[发明专利]一种可调叶片攻角式垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及垂直轴风力机，更具体地说，涉及一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，可适用于风力发电及其他动力需求。

背景技术

当前广泛使用的风力发电机等风能机械绝大多数为水平轴式结构，具有技术成熟、结构简单和效率较高等优点，成为现阶段商业运行的主要机型。但水平轴风能机械存在叶尖速高、噪音较大的缺点，不宜安装在人口较多区域；发电机和塔架处在叶片扫描区域中，造成截风面损失；叶片运动方向与风向垂直，叶片转一周只能一次性截留风能等不足。

而垂直轴的风能机械从理论上虽然可以克服以上不足，但却存在风能利用率不高、结构较复杂和技术不成熟等问题。从结构上分析，大部分属于阻力型叶片结构，尖速比小于1，故效率较低；虽然之后出现了一些升力型的垂直轴风力机械，但与阻力型风机一样，它们的叶片都是固定安装在支撑架上。运转中叶片与风的攻角不断变化，在一个运转圆周内仅有约1/3圆周产生驱动力矩，另有约1/3圆周产生阻力力矩，还有约1/3圆周是过度阶段，不产生任何力矩。以上这些不足是影响垂直轴风力机械效率的重要因素。

于是，出现了较多在运转中可以改变叶片攻角的垂直轴风力机的设计，但皆因攻角调整范围较小，不能任意角度转动叶片；有的还需配凸轮连杆、齿轮、电机等复杂调节机构，因生产困难、维护麻烦和运行成本高等因素未能投入使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可控制叶片迎风攻角的垂直轴风力机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，包括输出轴、与所述输出轴固定连接带动所述输出轴转动的支撑架、通过转轴转动安装在所述支撑架上并推动所述支撑架带动所述输出轴转动的叶片、调整所述叶片攻角的调攻角装置、以及带动所述调攻角装置转动对风的对风装置；

所述调攻角装置包括安装在所述对风装置上的扁圆形调攻角凹槽、以及调攻角曲柄；所述调攻角曲柄的一端与所述叶片的转轴连接，另一端滑动设置在所述调攻角凹槽内；所述调攻角曲柄的一端在所述调攻角凹槽内滑动时，另一端带动所述转轴转动调整所述叶片的攻角。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述对风装置包括可转动设置在所述输出轴外围的转盘、以及带动所述转盘转动的对风机构；所述调攻角凹槽安装在所述转盘上。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述对风机构为对风尾舵；所述叶片为升力型叶片；所述叶片的圆头型的前缘在运转中保持在上风位置。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述调攻角凹槽为可调扁圆度凹槽；所述调攻角装置还包括调整所述调攻角凹槽扁圆度的驱动调节机构。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述调攻角凹槽包括围成扁圆的至少两端弧形凹槽；所述凹槽之间设有伸缩缝，并且至少其中一段所述弧形凹槽上设有所述驱动调节机构，所述驱动调节机构驱动所述弧形凹槽所述转盘上滑动来改变所述伸缩缝的大小。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述驱动调节机构包括与调攻角凹槽固定连接的螺母、与所述螺母啮合的螺杆、以及带动所述螺杆转动的调节电机；或者，

所述驱动调节机构包括分别设置在两段弧形凹槽上、并位于所述伸缩缝两侧的螺母挡板，与所述螺母挡板啮合传动的螺杆，以及驱动所述螺杆的调节电机；所述螺杆上设有两段螺旋方向相反的螺纹段，并且所述螺母挡板开设有与螺旋方向相反的螺纹孔。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述调攻角凹槽为可在所述转盘上滑动的半刚性调攻角凹槽；所述驱动调节机构包括与调攻角凹槽固定连接的螺母、与所述螺母啮合的螺杆、以及带动所述螺杆转动的调节电机。

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述转盘为锥形转盘，所述调攻角凹槽设置在所述锥形转盘的侧面上；

所述支撑架至少包括与所述锥形转盘的侧面平行的下支撑架；所述叶片的轴线与所述下支撑架相垂直设置；

所述叶片的转轴下端还刚性连接有与所述叶片弦线平行的导角副柄；

在所述转盘上、位于调攻角凹槽一侧设置与所述导角副柄滑动配合的导角滑块

在本发明的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，支撑架还包括与所述下支撑架相对设置的上支撑架；

所述叶片的上部可转动与所述上支撑架连接；或者，所述上支撑架的上部还设有辅助叶片，所述辅助叶片的上部通过环形支架连接；所述辅助叶片的下部与所述叶片的上部之间通过万向节连接。