[发明专利]基于等离子体流动控制的垂直轴风力机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种垂直轴风力发电机，属于垂直轴风力发电机技术领域。

背景技术

随着经济的飞速发展，人类对于能源的需求逐年上升。而目前我国主要使用的依旧是传统的化石能源，化石能源的利用所带来的环境问题也越来越严重，同时化石能源也在不断减少。因此，清洁的可再生能源则成为我国日后发展的关键。

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，世界上许多国家对风能的开发和利用采取了激励机制，以减缓本国的环境污染问题。在我国，风能是我国能源战略中的关键一环，风能的发展有利于解决我国的环境污染问题。我国的风能资源十分丰富，在内蒙古、甘肃以及东北三省等省份都存在的丰富的风能资源，其可开发利用的风能储量约为２亿ＫＷ，这些地区地形平坦、交通便利，有利于大规模开发风电场。我国也早在上个世纪就开始使用风能，近年来我国的风电产业发展势头也特别强劲，装机容量已超过美国。目前所使用的风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。在风电场中，风力机则是将风能转化为电能的重要装置。风力机主要分为水平轴和垂直轴风力机，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机对来流方向没有要求，不需要任何的导流装置；它结构简单、易于安装；小型垂直轴风力发电机还适用于多建筑地区，能够有效利用建筑风能，减少一次能源的消耗；同时，其最大的一个优点是与水平轴风力发电机的成本相比，垂直轴风力发电机的成本普遍较低。然而，由流体力学边界层知识所知，气体流过固体表面都会发生边界层分离，这样不利于气体和固体表面的相互作用，导致垂直轴风力发电机的自动启动性能下降，同时其输出功率也随之降低。

针对上诉垂直轴风力发电机的缺点，本发明人受到流体力学边界层知识的启发，基于流体力学中对如何改善边界层分离的知识对垂直轴风力发电机翼型叶片进行改进创新，在其叶片上表面尾部加装等离子体以削弱其尾部边界层分离效应。叶片和等离子体共同作用能有效提高垂直轴风力发电机的自动启动性能与输出功率。

发明内容

本发明为了克服上述所存在的缺点，提供一种基于等离子体流动控制的垂直轴风力机，从垂直轴风力发电机叶片结构入手，考虑现代空气动力学理论和流体力学边界层知识，采用在叶片上表面的尾部加装等离子体，利用尾部的等离子体所产生的空气动力学效应来提高垂直轴风力发电机性能。

本发明的技术方案是：一种基于等离子体流动控制的垂直轴风力机，包括叶片、叶轮转轴、底座、叶轮转臂，所述叶片上表面的尾部加装等离子体，利用叶片尾部的等离子体所产生的空气动力学效应来提高垂直轴风力发电机性能。

所述等离子体的厚度与叶片尾部的厚度相等。

所述等离子体位置为叶片后缘到距离后缘的1/4到1/3距离处。

所述叶片通过叶轮转臂连接叶轮转轴，叶轮转轴安装在底座上。

本发明的有益效果是：

本发明的将等离子体流动控制应用到垂直轴风力机上，不仅保证了垂直轴风力机结构简单、易于安装维护等优点，同时又改善了垂直轴风力机自动启动性能的不足，提高了风力机的功率输出。

附图说明

图1 为本发明的基于等离子体流动控制的垂直轴风力机结构立体示意图；

图2为本发明的基于等离子体流动控制的垂直轴风力机结构俯视示意图。

具体实施方式

下面以NACA0015翼型为原型进行改进后的叶片（等离子的厚度与叶片尾部的厚度相等，等离子体的位置为叶片后缘到距离后缘的1/4到1/3距离处）为例结合附图对本发明做更详细的描述：

如图1，2所示，本发明的基于等离子体流动控制的垂直轴风力机，包括叶片1、等离子体2、叶轮转轴3、底座4、叶轮转臂5。叶片1上表面的尾部加装等离子体2，利用叶片1尾部的等离子体2所产生的空气动力学效应来提高垂直轴风力发电机性能。叶片1通过叶轮转臂5连接叶轮转轴3，叶轮转轴3安装在底座4上。

本发明的基于等离子体流动控制的垂直轴风力发电机，其翼型的叶片是由传统NACA系列翼型改进获得，在尾部加装等离子体重新组装成新式翼型，等离子体的位置可以改变，合适的位置有利于改善叶片表面的流动特性，从而使风力机输出功率得到明显的增大，位置过大或是过小，其静态扭矩会有所减小，相对自动启动性能也越差。但是，相比于传统翼型垂直轴风力发电机，自动启动性能还是有较大的提升。

当风吹向此风力机叶片时，由于叶片上表面后方添加等离子体，使得叶片的表面的气体沿着表面流到尾部时发生了很大的变化，使叶片表面的气体边界层在叶片尾部不发生边界层分离，这样能够增加风力机的静态扭矩，从而能够很大程度上提升风力机的功率输出；与此同时也给风力机带来自动启动加速的功能。