阅读说明：本技术 一种多层交错式φ型风力机 (A kind of multi-layer intercrossed formula φ type wind energy conversion system ) 是由 柯世堂 杜琳 王晓海 孙捷 朱容宽 董依帆 王振逸 王飞天 吴鸿鑫 王硕 韩光 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多层交错式φ型风力机叶片结构,其中：包括风力机轴以及若干层横截面为机翼状的弯叶片组,这若干层弯叶片组以内外分层的方式固定在风力机轴上,每层弯叶片组均包括若干个弯叶片,弯叶片均为上端和下端均与风力机轴固定、中部向外弯折的φ型风机叶片,内层的弯叶片与外层的弯叶片错开一定角度地沿环向布设于风力机轴一周。本发明能够有效提高风捕捉能力,从而改善自启动性能,各层风力机叶片结构固定在风力机轴的位置也对称分布,可以增强结构的整体性,提升风力机轴的屈曲稳定性,提高风能的利用率,且弯叶片通过螺栓套筒与风力机轴固定,使内层风力机叶片的安装、拆除简便,便于维修。(The invention discloses a kind of multi-layer intercrossed formula φ type wind turbine blade structures, wherein: being winglike bent blades group including wind turbine shaft and several layers cross section, this several layers bent blades group is fixed on wind turbine shaft in a manner of inside and outside layering, every layer of bent blades group includes several bent blades, bent blades be top and bottom fixed with wind turbine shaft, the φ type fan blade of middle part outward bending, the bent blades of internal layer and the bent blades of outer layer are staggered and are angularly circumferentially laid in wind turbine shaft one week.The present invention can effectively improve wind capturing ability, so as to improve self-starting performance, the position that each layer wind turbine blade structure is fixed on wind turbine shaft is also symmetrical, the globality of structure can be enhanced, the buckling stability for promoting wind turbine shaft, improves the utilization rate of wind energy, and bent blades are fixed by bolt collar and wind turbine shaft, make the installation of internal layer pneumatic equipment bladess, remove simplicity, it is easy to repair.)

一种多层交错式φ型风力机

技术领域

本发明属于垂直轴风力发电机领域，尤其涉及不同旋转半径的风力机弯叶片按照一定规则排列的升力型垂直轴风力机，具体的说，涉及一种多层交错式φ型风力机。

背景技术

随着能源供应问题的日益加深，风能作为一种理想的可再生清洁能源受到人们的广泛关注。目前所使用的风力发电机主要包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有安全性好、噪音低、易安装和维护成本低等优点，在城市节能环保建设方面，拥有广大的应用前景。

传统的φ型升力风力机，在合适的风速下能有一个较好的风能捕捉能力，但在较低风速下就比较难启动，而且在某些情况的风向下，该风力机也不易启动。这会影响弯叶型垂直轴风力机的推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种改善自启动性能以及适应更多风向的一种多层交错式φ型风力机。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种多层交错式φ型风力机叶片结构，其中：包括风力机轴以及若干层横截面为机翼状的弯叶片组，这若干层弯叶片组以内外分层的方式固定在风力机轴上，每层弯叶片组均包括若干个弯叶片，弯叶片均为上端和下端均与风力机轴固定、中部向外弯折的φ型风机叶片，内层的弯叶片与外层的弯叶片错开一定角度地沿环向布设于风力机轴一周。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的每一层弯叶片组的弯叶片都与紧邻其外侧的一层弯叶片组的弯叶片交错相同的角度，记该角度为α，则弯叶片组的层数n最大为：n=[120/α]，其中n为自然数。

上述的内层的弯叶片和外层的弯叶片的横截面尺寸相同。

上述的外层的弯叶片的旋转半径与紧邻其内侧的弯叶片的旋转半径之比为3:2。

上述的各层弯叶片组的弯叶片水平方向的中心轴均位于同一水平面。

上述的相邻弯叶片组的弯叶片交错角度为15°或20°。

上述的弯叶片两端均固定安装有螺栓套筒，螺栓套筒上开设有供螺栓穿过的螺栓孔，螺栓同时穿过螺栓套筒以及风力机轴上预留的固定孔，将弯叶片固定在风力机轴上。

上述的每层弯叶片组均包括三个弯叶片，这三个弯叶片等弧度布设于风力机轴一周；相应的，弯叶片的上端和下端均与弧形片状的螺栓套筒焊接，三个弧形片状的螺栓套筒紧邻围箍于风力机轴一周。

