[实用新型]螺旋式垂直轴风力叶轮

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于风力发电的叶轮，尤其是指一种应用于离网型垂直轴风力发电装置的螺旋式垂直轴风力叶轮。

背景技术

作为一种能量转化装置，风力机能够从自然界中汲取风能这一可再生能源。随着世界范围内能源结构的进一步调整，风力机已成为能源工程领域研究的热点对象之一。水平轴风力机的风能转化效率较高，适合于大型风场和并网发电系统，但其尺寸较大，起动力矩较大，辅助装置多，且气动噪音大。而近年来垂直轴风力机以其使用便捷、维护部件少、移动性好等优点而在中小功率发电场合得到重视。垂直轴风力机的发电机可放在风轮下部或地面，便于安装和维护。风力叶轮是风力机的核心部件，直接决定着风能转化效率和风力机运行的稳定性。目前应用较多的垂直轴风力叶轮包含两类，一类是阻力型的，如Savonius风力叶轮(Alvin H.Benesh et al.Wind turbinewith Savonius-type rotor.U.S.Patent，No.5494407)，其优点是起动力矩大，结构简单，制造方便，缺点是风能利用效率低，在其旋转周期内，输出力矩波动较大。另一类是升力型的，如Darrieus风力叶轮(P.Deglaire，S.Engblom，O.Aren，H.Bernhoff.Analytical solutions for asingle blade in vertical axis turbine motionin two-dimensions.European Journal of Mechanics B/Fluids，2009，28：506-520)，其优点是合理利用了升力原理，风能转换效率较高，缺点是在某些对风角度下起动困难，且叶片周围的流态紊乱，易导致叶轮运转的不稳定。这两类垂直轴风力叶轮的运行原理和结构均存在着较大的差异。

对于阻力型垂直轴风力叶轮，风能转换效率是极其重要的评价指标，但起动风速、高效风速范围、运行稳定性、噪音等均是不可忽视的评价因素。目前由于实验条件的限制，以及风力机实际运行时，风速分布及风速变化的不确定性，对于阻力型垂直轴风力机的性能尚不能进行精确的评估，且阻力型垂直轴风力机的设计缺乏明晰的理论支撑。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了克服目前阻力型风力叶轮风能利用效率低，旋转周期内力矩波动大的缺点，特提供一种螺旋式垂直轴风力叶轮。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种螺旋式垂直轴风力叶轮，由具有转轴孔的轮彀和两个叶片组成，两叶片互成180度分布，以两叶片的截面与轮彀截面组成的截面为基本截面，叶轮表面则由基本截面沿螺旋线扫掠得到，螺旋角为180度，螺距为叶轮高度的2倍，螺旋中心与叶轮轴心共线。

为了进一步提高叶轮的刚度和运行的稳定性，提高运行效率，叶片的厚度由叶片根部向外缘逐渐减小，轮彀和两个叶片为一体式结构；叶轮高度与叶片基圆直径的比值为3～3.5∶1，两叶片错开间距与叶片基圆直径之比为0.15～0.2。

本实用新型的有益效果是：1.叶轮的起动性能好，自任何方向吹来的气流均可驱使叶轮转动；2.风能转换效率提高，进入叶片间螺旋通道的气流在推动叶轮旋转的同时，沿螺旋通道上升，从而气流的能量被有效截获；3.力矩的波动幅度小，运行稳定性高，在叶轮旋转周期内，由于叶片重量在周向均布，叶片外形在旋转轴外围均布，因此使得风力叶轮产生的瞬时力矩较为均匀。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图中：1.轮彀  2.叶片

具体实施方式

一种螺旋式垂直轴风力叶轮，如图1所示，其由具有转轴孔的轮彀1和两个叶片2组成，两叶片2互成180度分布，以两叶片2的截面与轮彀1截面组成的截面为基本截面，叶轮表面则由基本截面沿螺旋线扫掠得到，螺旋角为180度，螺距为叶轮高度的2倍，螺旋中心与叶轮轴心共线。

叶片2的厚度由叶片2根部向外缘逐渐减小。轮彀1和两个叶片2为一体式结构。

叶轮高度与叶片2基圆直径的比值为3～3.5∶1，两叶片2错开间距与叶片2基圆直径之比为0.15～0.2。