[发明专利]立轴风力机风轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种立轴风力机的风轮，属于风能利用装置技术领域。

背景技术

风力机可将风能转换为机械能或电能，具有广阔的应用前景，风轮作为风力机的核心部件，对能量转换效率的高低具有重要的影响。现有的立轴风力机的风轮，按照风对风轮的推动方式分为升力型与阻力型两种。

升力型立轴风力机风轮的叶片类似于飞机的机翼，利用气流流过时，叶片象机翼一样产生的升力，推动风轮转动，如已公开的发明(CN85201691)的风力机风轮叶片即为升力型，此类型风轮优点是结构简单，弱点是起动风速要求较高。

阻力型立轴风力机风轮的叶片是横挡在气流的通道上，利用气流吹向叶片时，在叶片前后较大的压强差形成推力，推动风轮转动，如已公开的发明(CN85108096A、CN1450263A、CN1474050A、CN2505613Y)的风轮叶片即为阻力型，此类型风轮优点是起动风速要求较低，弱点是风能利用效率相对较低。

近来也有一种阻力、升力复合型风动力装置，如已公开的发明(CN200510044144.8)是利用薄板制成的固定于风轮上的机翼型叶片所形成的空心凹腔阻风，产生推力推动风轮转动，其风能利用率仍然欠佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多种方式利用风能，对起动风速要求较低，风能利用效率较高的立轴风力机风轮。

本发明的技术方案是：立轴风力机风轮主要由中心轴、连接杆和不少于3片的叶片构成，叶片沿风轮中心轴圆周方向均匀排列；所述叶片为弧形曲面叶片，且弧形方向一致，叶片上设有位于弧面曲面内的弓形横向支撑和垂直轴，横向支撑与垂直轴之间形成矩形网格，网格部位设有活动风叶体和控制风叶体转动角度的限位件；改进之处是所述活动风叶体一面为流线型凸面，一面为平凹面，截面为飞机机翼型，其前缘部位与垂直轴成转动配合，风叶体处于闭合状态时，后缘指向风轮中心轴，周边与网格吻合，且风叶体的凹凸方向与弧形叶片凹凸方向一致，风叶体处于开启状态时，其中心面垂直于横向支撑两端点的连线。

进一步的方案是：所述横向支撑为3～9道，垂直轴为3～9根，相邻横向支撑与垂直轴之间的网格部位均设有活动风叶体。所述转角限位件是设在横向支撑上、位于弧形叶片凹面一侧的挡块，或者是设在垂直轴上的挡销，活动风叶体与挡销配合处有缺口，挡销位于缺口内。

本发明在已有技术的基础上，对垂直轴风力机风轮叶片结构和形状作出重要改进。

本发明中，活动风叶体可在风力作用下打开与闭合，即在弧形曲面叶片凹面一侧做不大于180°的水平转动。活动风叶体闭合时，与垂直轴、横向支撑、网格共处于弧形叶片的曲面内。当弧形曲面叶片凸面受风力作用时，活动风叶体绕其轴转动而打开。当弧面曲面叶片凹面受风力作用时，活动风叶体绕其轴转动而闭合。并且打开和闭合是一个逐渐变化的过程。

以下描述中：把活动风叶体平凹面(弧形曲面叶片凹面)受水平风力作用产生的推力称为F₁，产生的转动力矩称为M₁。

把活动风叶体凸面受水平风力作用产生的斜向风叶体前缘方向的分力称为F₂，产生的转动力矩称为M₂。

把活动风叶体凸面和平凹面同时受水平风力作用(根据空气动力原理)而产生的升力称为F₃，产生的转动力矩称为M₃。

本发明安装于立轴风力机上，其中心轴与弧形叶片垂直于地面。在水平风力作用下，当弧形曲面叶片凹面迎风时，其上的活动风叶体与网格处于吻合(闭合)状态，活动风叶体平凹面(弧形叶片凹面)受水平风力的作用产生推力F₁，产生使风轮转动的转矩M₁。随着风轮的转动，弧形曲面叶片上的活动风叶体，逐渐由闭合到打开，由于网格上限位件的作用，风叶体只能打开一定角度，又由于活动风叶体凸面的流线型形状，使其产生斜向风叶体前缘方向的分力F₂，产生使风轮转动的转矩M₂。随着风轮的继续转动，弧形曲面叶片凸面迎风，其上的活动风叶体处于开启状态，风从网格中通过，叶片不阻风，产生的阻碍风轮转动的力矩趋于零。但此时活动风叶体前缘端迎风，其凸面和平凹面同时受水平风力作用，由于其类似机翼形状，产生升力F₃，产生与M₁、M₂同方向的力矩M₃，作用于风轮的中心轴使风轮转动。