專利名稱：一種垂直軸風力發(fā)電機風葉及風輪的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種垂直軸風力發(fā)電機的風葉及風輪，尤其是O型垂直軸 發(fā)風力電機的風葉及風輪。
背景技術：
目前對于公知風力發(fā)電機風輪只有o型垂直軸風力發(fā)電機風輪具有和水平
軸三槳葉風輪的效率竟爭的能力，但是這種風輪具有啟動困難，需借助外力啟 動的缺點，給這種風力發(fā)電機的普及帶來了困難。

實用新型內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本實用新型提供一種微風啟動的垂直軸風力發(fā)電機的 風葉及風輪。
為了達到上述目的，本實用新型的垂直軸風力發(fā)電機的風葉橫截面為翼型， 橫截面前緣點與后緣點之間的連接弦中點分別分布在圓心在一條垂直線上的一 系列平行截面圓上，截面圓直徑大小隨圓心沿垂直線變化呈c型樣條曲線變化， 其特征在于，所述風葉上端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線與該風
葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角為60度。特別是，所 述風葉沿所述垂直線呈螺旋上升狀。
其中，所述風葉上、中、下端橫截面弦中點所在的截面圓直徑分別具體為 1200、 2000、 1200mm，截面圓直徑沿葉片高度自上而下垂直距離每間隔225mm對 應直徑分別具體為1335、 1475.27、 1612.39、 1738.69、 1846.89、 1930.54、 1983.49、 2000、 1976.43、 1916.90、 1827.55、 1715.37、 1587.62、 1452.33、 1321. 64、 1200 mm。
進一步地，所述風葉翼型橫截面具體坐標為(1. 0000, 0. 00105 )、 ( 0. 9500，0. 00672 )、( 0. 9000， 0. 01207 )、( 0. 8000， 0. 02187 )、( 0. 7000， 0. 03053 )、( 0, 6000, 0. 03803 )、( 0. 5000， 0. 04412 )、( 0. 4000， 0. 04837 )、( 0. 3000， 0. 05002 )、( 0. 2500, 0. 04952 )、( 0. 2000, 0. 04782 )、( 0. 1500, 0. 04455 )、( 0. 1000, 0. 03902 )、( 0. 0750, 0.03500 )、 ( 0.05000， 0.02962 )、 ( 0.0250, 0.02187 )、 ( 0.0125, 0.01578 )、
(0.0000， 0.0000 )、 ( 0.0125, -0.01578 )、 ( 0.0250， -0.02187 )、 ( 0.05000， -0.02962 )、 ( 0.0750， -0.03500 )、 ( 0.1000, —0.03902 )、 ( 0.1500， -0.04455 )、
(0.2000， -0.04782 )、 ( 0.2500， —0.04952 )、 ( 0.3000, —0.05002 )、 ( 0.4000, -0.04837 )、 ( 0.5000, -0.04412 )、 ( 0.6000, -0.03803 )、 ( 0.7000， -0.03053 )、
(0.8000， -0.02187 )、 ( 0.9000， -0.01207 )、 ( 0.9500， —0.00672 )、 ( 1.0000， -0. 00105 )。
為了達到上述目的，本實用新型的垂直軸風力發(fā)電機的風輪，由風葉和輪 軸組成，該風葉橫截面為翼型，橫截面前緣點與后緣點之間的連接弦中點分別 分布在圓心在一條垂直線上的 一 系列平行截面圓上，截面圓直徑大小隨圓心沿 垂直線變化呈C型樣條曲線變化，所述風葉上端橫截面弦中點和該點所在的截 面圓圓心連線與該風葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角 為60度。
特別是，所述風輪的風葉沿所述垂直線呈螺旋上升狀。
其中，所述風輪的風葉上、中、下端橫截面弦中點所在的截面圓直徑分別 具體為1200、 2000、 1200mm,截面圓直徑沿葉片高度自上而下垂直距離每間隔 225mm對應直徑分別具體為1335、 1475. 27、1612. 39、 1738. 69、 1846. 89、 1930. 54、 1983,49、 2000、 1976.43、 1916.90、 1827.55、 1715.37、 1587.62、 1452.33、 1321.64、 1200 mm。
