[实用新型]立轴钩型翼升阻兼容风力机

说明书

技术领域

立轴钩型翼升阻兼容风力机属于风力发电技术，以升力与阻力兼容翼型采取覆叠式褶插安装结构，组成可自启动的立轴式升阻兼容风力机械系统。 

背景技术

水平轴风力机与立轴风力机相比存在显见的缺点，因叶片联轴根部长期蠕变强度逐渐下降需定期更换或遇狂风易折、发电机高位安装维修不便安装维护成本高、不能组塔运行单位面积风能利用率低以及噪音和危害鸟类的环境影响等诸方面因素，必须发展立轴风力机。陆地和近海能形成规范性风场发展组网运行风电场的区域较少。在升力型立轴风力机对湍流、摆风、斜侧风、上下迎风以及大气剪流适应能力较强的固有特性基础上，针对为数众多的沟、峰、塘、泡乱风流区域和近海湍流急湍流区域，开发不组网的离网型立轴风力机发电系统，对扩大风能利用规划区域，迅速提高风力发电规模，具有重要意义。 

而现有立轴风力机，也存在固有的潜在技术缺陷，表现在三个方面。第一，萨渥纽斯型和涡轮型阻力翼风力机，可以实现自启动、转矩大，但转速低，用于发电效率低。第二，达里厄型和直线型升力翼风力机，在相对风速作用下产生几乎圆周转矩，可实现高转速运行，用于发电效率高，但不能实现自启动，H型直线翼还存在单支点连接部位易蠕变折断的技术缺陷。第三，升阻混合翼及变桨矩风力机，可实现自启动，但机构多、技术复杂，制造难度大，生产成本高，使用中维修概率高，不便于边远少地区及近海区域发展离网型风力发电系统。而且，现有立轴风力机系统，不宜竖向组塔或竖向组塔技术难度大，单位面积风能利用系数低。 

发明内容

立轴钩型翼升阻兼容风力机的技术关键，在于提出的升力阻力兼容型钩型翼设计，是以特定安装型式使翼片组成高效吸收风能的叶轮结构。为了实现在陆地沟、峰、塘、泡乱风流区域和近海湍流急湍流区域组建离网发电系统的目的，本实用新型重点解决了如下问题： 

一、钩型翼弯兜部位迎风以阻力差方式吸收风能在2～3m/s低风速下自启动，弯兜外表面迎风产生升力使风轮加速稳定工作在较高转速范围，满足发电要求，遇过高风速时弯兜产生负力矩主动限速制动避免超速损坏风轮； 

二、翼壳以双侧轮毂盘固定强度高，抵御离心弯矩、蠕变特性好于其它固定方式，可以长期工作，不需定期更换； 

三、弯制翼壳强度高，抗风振，气动特性符合力学规范，立轴钩型翼升阻兼容风力机能在湍流、摆风、斜侧风、上下迎风等具有大气剪流作用的复杂风场环境中自然启动、稳定工作，可发展塔式结构，竖向取能； 

四、结构简单，无附加机构，避免经常维护，降低制造成本。 

技术方案 

本实用新型设计了立轴钩型翼升阻兼容风力机，包括钩型翼叶片、上下轮毂盘、立轴和立轴支座法兰等，以立轴固定上下轮毂盘与立轴支座法兰，钩型翼叶片环轮毂盘一周等分安装在轮毂盘上的褶插式覆叠线上，翼片叶尖部与轮毂盘等分点重合，翼片前缘部落在由边缘指向轮毂盘中部的覆叠线范围，安装角即弦线与覆叠线之间的夹角可在∠45°～-45°之间选择，开口侧型面背向叶轮旋转方向，结果为立轴钩型翼升阻兼容风力机。钩型翼叶片弯兜部位以升力和阻力兼容方式吸收风能向轮毂盘传递环向力矩，轮毂盘与立轴呈紧固安装型式向立轴传递翼片环向力矩而形成的扭矩，立轴的扭矩由立轴支承座法兰传递给与之连接的发电机，风能由风力机和发电机组成的风力机械系统转变成电力输送到用电设备，完成风电转换过程。 

钩型翼型状，在美国NACA零弯度对称翼壳面开口后形成，开口的方式以取消翼壳一侧从叶尖部至翼型面中线的部分，通向翼壳两端，形成翼壳剖面呈钓钩形状的新翼型；钩型翼在轮毂盘上呈对称布局，由3～12个钩型翼叶片为一组竖直安装在一对轮毂盘中间，形成一个安装层，小型风力机仅需安装一个单层，中大型风力机则可安装多层，以提高风能利用系数，外层半径R与该层翼弦长L之比超过3.5时，在外层钩型翼叶片围成的里层区域，布置里层钩型翼叶片。 

钩型翼以金属板材进行加工制作，按气动力稳定性和强度要求，以强度适宜的低碳钢板、铝板、不锈钢板等金属单层板直接折板弯制，涂覆普通涂料用于陆地离网风力发电，涂覆防盐雾涂料，可用于海上建造中大型风力发电系统，大型风力机则在钩型翼内表面用加强筋予以结构强化措施。