垂直轴风力机及其风轮叶片的制作方法
垂直轴风力机及其风轮叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风能利用技术领域，尤其涉及一种垂直轴风力机及其风轮叶片。
【背景技术】
[0002]随着人类环保意识的增强，开始使用各种清洁能源来取代传统的石化能源，其中，风力机是将风能转化为其他形式的动能或电能的机械，是一种典型的清洁能源装置，而日渐应用广泛。
[0003]传统的风力机主要包括风能接收装置、传动装置和控制机构等结构，而近代的风力机还进一步包括有发电、蓄能等配套系统。其中，最常见的风能接收装置是风轮，按照风轮轴相对于气流方向的布置可将风力机划分为水平轴风力机(风轮轴平行于气流方向)、侧风水平轴风力机(风轮轴平行于地面但垂直于气流方向)和垂直轴风力机(风轮轴同时垂直于地面和气流方向)。
[0004]垂直轴风力机的核心是采用了风轮轴同时垂直于地面和气流方向的风轮，现有的垂直轴风力机的风轮主要包括风轮轴以及均匀对称地围绕设置于风轮轴上的风轮叶片，现有的风轮叶片主要是传统的呈平面状或弧面状的叶片，其通过相应的骨架结构固定至风轮轴上，这种风轮叶片的叶片在接受风力时，受力面非常单一，风能吸收转换率低下，尤其是在轻风、微风、和风等风力等级较低的日常非常常见的环境下，风力机的整体效能差较差，制约了垂直轴风力机的普及应用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种垂直轴风力机，能有效提升风能吸收转换率，以适合在风力等级较低的环境下应用。
[0006]本实用新型进一步所要解决的技术问题在于，提供一种用于垂直轴风力机的风轮叶片，其能有效提升风能吸收转换率，以适合在风力等级较低的环境下应用。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案:一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮、传动装置和控制机构，所述垂直轴风轮包括同时垂直于地面和气流方向设置的风轮轴和多片通过支承骨架匀称地安装于风轮轴上的风轮叶片，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片的第一叶片和第二叶片的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片的第一叶片自由端和第二叶片的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，所述各第二叶片环绕形成竖向的中心气流通道。
[0008]进一步地，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。
[0009]进一步地，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。
[0010]进一步地，所述支承骨架包括套设于风轮轴上的中心轴筒以及若干自中心轴筒呈放射状设置的辐条，各风轮叶片均安装固定于相应的辐条上。
[0011]进一步地，所述支承骨架还包括将各辐条的末端对应固定连接起来的外固定圈。
[0012]进一步地，所述中心轴筒上设置有多组分别位于不同高度面上的辐条，且对应于每一组辐条均对应设置有外固定圈，相邻的外固定圈之间以连接杆连接固定。
[0013]进一步地，所述第一叶片的远离风轮轴的一侧表面以及第二叶片的靠风轮轴的一侧表面均设置有分别用于固定所述第一叶片和第二叶片的肋条，所述肋条的两端分别固定至相应的辐条上。
[0014]另一方面，本实用新型还提供一种用于垂直轴风力机的风轮叶片，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角。
[0015]进一步地，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。
[0016]进一步地，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。
[0017]采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果:通过采用由第一叶片和第二叶片在一侧衔接成一体而形成的风轮叶片，每一个风轮叶片均可在至少三处获得推力，从而可以更为高效地推动风轮叶片旋转，风能吸收和转换效率高，而且启动所需风力等级较低，尤其适合在低等级的风力条件下应用。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型垂直轴风力机的结构示意图。
[0019]图2是本实用新型垂直轴风力机的俯视示意图。
[0020]图3是本实用新型垂直轴风力机的风轮叶片立体图。
[0021]图4是本实用新型垂直轴风力机另一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0023]如图1至图2所示，本实用新型提供一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮1、传动装置(图未示出)和控制机构(图未示出)。
[0024]所述垂直轴风轮I包括同时垂直于地面和气流方向设置的风轮轴10和多片通过支承骨架12匀称地安装于风轮轴10上的风轮叶片14。
[0025]结合图3所示，所述风轮叶片14包括位于外侧的第一叶片140和位于内侧的第二叶片142，所述第一叶片140和第二叶片142在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片14的第一叶片140和第二叶片142的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片14的第一叶片140自由端和第二叶片142的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，从而可以避免气流从相邻两个风轮叶片14之间的间隙中径直穿过而对风轮叶片14几乎不产生推力。所述各第二叶片142环绕形成竖向的中心气流通道。
