[发明专利]一种垂直轴风力发电机叶片及叶轮

说明书

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种可微风启动、运行稳定、无噪声的垂直轴风力发电机的叶片及叶轮。 

背景技术

风力发电机可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。研究表明，与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有以下优越性：结构简单，风能利用率高，安装与维护方便，噪音低。但这种机型也存在启动力矩大，低风速启动困难，运行稳定性差的缺陷。公开号为CN1916397A的发明专利提出了一种垂直轴风力发电机的小翼装置解决上述问题，该专利公开的小翼装置采用薄片状的结构，装置结构简单，在叶轮旋转时可一定程度地缓解由于旋涡气流损失而使风能利用率降低的问题。但该小翼装置的横截面为非翼型结构，空气流相对流过小翼装置时对叶片不会产生升力作用；小翼装置非流线型的结构外形也加剧了叶轮旋转时与空气流的磨擦和切割作用，使风力发电机的运行噪声增大。 

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种能微风启动，运行稳定性好，无噪音且结构简单的垂直轴风力发电机叶片及叶轮。

为了达到上述目的，本发明的垂直轴风力发电机的叶片由主翼和辅翼构成，叶片横截面采用机翼流线型横截面外形，叶片外形为上下对称配置，见图1，图4，图5。

如图6所示，主翼为叶片的中间直线段部分，是构成叶片的主要部分；辅翼是指叶片主翼辅助增加的弯曲段，包括上、下辅翼，辅翼向轮轴侧弯曲，与主翼连接成一体构成叶片；轮轴是指垂直轴风力发电机的铅垂回转轴。

如图5所示，主翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹为一平行于轮轴中心线的直线段；上、下辅翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹为一段圆弧和与此段圆弧靠近轮轴侧端点连接的一段直线，圆弧段与直线段相切，圆弧段的圆心角为α，15⁰≤α≤75⁰；上、下辅翼段横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹圆弧的另一端点分别与主翼段横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹的直线段的上、下端点连接，直线段与圆弧段相切；上、下辅翼段横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹所在的平面与轮轴中心线共面。

如图4所示，主翼和上、下辅翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点分别分布于圆心在轮轴中心线上的一系列水平截面圆的圆周上。

为了达到上述目的，本发明的垂直轴风力发电机叶轮，包括轮轴和复数个叶片，叶片通过支持臂与轮轴固定连接，叶片横截面机翼的流线型横截面外形，叶片外形为上下对称。

如图6所示，轮轴为垂直轴风力发电机的铅垂回转轴；叶片包括主翼和辅翼，辅翼分为上、下辅翼，上、下辅翼与主翼连接成一体构成叶片；支持臂是指叶片与轮轴的固定连接件。

如图5，图6所示，主翼是指叶片的中间直线段部分，是构成叶片的主要部分；辅翼是指叶片主翼辅助增加的弯曲段，上、下辅翼向轮轴侧弯曲与主翼连接成一体；主翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹为一段平行于轮轴中心线的直线；辅翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹为一段圆弧和与此段圆弧靠近轮轴侧端点连接的一段直线，圆弧段与直线段相切，圆弧段的圆心角为α，15⁰≤α≤75⁰；上、下辅翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹圆弧段的另一端点分别与主翼段横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹的直线段的上、下端点连接，直线段与圆弧段相切；上、下辅翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点轨迹所在的平面与轮轴中心线共面。

如图4所示，主翼和上、下辅翼横截面前缘点与后缘点间连接弦的中点分别分布于圆心在轮轴中心线上的一系列水平截面圆的圆周上。

上述结构的垂直轴风力发电机叶片以及采用上述结构的垂直轴风力发电机叶片制成的叶轮，叶片的上、下辅翼向轮轴侧弯曲延长，如图1，图5所示。此构形设置能避免叶轮旋转时由于叶片逆风面和顺风面存在的压力差而产生旋涡气流，解决因旋涡气流损失使风能利用率降低的问题。