專利名稱：垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力發電機，具體是一種垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電 機。
背景技術：
隨著國民經濟的迅猛發展，能源短缺已經成為一個日趨嚴重的問題，風能開發、發 展風力發電是當前能源工程備受關注的研究課題。眾所周知，風能存在于自然界，它是由太 陽輻射熱所引起的，太陽能照射到地球表面，引起地球表面受熱不均，產生溫差，引起大氣 的對流而形成風。風是流動的空氣，它有速度，有密度，所以含有能量，風是取之不盡的清潔 能源，但是風能分布的隨機性很強，沒有特定規律，在不同地區，不同季節，不同時段的風力 都不相同。由于自然風能的不穩定性，給在風電轉換中需要轉速穩定的發電機帶來了很大 的困難，成為風電發展的主要技術障礙。目前風力發電機有兩種結構形式，一種是水平軸風力發電機，另一種是垂直軸風 力發電機。水平軸風力發電機風車的旋轉軸是水平放置，風車葉片是上下在一個立面上旋 轉，葉片的旋轉平面是與來風方向相對的，這種水平軸風力發電機是當前風力發電的主要 機型，發展時間長，結構比較成熟。當然這種水平軸風力發電機也存在它的缺點葉片在旋 轉時產生較大的氣動噪音，對環境構成嚴重的聲污染，需要偏航機構來保證葉片方向，這種 水平軸風力發電機的技術要求和工程造價都很高，安裝和維護難度都很大。垂直軸風力發 電機的形式是風車的旋轉軸與水平面垂直，風車以垂直軸為中心水平旋轉，它的優點是運 轉噪聲小，制造簡單，工程造價低，安裝、維護容易，可適應任何風向，但是這種垂直軸風力 發電機的風車由于是水平旋轉，風車上的葉片每轉一周都經過一次順風和一次逆風，當葉 片在順風一側時，自然風吹動葉片旋轉把風能轉化成機械能，當葉片旋轉到逆風一側時，葉 片與風向產生相對運動，這時機械能又被大量的損失掉，從而造成垂直軸風力發電機風能 轉化率低的特點，所以目前垂直軸風力發電機發展緩慢。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種風能轉化率高的垂直軸旋轉鋼筒多 葉片風力發電機。本實用新型通過以下技術方案實現一種垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機，包括鋼筒、中軸和葉片，中軸通過軸承與 其外部可旋轉的鋼筒聯接，葉片安裝在鋼筒的柱面上，所述鋼筒的直徑大于Im并且小于 細，所述葉片端部與葉片端部之間、葉片端部與鋼筒端部之間通過鋼筋聯接，使葉片相互聯 接成受力更好強度更高的空間格構，避免葉片被風吹斷。鋼筒的高度可按設計功率要求及 葉片的數量確定。旋轉鋼筒的作用在于把吹向中軸部位的自然風導向裝有葉片的外圍部 位，增加葉片前面的風壓和兩葉片間空擋的風速，達到提升葉輪轉矩的目的；另外，鋼筒的 直徑增大、加長，在其周圍可以安裝更多的葉片和增大在風垂直方向上的投影面積，從而提高風能的利用率。所述葉片水平、分層安裝在旋轉鋼筒的柱面上，平視如“非”字型。每層葉片均勻 分布，射線狀向外伸展。分層安裝的葉片由下至上第1，3，5，7……奇數層的葉片軸向對齊， 第2，4，6，8……偶數層葉片軸向對齊，而且奇數層和偶數層的葉片不在一條垂線上，錯開安 裝，兩層葉片前后水平距離相等，由此形成葉片之間的間隔。自然風可以在葉片間匯集穿 流，這樣當風吹到葉片后在除對葉片產生推力外還改變方向向兩個葉片間間隙處聚集，從 而產生一定的高氣壓，使兩個葉片間的空氣氣流的流速加快，這樣不但使前面的葉片獲得 較大的風能，同時也會在葉片的背風面形成較強的低氣壓區，從而增大葉片的旋轉力矩，同 時對下一組葉片產生更大推力。所述葉片為長條矩形，是用碳素鋼鋼管焊制成的葉片框架，在葉片中裝有鋼絲網。 所述鋼絲網單側上固定有多片柔彈性非金屬板，所述柔彈性非金屬板的其中一端為固定 端，另一端為自由端。每片非金屬板的自由端部可以貼靠到相非金屬板的固定端部。當葉 片旋轉到順風一側時，自然風吹動葉片旋轉把風能轉化成機械能，此時所有柔彈性非金屬 板全部貼靠到鋼絲網上，增加了風阻；當葉片轉到逆風一側時，此時所有柔彈性非金屬板全 部順風展開，減小了風阻，相對減少了機械能的損失，因而增大了風能的轉化率。所述柔彈性非金屬板為橡膠板或聚氨酯板等具有一定柔性和彈性的非金屬材料。本實用新型的有益效果是本實用新型垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機，包括鋼筒、中軸和葉片，中軸通過 軸承與其外部可旋轉的鋼筒聯接，葉片安裝在鋼筒的柱面上，鋼筒的直徑大于Im并且小于 細，直徑增大的旋轉鋼筒的作用在于把吹向鋼筒截面范圍的的自然風導向裝有葉片的外圍 部位，增加葉片前面的風壓和兩葉片間空擋的風速，達到提升葉輪轉矩的目的；鋼筒的直徑 增大、加長，在其周圍可以安裝更多的葉片和增大在風垂直方向上的投影面積，從而提高風 能的利用率。葉片中裝有鋼絲網，鋼絲網單側上固定有多片柔彈性非金屬板，柔彈性非金屬 板的結構可以在風力的作用下旋轉，當葉片旋轉到順風一側時，所有非金屬板全部貼靠到 鋼絲網上，增加風阻；當葉片轉到逆風一側時，所有非金屬板全部順風展開，減小風阻力，增 大了風能的轉化率，同時非金屬材料與金屬材料相比重量輕，且沒有轉動和碰撞時的噪音。 本實用新型具有結構簡單、噪聲污染小和風能轉化率高的特點。