[0026]在实际应用时，所述第一叶片140和第二叶片142均可采用平面叶片或者均为弧面叶片，优选采用弧面叶片。所述第一叶片140和第二叶片14 2的夹角一般设置为30~60度，对于弧面叶片而言，所述第一叶片140和第二叶片142的夹角是以两者在衔接处的外切线的夹角来衡量。
[0027]所述支承骨架12包括套设于风轮轴10上的中心轴筒120以及若干自中心轴120筒呈放射状设置的辐条122，各风轮叶片14均安装固定于相应的辐条122上。
[0028]在一个优选实施例中，所述支承骨架12还可进一步包括将各辐条122的末端对应固定连接起来的外固定圈124。在具体实施时，针对高度较大的垂直轴风力机，可以在所述中心轴筒120上设置有多组分别位于不同高度面上的辐条122，且对应于每一组辐条122均对应设置有外固定圈124，而且，还可进一步将相邻的外固定圈124之间以连接杆126连接固定，从而可以很好地提升结构强度，避免风轮叶片14受损。
[0029]为了更好地固定和保护风轮叶片14，所述第一叶片142的远离风轮轴10的一侧表面以及第二叶片142的靠风轮轴10的一侧表面均设置有分别用于固定所述第一叶片140和第二叶片142的肋条128，所述肋条128的两端分别固定至相应的辐条122上。当然，在风轮叶片14的自身强度足够的情况下，也可以不设置所述外固定圈124，甚至也还可以不设置辐条122，此时的结构如图4所示。
[0030]本实用新型在实际应用时，结合图2中以虚线箭头所示的气流流动方向来说明本实用新型垂直轴风力机的工作原理:气流从侧面吹向风轮叶片14上，气流先是沿位于外侧的第一叶片140的内侧面吹入，此时在第一叶片140的内侧面形成高效的升力型推力，然后，气流进入到第一叶片140和第二叶片142的衔接处时受阻而会再转向第二叶片流动，在第二叶片142上形成相应的推力，最后气流再从第二叶片142和相邻另一风轮叶片14之间的间隙喷射而出进入中心气流通道，从而形成类似于喷气式发动机式的反向推力，而气流进入中心气流通道后可再从上下两端的出口排出。可见，每一个风轮叶片均可在至少三处获得推力，从而可以高效地推动风轮叶片14旋转，风能吸收和转换效率高。
[0031]本实用新型垂直轴风力机可广泛应用于山区、草原、水面等应用场合，而且，经实际测量，本实用新型垂直轴风力机启动所需的风力等级较低，尤其适合在低等级的风力条件下应用。
[0032]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
【主权项】
1.一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮、传动装置和控制机构，所述垂直轴风轮包括同时垂直于地面和气流方向设置的风轮轴和多片通过支承骨架匀称地安装于风轮轴上的风轮叶片，其特征在于，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片的第一叶片和第二叶片的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片的第一叶片自由端和第二叶片的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，所述各第二叶片环绕形成竖向的中心气流通道。2.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。3.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。4.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述支承骨架包括套设于风轮轴上的中心轴筒以及若干自中心轴筒呈放射状设置的辐条，各风轮叶片均安装固定于相应的辐条上。5.如权利要求4所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述支承骨架还包括将各辐条的末端对应固定连接起来的外固定圈。6.如权利要求5所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述中心轴筒上设置有多组分别位于不同高度面上的辐条，且对应于每一组辐条均对应设置有外固定圈，相邻的外固定圈之间以连接杆连接固定。7.如权利要求3所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述第一叶片的远离风轮轴的一侧表面以及第二叶片的靠风轮轴的一侧表面均设置有分别用于固定所述第一叶片和第二叶片的肋条，所述肋条的两端分别固定至相应的辐条上。8.一种用于垂直轴风力机的风轮叶片，其特征在于，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角。9.如权利要求8所述的用于垂直轴风力机的风轮叶片，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。10.如权利要求8所述的用于垂直轴风力机的风轮叶片，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。
【专利摘要】本实用新型涉及一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮、传动装置和控制机构，垂直轴风轮包括风轮轴和多片通过支承骨架匀称地安装于风轮轴上的风轮叶片，风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片的第一叶片和第二叶片的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片的第一叶片自由端和第二叶片的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，各第二叶片环绕形成竖向的中心气流通道。本实用新型每一风轮叶片均可在至少三处获得推力，可更高效地推动风轮叶片旋转，风能吸收和转换效率高，而且启动所需风力等级较低，尤其适合在低等级风力条件下应用。
【IPC分类】F03D3/06
【公开号】CN204704070
【申请号】CN201520353693
【发明人】李元海, 赵志坤
