一种单轴对转型垂直轴风机制造技术

本发明专利技术涉及风力发电技术领域，具体为一种单轴对转型垂直轴风机，包括固定机构和两组风能捕获机构，两组风能捕获机构以固定机构为中心以相反方向旋转；每组风能捕获机构均以固定机构为中心对半分成顺风侧和迎风侧，两组自动收拢与展开的风能捕获机构在同一空间内朝相反方向旋转，可以将其中一组风能捕获机构原本迎风侧的空间变成另一组风能捕获机构的顺风侧，不仅减小了阻力，同时还增大了风能的有效利用空间，同等风叶运行空间下气动效率更高。同等风叶运行空间下气动效率更高。同等风叶运行空间下气动效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种单轴对转型垂直轴风机


[0001]本专利技术涉及风力发电
，具体为一种单轴对转型垂直轴风机。

技术介绍

[0002][0003]风力发电机总体归纳可分为两类：1、水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；2、垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向。而现有水平轴风机仍然存在以下三点不足：(1)噪声过大；(2)发电系统不稳定，波动性较大；(3)发电机等主要零部件位于高空，安装和维护成本较高。相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有可微风驱动(1m/s即可驱动发电)、无噪音、结构设计简单等优点，因此，业内技术人员也在积极探索新型的垂直轴风机。
[0004]根据风力机叶片的工作原理，垂直轴风力机分为升力型风力机和阻力型风力机。根据风力机的工作机制或整体样式差异，主要分为以下十二种类型：
[0005]第一类：变桨型垂直轴风力机，设置各种类型的变桨机构，调整叶片的倾角或调整叶片的迎风面积，从而达到增加气动效率或抗强风的目的。已公布的变桨型垂直轴风力机主要有：H型垂直轴风力发电机CN202211311521.X、垂直轴风力发电机CN202211275138.3；第二类：叶片开闭型垂直轴风力机，叶片框架上设置小叶片，顺风侧时关闭小叶片以增大风阻，迎风侧时打开小叶片也减小风阻，通过这种方式提高两侧风阻差，从而提高气动效率。已公布的叶片开闭型垂直轴风力机主要有：开闭式垂直轴流体轮发电装置CN202211247798.0、一种平帆式垂直轴风力发电机CN202211132558.6；第三类：组合型垂直轴风力机，将各种类型的风力机组合在一起，如升力型垂直轴风机和阻力型垂直轴风机组合在一起，水平轴风机和垂直轴风机组合在一起，振动发电机和垂直轴风机组合在一起等等。已公布的组合型垂直轴风力机主要有：垂直轴风力发电设备CN202211234664.5、一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮CN202222516845.9；第四类：导流型垂直轴风力机，在风力机旋转主体的外侧设置导流装置，从而将原来无法利用的部分风能利用起来，提高气动效率。已公布的导流型垂直轴风力机主要有：一种模块化垂直轴风力发电机用的聚风装置CN202211228306.3、一种导流式垂直轴风力发电机结构CN202221687238.2；第五类：马格努斯型垂直轴风力机，流体中旋转的圆柱会受到一个垂直于转动轴和流动方向的力作用，这种现象称为马格努斯效应，利用马格努斯效应设计的风机为马格努斯型垂直轴风力机。已公布的马格努斯型垂直轴风力机主要为马格努斯式风轮及风力机CN202211151317.6；第六类：叶片开槽型垂直轴风力机，在叶片中开设气槽，利用气流流过气槽后的加速效应提高风机的气动效率，已公布的叶片开槽型垂直轴风力机主要有：一种提高风能利用率的垂直轴风力机CN202220539639.7、一种合成射流喷气式垂直轴风力机叶片CN201910705420.2；第七类：异型叶片垂直轴风力机，通过设计不同形状的叶片，以提高垂直轴风机的气动效率。已公布的叶片开槽型垂直轴风力机主要有：一种利用仿生叶片的同轴对转垂直轴风力发电机组CN202210194747.X、对数螺旋线叶片垂直轴风力发电装置CN202210071312.6；第八类：
