[发明专利]一种用于垂直轴风力涡轮机的转子

说明书

本发明描述了一种用于垂直轴风力涡轮机的转子，包括：彼此连接并且布置为绕轴线10旋转的第一叶片6a和第二叶片6b；其中，第一叶片6a和第二叶片6b相对于彼此间隔180°设置并且在径向上偏离轴线10；其中，每个叶片6a和叶片6b的内边缘14和内边缘14'与相对的叶片6a和叶片6b的外边缘12和外边缘12'径向向内隔开，以形成沿相反方向开设的、沿直径相对的一对开口26a和26b；其中，第一叶片6a和第二叶片6b中的每一个包括第一弯曲部分20和第二相对弯曲部分22，第一弯曲部分20和第二弯曲部分22通过拐点24隔开；并且其中，第一叶片6a和第二叶片6b的第一弯曲部分20和第二弯曲部分22彼此重叠，以在第一叶片6a和第二叶片6b之间形成在开口26a和26b之间延伸的通路28。

技术领域

本发明涉及到一种用于垂直轴风力涡轮机的转子。

背景技术

相比于水平轴风力涡轮机(Horizontal Axis Wind Turbines，HAWTs)，垂直轴风力涡轮机(Vertical Axis Wind Turbines，VAWTs)具有许多固有的优势。事实上，这些优势包括：垂直轴风力涡轮机可以有效地从任何水平方向进风，而不必面向进风。它们还能够驱动具有固定旋转轴的发电机，这意味着这种发电机不必构造成承受偏航力(与水平轴风力涡轮机一样)，并且发电机可以更方便地被定位而进行维修(例如安装在地面上，由直接安装在发电机上方的垂直轴风力涡轮机驱动)。

然而，垂直轴风力涡轮机的总体效率通常低于水平轴风力涡轮机，这意味着对于给定的扫掠区域，垂直轴风力涡轮机通常比水平轴风力涡轮机将更少的风能转换为机械能或电能。

为了改善这种转换效率，已经提出了许多不同的转子设计和叶片形状，以用于垂直轴风力涡轮机。典型的“高效”叶片形状基本上是翼型，依靠风在快速旋转的叶片上扫掠而产生的升力，从而从风中获取能量。这种涡轮机的示例是达雷乌斯(Darreius)涡轮机或戈洛夫(Gorlov)涡轮机。然而，这些设计的构造成本相对较高，并且通常不是“自启动”的，因此需要外部装置(例如电动机)来启动旋转，直到叶片达到“提升模式”为止。由于它们的高旋转速率，这种叶片在使用中还经受高疲劳力，导致叶片过早失效。

还存在另一系列的垂直轴风力涡轮机的叶片设计，其通常由两个或三个叶片壳或“斗(buckets)”组成，叶片的横截面通常为半圆形，并且叶片由片状材料制成。这种叶片通常以原始发明者西格德·约翰内斯·萨沃纽斯(Sigurd Johannes Savonius)命名(例如参见申请号为1,697,574的美国专利)，称为萨沃纽斯型叶片。通过叶片上的升力和曳力的组合，从风力中提取能量。萨沃纽斯型和相关的垂直轴风力涡轮机的最大效率往往比纯翼型叶片低，但通常可以从任何方向通过风力自动启动(因此不需要外部启动器)，并且更简单，构造更便宜，而且与Darreius型或类似的垂直轴风力涡轮机相比，在强风中更坚固。图1A(申请号为5,494,407的美国专利)示出了由阿尔文·贝尼什(Alvin Benesh)设计的转子，该转子具有此类涡轮机的最高效率之一。该转子为两叶设计，包括特征性的平坦且侧面平行的中央部分。尽管易于制造并且相对高效，但是这种叶片的缺点是，当叶片在风中转动时，扁平部分看起来非常明显(特别是如果叶片材料甚至具有轻微反射性)，使得使用此类涡轮时视觉“闪烁”非常明显。此外，平坦且侧面平行的中央部分更容易在强风中弯曲，从而限制了设计的坚固性。包括诸如图1B(从申请号为4,715,776的美国专利中获得的)中所示的弯曲部分的已知设计可以克服上述限制，但是其效率较低。

发明内容

因此，为了解决上述一些或全部问题，期望提供一种用于垂直轴风力涡轮机的转子。