【申请人】深圳市宝柏太平洋科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月28日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风能利用技术领域，尤其涉及一种垂直轴风力机及其风轮叶片。
【背景技术】
[0002]随着人类环保意识的增强，开始使用各种清洁能源来取代传统的石化能源，其中，风力机是将风能转化为其他形式的动能或电能的机械，是一种典型的清洁能源装置，而日渐应用广泛。
[0003]传统的风力机主要包括风能接收装置、传动装置和控制机构等结构，而近代的风力机还进一步包括有发电、蓄能等配套系统。其中，最常见的风能接收装置是风轮，按照风轮轴相对于气流方向的布置可将风力机划分为水平轴风力机(风轮轴平行于气流方向)、侧风水平轴风力机(风轮轴平行于地面但垂直于气流方向)和垂直轴风力机(风轮轴同时垂直于地面和气流方向)。
[0004]垂直轴风力机的核心是采用了风轮轴同时垂直于地面和气流方向的风轮，现有的垂直轴风力机的风轮主要包括风轮轴以及均匀对称地围绕设置于风轮轴上的风轮叶片，现有的风轮叶片主要是传统的呈平面状或弧面状的叶片，其通过相应的骨架结构固定至风轮轴上，这种风轮叶片的叶片在接受风力时，受力面非常单一，风能吸收转换率低下，尤其是在轻风、微风、和风等风力等级较低的日常非常常见的环境下，风力机的整体效能差较差，制约了垂直轴风力机的普及应用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种垂直轴风力机，能有效提升风能吸收转换率，以适合在风力等级较低的环境下应用。
[0006]本实用新型进一步所要解决的技术问题在于，提供一种用于垂直轴风力机的风轮叶片，其能有效提升风能吸收转换率，以适合在风力等级较低的环境下应用。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案:一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮、传动装置和控制机构，所述垂直轴风轮包括同时垂直于地面和气流方向设置的风轮轴和多片通过支承骨架匀称地安装于风轮轴上的风轮叶片，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片的第一叶片和第二叶片的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片的第一叶片自由端和第二叶片的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，所述各第二叶片环绕形成竖向的中心气流通道。
[0008]进一步地，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。
[0009]进一步地，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。
[0010]进一步地，所述支承骨架包括套设于风轮轴上的中心轴筒以及若干自中心轴筒呈放射状设置的辐条，各风轮叶片均安装固定于相应的辐条上。
[0011]进一步地，所述支承骨架还包括将各辐条的末端对应固定连接起来的外固定圈。
[0012]进一步地，所述中心轴筒上设置有多组分别位于不同高度面上的辐条，且对应于每一组辐条均对应设置有外固定圈，相邻的外固定圈之间以连接杆连接固定。
[0013]进一步地，所述第一叶片的远离风轮轴的一侧表面以及第二叶片的靠风轮轴的一侧表面均设置有分别用于固定所述第一叶片和第二叶片的肋条，所述肋条的两端分别固定至相应的辐条上。
[0014]另一方面，本实用新型还提供一种用于垂直轴风力机的风轮叶片，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角。
[0015]进一步地，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。
[0016]进一步地，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。
[0017]采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果:通过采用由第一叶片和第二叶片在一侧衔接成一体而形成的风轮叶片，每一个风轮叶片均可在至少三处获得推力，从而可以更为高效地推动风轮叶片旋转，风能吸收和转换效率高，而且启动所需风力等级较低，尤其适合在低等级的风力条件下应用。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型垂直轴风力机的结构示意图。
[0019]图2是本实用新型垂直轴风力机的俯视示意图。
[0020]图3是本实用新型垂直轴风力机的风轮叶片立体图。
[0021]图4是本实用新型垂直轴风力机另一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0023]如图1至图2所示，本实用新型提供一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮1、传动装置(图未示出)和控制机构(图未示出)。
[0024]所述垂直轴风轮I包括同时垂直于地面和气流方向设置的风轮轴10和多片通过支承骨架12匀称地安装于风轮轴10上的风轮叶片14。
[0025]结合图3所示，所述风轮叶片14包括位于外侧的第一叶片140和位于内侧的第二叶片142，所述第一叶片140和第二叶片142在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片14的第一叶片140和第二叶片142的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片14的第一叶片140自由端和第二叶片142的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，从而可以避免气流从相邻两个风轮叶片14之间的间隙中径直穿过而对风轮叶片14几乎不产生推力。所述各第二叶片142环绕形成竖向的中心气流通道。