风筒型垂直轴风力机，通过设置竖直的风筒，将底部的风向上引流，并利用向上的气流带动叶轮旋转发电。已公布的风筒型垂直轴风力机主要为一种风筒式多风轮垂直轴风力发电装置CN202111065874.1；第九类：对转型垂直轴风力机，设置内外两组风机叶片或上下两组风机叶片，两组风机叶片在不同的空间按相反方向旋转，并将两组风机叶片分别连接到发电机的定子和转子，从而提高定子和转子的相对旋转速度。已公布的对转型垂直轴风力机主要有：一种垂直轴双驱动风力发电装置CN202110577345.3、一种双向垂直轴框架式风力发电机组CN202011259409.7；第十类：折叠型垂直轴风力机，通过折叠机构收拢或展开叶片，达到风力机的微风启动或抗强风的目的，属于变桨型垂直轴风力机的其中一类，但由于主要通过折叠的形式来实现微风启动或抗强风，故单独列为一类。已公布的折叠型垂直轴风力机主要有：一种垂直轴风力发电机风叶装置CN202110229578.4、一种基于转速调节机构的垂直轴风力发电机CN202010793558.5；第十一类：雨伞型垂直轴风力机，用雨伞代替叶片，在顺风侧打开雨伞，迎风侧关闭雨伞，从而增加两侧的风阻差，提高气动效率，属于变桨型垂直轴风力机的其中一类，但由于样式特别奇异，故单独列为一类。已公布的雨伞型垂直轴风力机主要有：垂直轴风力发电机叶片装置CN202010783320.4和伞式风帆叶片风力机CN200820090746.6；第十二类：高空浮动型垂直轴风力机，其工作机制属于常见的垂直轴风力机，但由于漂浮在高空可利用高空较大的风能，且样式奇异，故单独列为一类。已公布的高空浮动型垂直轴风力机主要有：一种高空浮动式垂直轴风力发电机组CN201710623545.1、一种高空垂直轴风力发电机CN201621071587.6。
[0006]目前已有的十二类垂直轴风力机中，除了导流型垂直轴风力机外，其它类型的垂直轴风力机依然效率较低。主要原因是，迎风面积非常有限，风动转化效率低。若将风机叶片的旋转空间对分成两侧，其中顺风侧和迎风侧各占一半，顺风侧的风对风机做正功，迎风侧的风对风机做负功，而迎风侧的阻力不可能完全为零，因此现有的十一类垂直轴风机的风能利用系数低于0.5。虽然导流机构在小型的风力机中具有较高应用价值，但在大型的风力机中，叶片之外再单独设置大型的导流机构并不现实，不仅增加了成本，大型导流机构的受力问题以及占地问题都会限制导流型垂直轴风机的应用。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中垂直轴风力机风动迎风面积有限，风动转化效率低的问题，提出一种单轴对转型垂直轴风机，它能在同一叶片旋转空间内实现顺风侧和迎风侧的互补，从而实现了风机占有空间内的叶片几乎全做正功，提高了垂直轴风机的气动效率。
[0008]为实现上述目的，提出以下技术方案：
[0009]一种单轴对转型垂直轴风机，包括固定机构和两组风能捕获机构，两组风能捕获机构以固定机构为中心以相反方向旋转；每组风能捕获机构均以固定机构为中心对半分成顺风侧和迎风侧，每组风能捕获机构均包括叶片支架、两个以上的柔性叶片、与每个柔性叶片对应配合的叶片支臂和叶片折叠机构；柔性叶片通过叶片支臂周向均匀设置在叶片支架上；
[0010]每组风能捕获机构的柔性叶片，在各自的顺风侧通过叶片折叠机构带动叶片支臂使柔性叶片展开，在各自的迎风侧通过叶片折叠机构带动叶片支臂使柔性叶片折叠；
[0011]当一组风能捕获机构的迎风侧的柔性叶片与另一组风能捕获机构的顺风侧柔性
叶片相遇时，位于迎风侧的柔性叶片处于折叠状态，位于顺风侧柔性叶片处于展开状态，从而实现相互避让。