圖1為本實用新型垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機的結構示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3空氣流經葉片的氣流流動示意圖；圖如為薄片閉合的狀態圖；圖4b為薄片展開的狀態圖；圖中1-鋼筋，2-葉片，3-中軸，4-鋼絲網，5-鋼筒，6_軸承，7_橡膠板，8_葉片框 架，9-氣流，10-低氣壓區。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述。如說明書附圖1所示，本實用新型垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機，包括鋼筒5、中軸3和葉片2，中軸3通過軸承6與其外部可旋轉的鋼筒5聯接，葉片2安裝在鋼筒5 的柱面上，鋼筒5的直徑大于Im并且小于4m，葉片端部與葉片端部之間、葉片端部與鋼筒端 部之間用鋼筋1聯接，使葉片相互聯接成受力更好強度更高的空間格構，避免葉片被風吹 斷。鋼筒5的高度可按設計功率要求及葉片的數量確定。旋轉鋼筒5的作用在于把吹向 鋼筒5表面的自然風導向裝有葉片2的外圍部位，由于鋼筒5直徑增大、加長，其導風作用 可顯著增加葉片2前面的風壓和兩葉片間空擋的風速，達到提升葉輪轉矩的目的；另外，鋼 筒的直徑增大，在其周圍可以安裝更多的葉片和增大在風垂直方向上的投影面積，從而提 高風能的轉化率。其中，葉片2為多層，均勻分布在鋼筒5的圓周上，見說明書附圖圖1，這樣空氣流 能順利在葉片間流動，不會形成阻礙。每層葉片2均勻分布，射線狀向外伸展，見圖2，且各 個葉片之間有一定的間隔，做為順風旋轉時的空氣通道。每組扇葉的各個扇葉沿垂直軸的 軸向分布，且各個扇葉之間有一定的間隔，每組扇葉的各個扇葉與相鄰兩組扇葉中的扇葉 上下交錯分布。自然風可以在葉片間匯集穿流，這樣當風吹到葉片后在除對葉片產生推力 外還改變方向向兩個葉片間間隙處聚集，從而產生一定的高氣壓，如圖3所示，使兩個葉片 間的空氣氣流9的流速加快，這樣不但使前面的葉片獲得較大的風能，同時也會在葉片的 背風面形成較強的低氣壓區10，從而增大葉片的旋轉力矩。所述葉片2為長條矩形框架8，在葉片中裝有鋼絲網4，見圖1。鋼絲網4單側上 固定有橡膠板7，每片橡膠板7的自由端部貼靠到相鄰橡膠板7的固定端部。當葉片旋轉 到順風一側時，自然風吹動葉片旋轉把風能轉化成機械能，所有橡膠板7閉合并且全部貼 靠到鋼絲網上，見圖4a，增加了風阻；當葉片轉到逆風一側時，此時所有橡膠板全部順風展 開，見圖4b，減小了風阻，相對減少了機械能的損失，同時增大了風能的轉化率。
權利要求1.一種垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機，其特征在于包括鋼筒、中軸和葉片，中軸 通過軸承與其外部可旋轉的鋼筒聯接，葉片安裝在鋼筒的柱面上，所述鋼筒的直徑大于Im 并且小于細，所述葉片端部與葉片端部之間、葉片端部與鋼筒端部之間通過鋼筋聯接。
2.如權利要求1所述風力發電機，其特征在于所述葉片水平、分層安裝在旋轉鋼筒的 柱面上，每層葉片均勻分布，射線狀向外伸展。
3.如權利要求2所述風力發電機，其特征在于所述分層安裝的葉片由下至上第1，3， 5,7……奇數層的葉片軸向對齊，第2，4，6，8……偶數層葉片軸向對齊，而且奇數層和偶數 層的葉片不在一條垂線上，錯開安裝，兩層葉片前后水平距離相等，由此形成葉片之間的間 隔。
4.如權利要求2所述風力發電機，其特征在于所述葉片為多層。
5.如權利要求2所述風力發電機，其特征在于所述每層葉片數量為六個。
6.如權利要求1至5中之一所述風力發電機，其特征在于所述葉片為長條矩形框架， 在葉片中裝有鋼絲網，所述鋼絲網單側上固定有多片柔彈性非金屬板，所述柔彈性非金屬 板的其中一端為固定端，另一端為自由端。
7.如權利要求6所述風力發電機，其特征在于所述每片非金屬板的自由端部貼靠到 相鄰非金屬板的固定端部。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直軸旋轉鋼筒多葉片風力發電機，包括鋼筒、中軸和葉片，中軸通過軸承與其外部可旋轉的鋼筒聯接，葉片安裝在鋼筒的柱面上，所述鋼筒的直徑大于1m并且小于4m，所述葉片端部與葉片端部之間、葉片端部與鋼筒端部之間通過鋼筋聯接。本實用新型具有結構簡單、噪聲污染小和風能轉化率高的特點。
文檔編號F03D9/00GK201858089SQ20102062669
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者張國欣, 張達匯 申請人:張國欣, 張達匯