進一步地，所述風輪的風葉翼型橫截面具體坐標為(1.0000， 0.00105 )、 (0.9500， 0.00672 )、 ( 0.9000, 0.01207 )、 ( 0.8000, 0.02187 )、 ( 0.7000, 0. 03053 )、( 0. 6000， 0. 03803 )、( 0. 5000， 0. 04412 )、( 0. 4000， 0. 04837 )、( 0. 3000， 0. 05002 )、( 0. 2500， 0. 04952 )、( 0. 2000， 0. 04782 )、( 0. 1500， 0. 04455 )、( 0. 1000,0.03902 )、 ( 0.0750， 0.03500 )、 ( 0.05000, 0.02962 )、 ( 0.0250, 0.02187 )、 (0.0125， 0.01578 )、 ( 0.0000, 0.0000 )、 (0.0125， -0.01578 )、 ( 0.0250,
一O. 02187 )、 ( 0. 05000， -0. 02962 )、 ( 0. 0750, —0. 03500 )、 ( 0. 1000， -0. 03902 )、 (0.1500， -0.04455 )、 ( 0.2000， -0.04782 )、 ( 0.2500， -0.04952 )、 ( 0.3000，
—0.05002 )、 ( 0.4000， -0.04837 )、 ( 0.5000, -0.04412 )、 ( 0.6000， —0.03803 )、 (0.7000, -0.03053 )、 ( 0.8000， -0.02187 )、 ( 0.9000, —0.01207 )、 ( 0.9500，
-0. 00672 )、 ( 1. 0000, —0. 00105 )。
其中，所述風葉沿共同的截面圓圓心點連線構成中心線的輪軸上分布，并 且風葉的橫截面弦與該弦中點和該點所在截面圓圓心連線的夾角呈95.2度設置。
風葉制成的風輪，沿垂直軸方向，風葉從下到上構成扭曲式，各方向來風時， 風葉在垂直風向受風面均能產(chǎn)生傾斜扭矩，因此，風輪可以在低風速下自啟動 旋轉。

圖1
.示意圖
圖2是圖1所示實施例的橫截面位置示意圖。 圖3是本實用新型垂直軸風力發(fā)電機的風輪實施例的俯視示意圖。 圖4是圖3所示實施例的主視示意圖。
具體實施方式
作進一步詳細"^兌明。 本實用新型
如圖1所示，本實用新型的垂直軸風力發(fā)電機的風葉橫截面為翼型，本實用新型所指的翼型是機翼的流線型橫截面，此種形狀橫截面的風葉在空氣流動 時得到的升力分布為鳥翼狀，升力可以為風葉轉動提供動力，本實用新型的風
葉橫截面可以為任意翼型，但如下坐標描述時效果最好，(1.0000, 0.00105 )、
(0.9500, 0.00672 )、 ( 0.9000, 0.01207 )、 ( 0.8000, 0.02187 )、 ( 0.7000， 0. 03053 )、( 0. 6000, 0. 03803 )、( 0. 5000, 0. 04412 )、( 0. 4000, 0. 04837 )、( 0. 3000， 0. 05002 )、( 0. 2500, 0. 04952 )、( 0. 2000, 0. 04782 )、( 0. 1500, 0. 04455 )、( 0. 1000， 0.03902 )、 ( 0.0750， 0.03500 )、 ( 0.05000， 0.02962 )、 ( 0.0250， 0.02187)、
(0.0125, 0.01578 )、 ( 0.0000， 0.0000 )、 ( 0.0125, —0.01578 )、 ( 0.0250, -0. 02187 )、 ( 0. 05000， -0. 02962 )、 ( 0. 0750, —0. 03500 )、 ( 0. 1000, —0. 03902 )、
(0.1500， —0.04455 )、 ( 0.2000， -0.04782 )、 ( 0.2500， -0.04952 )、 ( 0.3000， —0.05002 )、 ( 0.4000， —0.04837 )、 ( 0.5000, -0.04412 )、 ( 0.6000， -0.03803 )、
(0.7000， -0.03053 )、 ( 0.8000， —0.02187 )、 ( 0.9000， -0.01207 )、 ( 0.9500， -0. 00672 )、 ( 1. 0000, -0. 00105 )。
如圖1、圖2所示，橫截面前緣點與后緣點之間的連接弦中點分別分布在圓 心在一條垂直線上的一系列平行截面圓上，截面圓直徑大小隨圓心沿垂直線變 化呈C型樣條曲線變化，橫截面前緣點A，后緣點B，連接弦AB中點在截面圓 上，C型樣條曲線的設置可以使風葉只受張力，不承受離心力載荷，從而使彎曲 應力減至最小，所以葉片較輕，運行速度較高。C型樣條曲線如下列所述風葉彎 曲形狀時受力狀態(tài)最佳，風葉上、中、下端橫截面弦中點所在的截面圓直徑分 別具體為1200、 2000、 1200mm，截面圓直徑沿輪軸自上而下每間隔225mm對應直 徑分別具體為1335、 1475. 27、 1612. 39、 1738. 69、 1846. 89、 1930. 54、 1983. 49、 2000、 1976.43、 1916.90、 1827.55、 1715.37、 1587.62、 1452.33、 1321.64、 1200mm。
