所示，在水平截面上，設(shè)定翼梢小翼4的內(nèi)側(cè)輪廓42至葉片內(nèi)緣的距離為A，設(shè)定翼梢小翼4的外側(cè)輪廓41至葉片外緣的距離為B。在改變小翼的安裝位置和方向，即改變A/B的比值后，風(fēng)能利用率有明顯的變化。下表是當(dāng)風(fēng)輪直徑1.38米，風(fēng)輪高度1米，選用Goe63葉片時(shí)，不同A/B比值條件下的風(fēng)能利用率變化情況-A<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由此可見，A/B比值在10/07/3的范圍是合適的。本發(fā)明的小翼裝置是以翼梢小翼4將葉片葉尖翼型截面全部覆蓋，起的作用是保持葉片前后的壓力差，減小葉片前后的壓力損失，從而增加風(fēng)能利用率，這與公開號(hào)CN1563707A中水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼原理本質(zhì)上不一樣的，達(dá)到了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置兼顧穩(wěn)定性的要求。盡管對(duì)本發(fā)明已經(jīng)作了詳細(xì)的說(shuō)明并引證了一些具體實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，只要不離開本發(fā)明人的設(shè)計(jì)思路和范圍也可作各種變化和修正是顯然的。權(quán)利要求1、一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，是以復(fù)數(shù)個(gè)一端連接垂直軸(1)的上、下葉片支架(21)、(22)構(gòu)成的葉片支架(2)，上、下葉片支架(21)、(22)另一端連接葉片(3)，所述葉片支架(2)與葉片(3)的中間部位(31)、(32)連接，在所述葉片(3)的上、下端部(33)、(34)設(shè)有朝向垂直軸(1)方向延伸的翼梢小翼(4)，其特征在于，在水平截面上，翼梢小翼(4)的內(nèi)側(cè)輪廓(42)至葉片內(nèi)緣的距離與翼梢小翼(4)的外側(cè)輪廓(41)至葉片外緣的距離比值范圍是10/0～7/3；所述翼梢小翼4將葉片葉尖翼型截面全部覆蓋。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)是薄片狀或帶彎度的非對(duì)稱翼型。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的上、下小翼(43)、(44)對(duì)稱并分別與葉片垂直。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的上、下小翼(43)、(44)對(duì)稱，上、下小翼(43)、(44)末端的延長(zhǎng)線向垂直軸1方向相交。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的上、下小翼(43)、(44)對(duì)稱，并向葉片支架(2)方向略帶弧度彎曲。6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的外側(cè)輪廓(41)與葉片(3)形狀相同。7、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的內(nèi)側(cè)輪廓(42)朝向垂直軸(1)一面為突出部。8、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的內(nèi)側(cè)輪廓(42)朝向垂直軸(1)一面的突出部是橢圓形。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的小翼裝置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的輪廓內(nèi)側(cè)(42)朝向垂直軸(1)一面的突出部是橢圓形。全文摘要本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤指一種能提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性和效率的小翼裝置。本發(fā)明是以復(fù)數(shù)個(gè)一端連接垂直軸的上、下葉片支架構(gòu)成的葉片支架，上、下葉片支架另一端連接葉片，所述葉片支架與葉片的中間部位連接，在所述葉片的上、下端部設(shè)有朝向垂直軸方向延伸的翼梢小翼，在水平截面上，翼梢小翼的內(nèi)側(cè)輪廓至葉片內(nèi)緣的距離與翼梢小翼的外側(cè)輪廓至葉片外緣的距離比值范圍是10/0～7/3，翼梢小翼將葉片葉尖翼型截面全部覆蓋。本發(fā)明裝置既可滿足垂直軸風(fēng)輪的穩(wěn)定性，同時(shí)又可滿足風(fēng)能較高的利用率的要求。文檔編號(hào)F03D3/06GK101100973SQ200710140530公開日2008年1月9日申請(qǐng)日期2007年8月9日優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日發(fā)明者強(qiáng)嚴(yán)申請(qǐng)人:強(qiáng)嚴(yán)