[0012]进一步地，两组风能捕获机构在固定机构上呈内外设置；位于外侧的风能捕获机构包括上部和下部的外叶片支架和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单轴对转型垂直轴风机，其特征在于，包括固定机构(1)和两组风能捕获机构(2)，两组风能捕获机构(2)以固定机构(1)为中心以相反方向旋转；每组风能捕获机构(2)均以固定机构(1)为中心对半分成顺风侧和迎风侧，每组风能捕获机构(2)均包括叶片支架、两个以上的柔性叶片(290)、与每个柔性叶片(290)对应配合的叶片支臂(250)和叶片折叠机构；柔性叶片(290)通过叶片支臂(250)周向均匀设置在叶片支架上；每组风能捕获机构(2)的柔性叶片(290)，在各自的顺风侧通过叶片折叠机构带动叶片支臂(250)使柔性叶片(290)展开，在各自的迎风侧通过叶片折叠机构带动叶片支臂(250)使柔性叶片(290)折叠；当一组风能捕获机构(2)的迎风侧的柔性叶片(290)与另一组风能捕获机构(2)的顺风侧柔性叶片(290)相遇时，位于迎风侧的柔性叶片(290)处于折叠状态，位于顺风侧柔性叶片(290)处于展开状态，从而实现相互避让。2.如权利要求1所述的一种单轴对转型垂直轴风机，其特征在于，两组风能捕获机构(2)在固定机构(1)上呈内外设置；位于外侧的风能捕获机构(2)包括上部和下部的外叶片支架(220)和外叶片折叠机构(270)，外叶片支架(220)的外侧周向均匀设有外叶片支架杆(221)；外叶片支架(220)上的叶片支臂(250)活动连接在外叶片支架杆(221)的外端；外叶片折叠机构(270)带动外叶片支架(220)上的叶片支臂(250)在竖直方向旋转；位于内侧风能捕获机构(2)包括上部和下部的内叶片支架(210)和内叶片折叠机构(260)；两个内叶片支架(210)位于两个外叶片支架(220)之间，内叶片支架(210)上的叶片支臂(250)的内端活动连接在内叶片支架(210)上，内叶片折叠机构(260)带动内叶片支架(210)上的叶片支臂(250)在竖直方向旋转。3.如权利要求1所述的一种单轴对转型垂直轴风机，其特征在于，两组风能捕获机构(2)在固定机构(1)上呈内外设置；位于外侧的风能捕获机构(2)包括上部和下部的外叶片支架(220)和外叶片折叠机构(270)；外叶片支架(220)的外侧周向均匀设有外叶片支架杆(221)；外侧的风能捕获机构(2)的柔性叶片(290)分为上下两半，上部和下部的柔性叶片的两侧均分别安装有一个叶片支臂(250)，其中一个叶片支臂(250)活动连接在外叶片支架杆(221)的内端，另一个叶片支臂(250)活动连接在外叶片支架杆(221)的外端；外叶片折叠机构(270)带动外叶片支架(220)上的叶片支臂(250)在竖直方向旋转；位于内侧风能捕获机构(2)包括上部和下部的内叶片支架(210)和内叶片折叠机构(260)；两个内叶片支架(210)位于两个外叶片支架(220)之间，内叶片支架(210)上的叶片支臂(250)活动连接在内叶片支架(210)上，内叶片折叠机构(260)带动内叶片支架(210)上的叶片支臂(250)在竖直方向旋转。4.如权利要求2所述的一种单轴对转型垂直轴风机，其特征在于，固定机构(1)外围安装有偏航壳体(3)，在偏航壳体(3)的上部和下部设有对称的两个第一引导体(311)，外叶片支架杆(221)的顶部设有第四滑槽(222)；外叶片支架(220)上竖向设置有第五滑槽(223)；第五滑槽(223)与外叶片支架杆(221)位于同一竖向平面上；外叶片支架(220)套装在偏航壳体(3)上，并以偏航壳体(3)为轴心旋转；外叶片折叠机构(270)包括第四拉杆(273)、连杆机构和第三活动接头(275)；第四拉杆(273)的一端与叶片支臂(250)活动链接，另一端与第三活动接头(275)活动连接，第三活动接头(275)通过连杆结构与第二活动接头(274)活动连接，连杆机构在第四滑槽(222)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张银量，查进林，
申请(专利权)人：张银量，
类型：发明
国别省市：