如圖1所示，風葉上端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線與該風 葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角為60度。風葉從底端 向上扭轉6 0度，扭轉角具體表現(xiàn)為上端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線與該風葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角為60度。 扭曲60度角結構的設置能有效減小風葉在運行中的阻力矩，使各個方向的來風 均能在風葉垂直風向受風面產(chǎn)生更大的傾斜扭矩，更大限度利用風能啟動，從 而使風輪在低風速下自啟動旋轉。
風葉螺旋上升狀的設置形成垂直軸推進器，通過葉片轉動形成的空氣流動 推動葉片轉動。
如圖3和圖4所示，本實用新型的垂直軸風力發(fā)電機風輪由三片(不限于 三片，圖示為三片)風葉IO、 20、 30和輪軸2構成，輪軸2上設置有6根輪輻 3，用于將風葉固定連接在輪軸2上，風葉10、 20、 30上下兩端分別與輪輻3 的端部連接，輪軸2的中心線為三片風葉共同的截面圓(風輪旋轉面)圓心點 連線，此種設置力臂最大，即可獲得的動力矩最大；風葉的橫截面前緣點與后 緣點之間的連接弦與該弦中點和該點所在截面圓圓心連線的夾角呈95. 2度設置 (如圖2所示)，在安裝風葉時，須對每片風葉的翼片按同一旋轉方向，以風葉 自身軸為旋轉過一個給定的角度，使每個風葉的橫截面弦與風輪旋轉平面形成 一個安槳角0>為95. 2度，此安槳角可以使風的發(fā)電效率最高。
當氣流流經(jīng)風輪時，在風葉10、 20和30上分別產(chǎn)生動力。將動力分解成 沿氣流方向的阻力及垂直氣流方向的升力。阻力對風輪面形成正面壓力，而升 力就對風輪轉軸產(chǎn)生轉動力矩，從而使風輪轉動起來，本實用新型風葉扭曲結 構的設置使各方向的來風均能在風葉垂直風向受風面產(chǎn)生傾斜扭矩，更大限度 利用風能啟動，螺旋狀結構的設置形成垂直軸推進器，通過葉片的轉動形成空 氣流動推動葉片轉動，風輪可以在低風速下自啟動旋轉，實際測試表明，在風 速達到2. 3米/秒時，風輪即可旋轉，風速達到12. 5米/秒時，風輪達到額定輸 出轉矩，此時風輪轉速達到486轉/分鐘。
本實用新型不局限于上述實施方式，不論在其形狀或結構上做任何變化， 凡是利用上述結構的垂直軸風力發(fā)電機的風葉及風輪或其變形，均應認為落在 本實用新型保護范圍之內(nèi)。
權利要求1、一種垂直軸風力發(fā)電機風葉，橫截面為翼型，橫截面前緣點與后緣點之間的連接弦中點分別分布在圓心在一條垂直線上的一系列平行截面圓上，截面圓直徑大小隨圓心沿垂直線變化呈C型樣條曲線變化，其特征在于，所述風葉上端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線與該風葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角為60度。
2、 如權利要求1所述的垂直軸風力發(fā)電機風葉，其特征在于，所述風葉沿 所述垂直線呈螺旋上升狀。
3、 如權利要求2所述的垂直軸風力發(fā)電機風葉，其特征在于，所述風葉上、 中、下端橫截面弦中點所在的截面圓直徑分別具體為:1200、 2000、 1200mm,截面 圓直徑沿葉片高度自上而下垂直距離每間隔225mm對應直徑分別具體為1335、 1475.27、 1612.39、 1738,69、 1846.89、 1930.54、 1983.49、 2000、 1976.43、 1916.90、 1827.55、 1715.37、 1587.62、 1452.33、 1321.64、 1200 mm。
4、 如權利要求1或2或3所述的垂直軸風力發(fā)電機風葉，其特征在于，所 述風葉翼型橫截面具體坐標為(1.0000， 0.00105 )、 ( 0.9500, 0.00672 )、(0.9000, 0.01207 )、 ( 0.8000, 0.02187 )、 ( 0.7000， 0.03053 )、 ( 0.6000, 0. 03803 )、( 0. 5000， 0. 04412 )、( 0. 4000， 0. 04837 )、( 0. 3000， 0. 05002 )、( 0. 2500, 0. 04952 )、( 0. 2000， 0. 04782 )、( 0. 1500, 0. 04455 )、( 0. 1000, 0. 03902 )、( 0. 0750, 0.03500 )、 ( 0.05000， 0.02962 )、 ( 0.0250， 0.02187 )、 (0.0125， 0.01578 )、(0.0000, 0.0000 )、 (0.0125， -0.01578 )、 ( 0.0250， —0.02187 )、 ( 0.05000, —0.02962 )、 ( 0.0750, -0.03500 )、 ( 0.1000， -0.03902 )、 ( 0.1500, -0.04455 )、(0.2000, -0.04782 )、 ( 0.2500, —0.04952 )、 ( 0.3000， -0.05002 )、 ( 0.4000, -0.04837 )、 ( 0.5000， -0.04412 )、 ( 0.6000， -0.03803 )、 ( 0.7000, -0.03053 )、(0.8000， -0.02187 )、 ( 0.9000, -0.01207 )、 ( 0.9500, —0.00672 )、 ( 1.0000， -O. 00105 )。