上述的风力机轴下端固定在风力机塔架上，并能相对风力机塔架转动。

本发明的一种多层交错式φ型风力机叶片结构，设置了多层的机翼型弯叶片组，每一层的机翼型弯叶片都与紧邻其外侧的一层机翼型弯叶片交错相同的角度，该交错角度可以选取15°或20°。在交错角度不变的情况下，通过对比力矩系数的变化情况，确定可以叠加的最大层数。这种多叠加层数的风力机叶片结构，能够有效提高风捕捉能力，从而改善自启动性能，各层风力机叶片结构固定在风力机轴的位置也对称分布，可以增强结构的整体性，提升风力机轴的屈曲稳定性，提高风能的利用率，且弯叶片通过螺栓套筒与风力机轴固定，使内层风力机叶片的安装、拆除简便，便于维修。

附图说明

图1为本发明双层交错式φ型风力机的整体结构示意图，交错角度为20°；

图2为本发明双层交错式φ型风力机的俯视图，交错角度为20°；

图3为本发明三层交错式φ型风力机的整体结构示意图，交错角度为20°；

图4为本发明三层交错式φ型风力机的俯视图，交错角度为20°；

图5为螺栓固定的局部结构示意图。

附图标记为：风力机轴1、弯叶片2、螺栓套筒3、螺栓4、风力机塔架5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本实施例的一种多层交错式φ型风力机叶片结构，其中：包括风力机轴1以及若干层横截面为机翼状的弯叶片组，这若干层弯叶片组以内外分层的方式固定在风力机轴1上，每层弯叶片组均包括若干个弯叶片2，弯叶片2均为上端和下端均与风力机轴1固定、中部向外弯折的φ型风机叶片，内层的弯叶片与外层的弯叶片错开一定角度地沿环向布设于风力机轴一周。

实施例中，每一层弯叶片组的弯叶片2都与紧邻其外侧的一层弯叶片组的弯叶片2交错相同的角度，记该角度为α，则弯叶片组的层数n最大为：n=[120/α]，其中n为自然数。

实施例中，内层的弯叶片2和外层的弯叶片2的横截面尺寸相同。

实施例中，外层的弯叶片2的旋转半径与紧邻其内侧的弯叶片2的旋转半径之比为3:2。

实施例中，各层弯叶片组的弯叶片2水平方向的中心轴均位于同一水平面。

实施例中，相邻弯叶片组的弯叶片2交错角度为15°或20°。

实施例中，弯叶片2两端均固定安装有螺栓套筒3，螺栓套筒3上开设有供螺栓4穿过的螺栓孔，螺栓4同时穿过螺栓套筒3以及风力机轴1上预留的固定孔，将弯叶片2固定在风力机轴1上。

实施例中，每层弯叶片组均包括三个弯叶片2，这三个弯叶片2等弧度布设于风力机轴1一周；相应的，弯叶片2的上端和下端均与弧形片状的螺栓套筒3焊接，三个弧形片状的螺栓套筒3紧邻围箍于风力机轴1一周。

风力机轴1下端固定在风力机塔架5上，并能相对风力机塔架5转动。

如图1所示为双层交错式φ型风力机叶片结构，包括风力机轴1、弯叶片2、螺栓套筒3、螺栓4和塔架5。围绕风力机轴的内层和外层分别均匀安装3片机翼型弯叶片，各层相邻的大小相同弯叶片夹角为120°，相邻层的不同旋转半径的弯叶片的夹角为20°；内层的小叶片沿紧邻其外侧的弯叶片竖直高度的中央固定在风力机轴上，除外层以外的各内层的3个机翼型弯叶片的上下部与弧形片状的螺栓套筒焊接，3个弧形片状的套筒紧邻围箍于风力机轴一周。螺栓固定的局部结构如图3所示。

某φ型风力机三叶片的力矩系数在叶尖速比一定的情况下随旋转位置角度的变化，其总力矩系数很少有负力矩产生。当交错角度为20°时，最内层的弯叶片与最外层的弯叶片夹角为100°或20°时，风力机的层数就不宜再继续增加，一方面，继续增加的一层叶片将会与最外层叶片重叠；另一方面旋转半径的减小一定会使相应层的力矩系数减小，层数的增加会提高造价，且相应提高的力矩系数幅度也不大，不经济。

所以，在交错角度α确定的情况下。层叠层数n最大为：n=[120/α]([ ]为向下取整)

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。