[0026]在实际应用时，所述第一叶片140和第二叶片142均可采用平面叶片或者均为弧面叶片，优选采用弧面叶片。所述第一叶片140和第二叶片14 2的夹角一般设置为30~60度，对于弧面叶片而言，所述第一叶片140和第二叶片142的夹角是以两者在衔接处的外切线的夹角来衡量。
[0027]所述支承骨架12包括套设于风轮轴10上的中心轴筒120以及若干自中心轴120筒呈放射状设置的辐条122，各风轮叶片14均安装固定于相应的辐条122上。
[0028]在一个优选实施例中，所述支承骨架12还可进一步包括将各辐条122的末端对应固定连接起来的外固定圈124。在具体实施时，针对高度较大的垂直轴风力机，可以在所述中心轴筒120上设置有多组分别位于不同高度面上的辐条122，且对应于每一组辐条122均对应设置有外固定圈124，而且，还可进一步将相邻的外固定圈124之间以连接杆126连接固定，从而可以很好地提升结构强度，避免风轮叶片14受损。
[0029]为了更好地固定和保护风轮叶片14，所述第一叶片142的远离风轮轴10的一侧表面以及第二叶片142的靠风轮轴10的一侧表面均设置有分别用于固定所述第一叶片140和第二叶片142的肋条128，所述肋条128的两端分别固定至相应的辐条122上。当然，在风轮叶片14的自身强度足够的情况下，也可以不设置所述外固定圈124，甚至也还可以不设置辐条122，此时的结构如图4所示。
[0030]本实用新型在实际应用时，结合图2中以虚线箭头所示的气流流动方向来说明本实用新型垂直轴风力机的工作原理:气流从侧面吹向风轮叶片14上，气流先是沿位于外侧的第一叶片140的内侧面吹入，此时在第一叶片140的内侧面形成高效的升力型推力，然后，气流进入到第一叶片140和第二叶片142的衔接处时受阻而会再转向第二叶片流动，在第二叶片142上形成相应的推力，最后气流再从第二叶片142和相邻另一风轮叶片14之间的间隙喷射而出进入中心气流通道，从而形成类似于喷气式发动机式的反向推力，而气流进入中心气流通道后可再从上下两端的出口排出。可见，每一个风轮叶片均可在至少三处获得推力，从而可以高效地推动风轮叶片14旋转，风能吸收和转换效率高。
[0031]本实用新型垂直轴风力机可广泛应用于山区、草原、水面等应用场合，而且，经实际测量，本实用新型垂直轴风力机启动所需的风力等级较低，尤其适合在低等级的风力条件下应用。
[0032]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
【主权项】
1.一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮、传动装置和控制机构，所述垂直轴风轮包括同时垂直于地面和气流方向设置的风轮轴和多片通过支承骨架匀称地安装于风轮轴上的风轮叶片，其特征在于，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片的第一叶片和第二叶片的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片的第一叶片自由端和第二叶片的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，所述各第二叶片环绕形成竖向的中心气流通道。2.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。3.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。4.如权利要求1所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述支承骨架包括套设于风轮轴上的中心轴筒以及若干自中心轴筒呈放射状设置的辐条，各风轮叶片均安装固定于相应的辐条上。5.如权利要求4所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述支承骨架还包括将各辐条的末端对应固定连接起来的外固定圈。6.如权利要求5所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述中心轴筒上设置有多组分别位于不同高度面上的辐条，且对应于每一组辐条均对应设置有外固定圈，相邻的外固定圈之间以连接杆连接固定。7.如权利要求3所述的垂直轴风力机，其特征在于，所述第一叶片的远离风轮轴的一侧表面以及第二叶片的靠风轮轴的一侧表面均设置有分别用于固定所述第一叶片和第二叶片的肋条，所述肋条的两端分别固定至相应的辐条上。8.一种用于垂直轴风力机的风轮叶片，其特征在于，所述风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，所述第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角。9.如权利要求8所述的用于垂直轴风力机的风轮叶片，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片均为平面叶片或者均为弧面叶片。10.如权利要求8所述的用于垂直轴风力机的风轮叶片，其特征在于，所述第一叶片和第二叶片的夹角为30~60度。
【专利摘要】本实用新型涉及一种垂直轴风力机，包括垂直轴风轮、传动装置和控制机构，垂直轴风轮包括风轮轴和多片通过支承骨架匀称地安装于风轮轴上的风轮叶片，风轮叶片包括位于外侧的第一叶片和位于内侧的第二叶片，第一叶片和第二叶片在相对应的一侧缘处相互衔接成一体并形成预定的夹角，且一个风轮叶片的第一叶片和第二叶片的衔接侧缘位于该衔接侧所靠近的相邻另一个风轮叶片的第一叶片自由端和第二叶片的自由端的连线上或者位于该连线的靠内一侧，各第二叶片环绕形成竖向的中心气流通道。本实用新型每一风轮叶片均可在至少三处获得推力，可更高效地推动风轮叶片旋转，风能吸收和转换效率高，而且启动所需风力等级较低，尤其适合在低等级风力条件下应用。
【IPC分类】F03D3/06
【公开号】CN204704070
【申请号】CN201520353693
【发明人】李元海, 赵志坤
【申请人】深圳市宝柏太平洋科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月28日
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