5、 一種垂直軸風力發(fā)電機風輪，由風葉和輪軸組成，其特征在于，該風葉 橫截面為翼型，橫截面前緣點與后緣點之間的連接弦中點分別分布在圓心在一條垂直線上的一系列平行截面圓上，截面圓直徑大小隨圓心沿垂直線變化呈C 型樣條曲線變化，所述風葉上端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線與該風葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角為60度。
6、 如權利要求5所述的垂直軸風力發(fā)電機風輪，其特征在于，所述風葉沿 所述垂直線呈螺旋上升狀。
7、 如權利要求5所述的垂直軸風力發(fā)電機風輪，其特征在于，所述風葉上、 中、下端橫截面弦中點所在的截面圓直徑分別具體為1200、 2000、 1200mm,截面 圓直徑沿葉片高度自上而下垂直距離每間隔225mm對應直徑分別具體為1335、 1475.27、 1612.39、 1738.69、 1846.89、 1930.54、 1983.49、 2000、 1976.43、 1916.90、 1827.55、 1715.37、 1587.62、 1452.33、 1321.64、 1200 mm。
8、 如權利要求5所述的垂直軸風力發(fā)電機風輪，其特征在于，所述風葉翼 型橫截面具體坐標為(1.0000, 0.00105 )、 ( 0.9500, 0.00672 )、 ( 0.9000, 0. 01207 )、( 0. 8000， 0. 02187 )、( 0. 7000， 0. 03053 )、( 0. 6000， 0. 03803 )、( 0. 5000， 0. 04412 )、( 0. 4000， 0. 04837 )、( 0. 3000， 0. 05002 )、( 0. 2500， 0. 04952 )、( 0. 2000， 0.04782 )、 ( 0.1500, 0.04455 )、 ( 0.1000, 0.03902 )、 ( 0.0750， 0.03500 )、(0.05000, 0.02962 )、 ( 0,0250， 0.02187 )、 ( 0.0125, 0.01578 )、 ( 0,0000, 0.0000 )、 (0,0125， -0.01578 )、 ( 0.0250, -0.02187 )、 ( 0.05000, —0.02962 )、(0.0750， -0.03500 )、 ( 0.1000， -0.03902 )、 ( 0.1500, -0.04455 )、 ( 0.2000， -0.04782 )、 ( 0.2500, —0.04952 )、 ( 0.3000, -0.05002 )、 ( 0.4000, -0.04837 )、(0.5000， -0.04412 )、 ( 0.6000, -0.03803 )、 ( 0.7000， -0.03053 )、 ( 0,8000， -0.02187 )、 ( 0.9000， —0.01207 )、 ( 0.9500, -0.00672 )、 ( 1.0000， -0.00105 )。
9、 如權利要求5、 6、 7或8所述的垂直軸風力發(fā)電機風輪，其特征在于， 所述風葉沿共同的截面圓圓心點連線構成中心線的輪軸上分布，風葉的橫截面 弦與該弦中點和該點所在截面圓圓心連線的夾角呈95. 2度設置。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直軸風力發(fā)電機風葉及風輪，為解決現(xiàn)有技術中垂直軸風力發(fā)電機風輪不能自行啟動等問題而發(fā)明。本實用新型的垂直軸風力發(fā)電機風葉橫截面為翼型，所述橫截面前緣點與后緣點之間的連接弦中點分別分布在圓心在一條垂直線上的一系列平行截面圓上，截面圓直徑大小隨圓心沿垂直線變化呈C型樣條曲線變化，所述風葉上端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線與該風葉下端橫截面弦中點和該點所在的截面圓圓心連線的夾角為60度。上述扭轉結構的垂直軸風力發(fā)電機風葉及采用該風葉制成的風輪，對于各方向的來風風葉在垂直風向的受風面均能產(chǎn)生傾斜扭矩，因此，風輪可以在低風速下自啟動旋轉。
文檔編號F03D3/06GK201228613SQ20082012684
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權日2008年7月2日
發(fā)明者昀 劉, 宋漢軍, 克 尼 申請人:北京希翼新興能源科技有限公司