一种包含叶齿的s型垂直轴风力机风轮的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种垂直轴S型风力机的专用风轮。
【背景技术】
[0002] 垂直轴S型风力机由于结构简单、制造和维护成本低、不受风向限制、在小尖速比 下的气动性能优于水平轴风力机风轮等优点，目前在城市公共照明、电信基站、高速公路等 各种中小型风力发电系统中被广泛使用。但传统的垂直轴S型风力机风轮是由两个形状相 同的半圆形叶片组成，风能利用效率通常低于0. 15,与风能极限利用效率0. 593有较大差 距，制约了其进一步的推广使用。
[0003] 围绕进一步提升垂直轴S型风轮气动性能的目标，国内外学者进行了 一列研 究，主要工作集中在优化风轮基本外形、添加辅助结构和设计混合型风轮系统等方面。 Μ. H. Mohamed等人采用两个半圆形叶片方案，通过增加引导流板和优化布局，在尖速比小 于1情况下将风能利用效率提升到接近〇. 18,此外还提出了一种优化叶片方案，在尖速比 0.3~1.4的范围内，实现了风能利用效率的显著提升。Wen Tong Chong采用了多叶片 结合上下向外扩张导流端板的设计方案，在尖速比为0. 8时实现了最大气动效率为0. 19。 Burcin Deda Altan等人构造了一种封闭向前大幅扩张的流道，将气流引射到风轮前行叶 片上，并减轻风轮后行叶片的负扭矩作用，在指定流向情况下实现了风轮气动性能的大幅 度提升，但其结构相对复杂，且受风向限制。Biplab Kumar Debnath研究一种组合型垂直 轴风力机风轮，其上部为三叶片Savonius风力机，下部是三叶片Darrieus风力机。美国 专利提出的"Savonius wind turbine construction" 专利号：US7762777 和"Modified Savonius rotor"专利号：US7008171B1等都采用了优化风轮气动布局、增加各种阻流和导 流设备等的改进思路，在特定的情况下都取得了一定的有益效果，但大部分结构过于复杂， 难以在低成本推广使用。
[0004] 综上所述，目前垂直轴S型风力机风轮的气动性能仍有较大改进空间，且随着分 布式能源系统逐渐得到重视，将有更加广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 1、所要解决的技术问题：
[0006] 目前的垂直轴S型风力机气动效率较低，与风能极限利用效率0· 593有很大差距。
[0007] 2、技术方案：
[0008] 为了解决以上问题，本发明提供了一种包含叶齿的S型垂直轴风力机风轮，包括 两个完全相同、以风轮旋转中心对称布置的叶片，每个叶片由叶片内侧区域1、叶段2、叶孔 3和叶齿4组成，所述叶孔3和叶齿4为多个，所述外侧区域1被叶孔3隔断成多个叶段2， 叶段2和叶孔3交替布置，所述叶孔3和叶齿4的数量相同。
[0009] 所述的叶孔3为3-4个。
[0010] 所述的叶孔3宽度相同，用角度计量，以叶片圆心为基准，叶孔宽度为2~5°。
[0011] 每个叶段2的宽度相同，每个叶段宽度Θ Jg角度计量，以叶片圆心为基准，由下 90 - η (I 式求得：A =--771式中，η为叶孔数量；θ k为叶孔宽度。
[0012] 所述叶齿4宽度用角度计量，以叶片圆心为基准，为2~4° ;每个叶片上的叶齿 与叶孔数量相同。
[0013] 所述叶齿4紧贴并对齐在每个叶段2的最下端内壁面上，风轮弦线竖直放置为参 考系，以风轮上叶片为说明对象，按从上到下计，最后一个叶段上没有叶齿附着。
[0014] 所述叶齿4外形带有三角特征，叶齿4与叶片紧贴的曲边保持与附着壁面相同曲 率，叶齿4向着风轮中心倾斜，叶齿4其余两边为直边，由两条辅助线确定，一条辅助线是叶 齿曲边的下边界点与风轮旋转中心的连线，称为倾斜线；另一条辅助线由相邻叶孔的下边 界点与叶片圆心相连，称为气流遮蔽线；两条辅助线存在交点，称为齿高点。
[0015] 所述叶齿4的其余两边直边分别是曲边的上下两个边界点与齿高点连接形成。
[0016] 所述两个叶片交叉重叠部分的弦向距离为单个叶片弦长的15%。
[0017] 3、有益效果：
[0018] 与目前经典的垂直轴S型风力机风轮相比，本发明提供的包含叶齿的S型垂直轴 风力机风轮的风能利用效率更高，仅通过简单改进就能大幅提升性能，更加适合推广使用。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明包含三个叶齿的垂直轴S型风力机风轮的气动布局图。
[0020] 图2是本发明包含三个叶齿的垂直轴S型风力机风轮与经典S型风轮的风能利用 效率对比图。
[0021] 图3是本发明包含四个叶齿的垂直轴S型风力机风轮的气动布局图。
[0022] 图4是本发明包含三个叶齿的垂直轴S型风力机风轮与经典S型风轮的风能利用 效率对比图。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过附图和实施例来对本发明进行详细说明。
[0024] 本发明提供了一种包含叶齿的S型垂直轴风力机风轮，包括两个完全相同、以风 轮旋转中心0对称布置的叶片，每个叶片由叶片内侧区域1、叶段2、叶孔3和叶齿4组成， 所述叶孔3和叶齿4为多个，所述外侧区域1被叶孔3隔断成多个叶段2,叶段2和叶孔3 交替布置，所述叶孔3和叶齿4的数量相同。此结构保持了传统垂直轴S型风力机由两个 半圆形叶片以风轮旋转中心对称布置的基本布局，在每个叶片的外侧区域上保有多个叶 孔3,以降低后行叶片的负扭矩作用，并增加叶齿4来减轻前行叶片的正扭矩损失，从整体 上提尚风轮的气动性能。
[0025] 所述的叶孔3为3-4个。
[0026] 所述的叶孔3宽度相同，用角度计量，以叶片圆心为基准，叶孔宽度为2~5°。
[0027] 每个叶段2的宽度相同，每个叶段宽度Θ Jg角度计量，以叶片圆心为基准，由下 .9.0. - fi * Q 式求得：4 = J式中，n为叶孔数量；θ k为叶孔宽度。 /?.十丨 ，
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