一種包含葉齒的s型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種垂直軸S型風(fēng)力機(jī)的專用風(fēng)輪。
【背景技術(shù)】
[0002] 垂直軸S型風(fēng)力機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和維護(hù)成本低、不受風(fēng)向限制、在小尖速比 下的氣動(dòng)性能優(yōu)于水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪等優(yōu)點(diǎn)，目前在城市公共照明、電信基站、高速公路等 各種中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中被廣泛使用。但傳統(tǒng)的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪是由兩個(gè)形狀相 同的半圓形葉片組成，風(fēng)能利用效率通常低于0. 15,與風(fēng)能極限利用效率0. 593有較大差 距，制約了其進(jìn)一步的推廣使用。
[0003] 圍繞進(jìn)一步提升垂直軸S型風(fēng)輪氣動(dòng)性能的目標(biāo)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了 一列研 究，主要工作集中在優(yōu)化風(fēng)輪基本外形、添加輔助結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)混合型風(fēng)輪系統(tǒng)等方面。 Μ. H. Mohamed等人采用兩個(gè)半圓形葉片方案，通過(guò)增加引導(dǎo)流板和優(yōu)化布局，在尖速比小 于1情況下將風(fēng)能利用效率提升到接近〇. 18,此外還提出了一種優(yōu)化葉片方案，在尖速比 0.3~1.4的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能利用效率的顯著提升。Wen Tong Chong采用了多葉片 結(jié)合上下向外擴(kuò)張導(dǎo)流端板的設(shè)計(jì)方案，在尖速比為0. 8時(shí)實(shí)現(xiàn)了最大氣動(dòng)效率為0. 19。 Burcin Deda Altan等人構(gòu)造了一種封閉向前大幅擴(kuò)張的流道，將氣流引射到風(fēng)輪前行葉 片上，并減輕風(fēng)輪后行葉片的負(fù)扭矩作用，在指定流向情況下實(shí)現(xiàn)了風(fēng)輪氣動(dòng)性能的大幅 度提升，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且受風(fēng)向限制。Biplab Kumar Debnath研究一種組合型垂直 軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，其上部為三葉片Savonius風(fēng)力機(jī)，下部是三葉片Darrieus風(fēng)力機(jī)。美國(guó) 專利提出的"Savonius wind turbine construction" 專利號(hào)：US7762777 和"Modified Savonius rotor"專利號(hào)：US7008171B1等都采用了優(yōu)化風(fēng)輪氣動(dòng)布局、增加各種阻流和導(dǎo) 流設(shè)備等的改進(jìn)思路，在特定的情況下都取得了一定的有益效果，但大部分結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜， 難以在低成本推廣使用。
[0004] 綜上所述，目前垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的氣動(dòng)性能仍有較大改進(jìn)空間，且隨著分 布式能源系統(tǒng)逐漸得到重視，將有更加廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1、所要解決的技術(shù)問(wèn)題：
[0006] 目前的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率較低，與風(fēng)能極限利用效率0· 593有很大差距。
[0007] 2、技術(shù)方案：
[0008] 為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種包含葉齒的S型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，包括 兩個(gè)完全相同、以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱布置的葉片，每個(gè)葉片由葉片內(nèi)側(cè)區(qū)域1、葉段2、葉孔 3和葉齒4組成，所述葉孔3和葉齒4為多個(gè)，所述外側(cè)區(qū)域1被葉孔3隔斷成多個(gè)葉段2， 葉段2和葉孔3交替布置，所述葉孔3和葉齒4的數(shù)量相同。
