[实用新型]一种小型组合式垂直轴风力机

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种将风能转化为机械能的风力机装置。

背景技术

风力机是将风能转化为机械能的装置，是风力发电中最重要的部分。依据风轮轴的不同，风力机可以分为水平轴风力机和垂直轴风力机。与水平轴风力机相比，升力型垂直轴风力机（即达里厄风力机）除了风能利用率相当外，还具有结构对称、刚度好、无对风装置和对风损失、噪音低等优点。但升力型垂直轴风力机自启动能力差，需要结合自启动能力强的阻力型垂直轴风力机构成组合式风力机使用。可是阻力型垂直轴风力机本身又有叶尖速比低、风能利用率低的缺点。如何结合升力型垂直轴风力机和阻力型垂直轴风力机是发挥垂直轴风力机优势的关键。

公告号为CN101846043B的中国发明专利公开了一种混合型垂直轴风力发电机，主要包括达里厄风轮、达里厄风轮连杆、S型风轮、转轴、S型风轮自动闭合系统和发电机。该发明启动性能比较优越，运行阻力小，但系统中有可动机构，在风力机转速较高时运行可靠性下降，且可动结构的复杂性会导致成本上升。

公开号为CN101566126A的中国发明专利公开了一种升阻互补型垂直轴风轮，主要包括风轮轴、升力型叶片和螺旋形阻力型叶片。该发明的优点包括：

1）采用打蛋器形的升力型风轮，可实现巨型化；

2）螺旋形S型风轮可克服直叶片S型风轮仅在部分攻角具有启动能力的缺点，提升了启动性能；

3）阻力型风轮直径与升力型风轮赤道直径比值为1:3～7，使风轮在正常运行时，阻力型叶片和升力型叶片均有较佳的叶尖速比，两种叶片产生的正力矩均大于阻力矩，规避了阻力型叶片不能高速运转的问题。

不过，该发明同样存在以下不足：

1）打蛋器形升力型风轮，即Φ型风轮，其能克服离心力载荷的优势在小型风力发电机中并不明显；

2）失去了上述优势，使其空间利用率低，设计困难（由于叶片上每个叶素的旋转半径不同，为了提升风能利用率，要求每个叶素的翼型也不同）的缺点变得明显，使其不适用于小型风力发电机；

3）阻力型叶片扭转角度是90°～360°之间的任意值，使风轮在不同转角时，顺风凹面叶片的面积不同，叶片受到风的推力也不同，并未达到最佳的启动性能，同时正常运行时也会产生力矩波动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种运行阻力小、自启动性能好的小型组合式垂直轴风力机。

为实现上述目的，本实用新型所采用技术方案如下：

一种小型组合式垂直轴风力机，该风力机包括转轴、螺旋缠绕设置在所述转轴上的螺旋形S型风轮和分别设置在所述转轴的上中下部用于固定所述螺旋形S型风轮的三块盖板，在所述转轴的上部设置的盖板和下部设置的盖板上分别设置有一横向支撑固定座，在所述两横向支撑固定座上设置有多对相互平行的横向支撑杆，在所述两相互平行的一对横向支撑杆的末端连接有一直叶片，在所述直叶片的两端分别设置有一翼尖端板。

进一步的，所述螺旋形S型风轮包括两个叶片。

进一步的，所述直叶片的数量为3-5片。

进一步的，所述螺旋形S型风轮的旋转直径和所述直叶片的旋转直径之比值等于两者的最佳叶尖速比之比。

进一步的，所述螺旋形S型风轮的叶片为阻力型叶片，所述直叶片为升力型叶片。

进一步的，所述螺旋形S型风轮的叶片扭转角为180°的整数倍。

进一步的，所述横向支撑杆的横截面呈对称翼型，且该横向支撑杆的横截面的翼型弦线与横向支撑固定座的旋转平面之间具有一夹角。

进一步的，所述夹角大小为2～6度。

本实用新型有益效果主要包括结构简单、运行可靠、空间利用率高、风能利用系数高、运行阻力小和自启动性能好，具体体现在：

1、整个风力机为一个整体，没有可动部分，直接安装在发电机的转子轴上，结构简单，运行可靠；

2、螺旋形S型风轮的旋转直径和直叶片的旋转直径之比值等于两者的最佳叶尖速比之比，当风力机正常运行时，两种风轮的净力矩均为正值；

3、螺旋形S型风轮的叶片的扭转角为180°的整数倍，使风轮在任何角度受到风的推力相同，启动性能好，而正常运行时力矩波动也小；

4、直叶片两端各有一块翼尖端板，可以降低叶片翼尖涡的影响，提高风力机的风能利用系数；

5、横向支撑杆具有一定的翼型，且其旋转过程中具有一定的攻角α，可以大大减小正常运行过程中横向支撑产生的阻力，并产生一个升力，抵消掉部分风力机重力，从而降低运行过程中轴承的摩擦阻力。