一种具有双层叶片的垂直轴风力机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103233857A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103233857103233857A(43)申请公布日2013.08.07(21)申请号201310117773.3(22)申请日2013.04.07(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人张立勋梁迎彬焦启飞王晓宇(51)Int.Cl.F03D3/06(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图5页附图5页(54)发明名称一种具有双层叶片的垂直轴风力机(57)摘要本发明提供了一种具有双层叶片的垂直轴风力机，采用变桨距齿轮机构以及优化的定桨距叶片和变桨距叶片的弦径比。其中，定桨距叶片安装在风轮支撑臂外端，变桨距叶片安装在风轮支撑臂内侧。变桨距齿轮机构由固定齿轮、惰轮、同步轮和齿形带轮组成，借助轮系和皮带传动并通过协调各齿轮和齿形带轮的传动比实现变桨距叶片预期的运动。固定齿轮、惰轮、同步轮的齿数比为2:1:1，小齿形带轮与变速齿形带轮的齿数比为1:2；变桨距叶片的转速为风轮转速的一半，转动方向与风轮旋转方向相反；定桨距叶片的弦径比C/R为0.3；变桨距叶片的弦径比C/R为0.33。本发明的有益效果在于提高了风力机的启动能力且不需额外动力源。CN103233857ACN1032857ACN103233857A权利要求书1/1页1.一种具有双层叶片的垂直轴风力机，其特征在于：采用变桨距齿轮机构并优化定桨距叶片（4）和变桨距叶片（3）的弦径比；其中，所述的变桨距齿轮机构由固定齿轮（11）、惰轮（10）、同步轮（8）、小齿形带轮（9）、变速齿形带轮（6）和同步带（7）组成；外转子发电机（2）的定子与风力机的塔架（1）固连，外转子发电机（2）的转子与风轮支撑臂（5）连接；定桨距叶片（4）安装在风轮支撑臂外端，变桨距叶片（3）安装在定桨距叶片（4）的内侧；固定齿轮（11）位于外转子发电机（2）上部并与塔架（1）固连；惰轮（10）安装在风轮支撑臂（5）上，绕自身转轴转动并与固定齿轮（11）啮合；同步轮（8）安装在风轮支撑臂（5）上，绕自身转轴转动并与惰轮（10）啮合；小齿形带轮（9）与同步轮（8）同轴固连；变速齿形带轮（6）安装于风轮支撑臂（5）上且绕自身转轴转动，变桨距叶片（3）与变速齿形带轮（6）固连，变速齿形带轮（6）与小齿形带轮（9）借助同步带（7）传动。2.根据权利要求1所述的一种具有双层叶片的垂直轴风力机，其特征在于：固定齿轮（11）、惰轮（10）、同步轮（8）的齿数比为2:1:1，小齿形带轮（9）与变速齿形带轮（6）的齿数比为1:2；变桨距叶片（3）的转速为风轮转速的一半，转动方向与风轮旋转方向相反。3.根据权利要求1所述的一种具有双层叶片的垂直轴风力机，其特征在于：根据风力机的运行特性与气动性能，定桨距叶片（4）的弦径比C/R为0.3；变桨距叶片（3）的弦径比C/R为0.33。2CN103233857A说明书1/4页一种具有双层叶片的垂直轴风力机技术领域[0001]一种具有双层叶片的垂直轴风力机，属于风力发电机领域。背景技术[0002]风能是解决能源危机和环境污染的重要替代能源，垂直轴风力机已经成为一种重要的风力发电装置，但是升力型垂直轴风力机的启动能力是制约垂直轴风力机发展的重要因素之一，成为风机设计者关注的重点。目前，解决风力机启动问题的方案有多种，其中最具代表性的一种方法是升力型风力机与阻力型风力机相结合，利用阻力型风力机低风速启动性能好的优势改善升力型风力机的启动特性，通常是将φ型或H型风力机与S型风力机组合，如专利200920261028.5《升阻力混合型垂直轴风力机》中采用了将H型叶片与S型叶片组合的风轮结构；但是当风力机工作在高尖速比后，S型叶片的影响越来越严重并降低了风能利用率。另外一种方法就是采用具有较高启动特性的翼型，如非对称翼型NACA4415；但当翼型的弯度较大时会失去自启动能力，如FX63-137翼型。此外，还有人对现有翼型进行再设计以提高其启动能力，如US20070177970专利《Verticalaxiswindturbineandwindturbineblade》所述；但由于翼型对流场参数十分敏感，设计出适应不同雷诺数条件的翼型具有很大难度。研究发现，变桨距控制不仅可以提高风力机的启动能力，还可以进一步提高风能利用率；但是变桨距控制一般都需要额外的驱动单元，增加了系统复杂程度和成本。发明内容[0003]本发明所涉及的一种具有双层叶片的垂直轴风力机，其定桨距叶片固定安装，变桨距叶片则借助变桨距齿轮机构实现变桨距转动；并根据采用翼型的气动特性，优化两层叶片的安