[0009] 所述的葉孔3為3-4個(gè)。
[0010] 所述的葉孔3寬度相同，用角度計(jì)量，以葉片圓心為基準(zhǔn)，葉孔寬度為2~5°。
[0011] 每個(gè)葉段2的寬度相同，每個(gè)葉段寬度Θ Jg角度計(jì)量，以葉片圓心為基準(zhǔn)，由下 90 - η (I 式求得：A =--771式中，η為葉孔數(shù)量；θ k為葉孔寬度。
[0012] 所述葉齒4寬度用角度計(jì)量，以葉片圓心為基準(zhǔn)，為2~4° ;每個(gè)葉片上的葉齒 與葉孔數(shù)量相同。
[0013] 所述葉齒4緊貼并對(duì)齊在每個(gè)葉段2的最下端內(nèi)壁面上，風(fēng)輪弦線豎直放置為參 考系，以風(fēng)輪上葉片為說(shuō)明對(duì)象，按從上到下計(jì)，最后一個(gè)葉段上沒(méi)有葉齒附著。
[0014] 所述葉齒4外形帶有三角特征，葉齒4與葉片緊貼的曲邊保持與附著壁面相同曲 率，葉齒4向著風(fēng)輪中心傾斜，葉齒4其余兩邊為直邊，由兩條輔助線確定，一條輔助線是葉 齒曲邊的下邊界點(diǎn)與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心的連線，稱為傾斜線；另一條輔助線由相鄰葉孔的下邊 界點(diǎn)與葉片圓心相連，稱為氣流遮蔽線；兩條輔助線存在交點(diǎn)，稱為齒高點(diǎn)。
[0015] 所述葉齒4的其余兩邊直邊分別是曲邊的上下兩個(gè)邊界點(diǎn)與齒高點(diǎn)連接形成。
[0016] 所述兩個(gè)葉片交叉重疊部分的弦向距離為單個(gè)葉片弦長(zhǎng)的15%。
[0017] 3、有益效果：
[0018] 與目前經(jīng)典的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪相比，本發(fā)明提供的包含葉齒的S型垂直軸 風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的風(fēng)能利用效率更高，僅通過(guò)簡(jiǎn)單改進(jìn)就能大幅提升性能，更加適合推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明包含三個(gè)葉齒的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的氣動(dòng)布局圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明包含三個(gè)葉齒的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪與經(jīng)典S型風(fēng)輪的風(fēng)能利用 效率對(duì)比圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明包含四個(gè)葉齒的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的氣動(dòng)布局圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明包含三個(gè)葉齒的垂直軸S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪與經(jīng)典S型風(fēng)輪的風(fēng)能利用 效率對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 本發(fā)明提供了一種包含葉齒的S型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，包括兩個(gè)完全相同、以風(fēng) 輪旋轉(zhuǎn)中心0對(duì)稱布置的葉片，每個(gè)葉片由葉片內(nèi)側(cè)區(qū)域1、葉段2、葉孔3和葉齒4組成， 所述葉孔3和葉齒4為多個(gè)，所述外側(cè)區(qū)域1被葉孔3隔斷成多個(gè)葉段2,葉段2和葉孔3 交替布置，所述葉孔3和葉齒4的數(shù)量相同。此結(jié)構(gòu)保持了傳統(tǒng)垂直軸S型風(fēng)力機(jī)由兩個(gè) 半圓形葉片以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱布置的基本布局，在每個(gè)葉片的外側(cè)區(qū)域上保有多個(gè)葉 孔3,以降低后行葉片的負(fù)扭矩作用，并增加葉齒4來(lái)減輕前行葉片的正扭矩?fù)p失，從整體 上提尚風(fēng)輪的氣動(dòng)性能。
[0025] 所述的葉孔3為3-4個(gè)。
[0026] 所述的葉孔3寬度相同，用角度計(jì)量，以葉片圓心為基準(zhǔn)，葉孔寬度為2~5°。
[0027] 每個(gè)葉段2的寬度相同，每個(gè)葉段寬度Θ Jg角度計(jì)量，以葉片圓心為基準(zhǔn)，由下 .9.0. - fi * Q 式求得：4 = J式中，n為葉孔數(shù)量；θ k為葉孔寬度。 /?.十丨 ，
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