一种垂直轴风力发电装置的制作方法

本发明涉及风力发电设备，尤其是指一种垂直轴风力发电装置。

背景技术：

1、垂直轴风力发电机主要根据工作原理分为两大类：阻力型和升力型。这两类风力发电机在结构、性能和应用环境上各有特点：

2、一、阻力型风力发电机主要利用空气流过叶片时产生的阻力来驱动风轮旋转。这类风力发电机的叶片设计往往具有不对称性，以便在迎风时产生不同的阻力，从而形成一个绕中心轴的力矩，驱动风轮旋转。主要类型包括：

3、1.风杯式风力机：如savonius风力机，其叶片形状特殊，迎风面大于背风面，当风吹过时，迎风面受到的阻力大于背风面，从而产生旋转力矩。这种风力机结构简单，启动力矩大，但风能利用效率较低。

4、2.屏障平板式风力机：在风轮的一侧装有挡风屏障，使风在通过屏障时绕流，对叶片产生不对称的推力，从而驱动风轮旋转。这种风力机需要可旋转的屏障来适应风向变化。

5、3.平板摆转式风力机：叶片可绕叶片轴旋转，并有限制转动角度的挡杆。当风吹向风叶转子时，下侧叶片在风力作用下转动并受到持续推力，使风轮旋转。这种风力机在较低风速时也能旋转，效率相对较高。

6、二、升力型垂直轴风力发电机则主要利用空气流过叶片时产生的升力来驱动风轮旋转。这类风力发电机的叶片剖面多为翼型，能够更有效地捕获风能。

7、主要类型包括：

8、1.达里厄式风轮：由法国g.j.m达里厄于19世纪30年代发明，并在20世纪70年代得到大量研究。其叶片以弧形排列，具有较低的启动力矩但较高的尖速比，能够在给定风轮重量和成本下提供较高的功率输出。这种风力发电机有多种变体，如φ型、δ型、y型和h型等。

9、2.马格努斯效应风轮：由自旋的圆柱体组成，当圆柱体在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。这种风力发电机具有独特的工作原理和应用场景。

10、垂直轴风力发电机在利用风能转换成电力方面具有一定的优势，但同时也存在一些显著的缺点，如下：

11、1.启动性能指标较差：相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的启动性能通常较差。这主要是因为其叶片设计和风力捕获效率在某些风速条件下不够理想，导致在较低风速时难以启动或达到稳定的运行状态。

12、2.输出效率低：在叶片旋转过程中，垂直轴风力发电机的某些位置可能会产生负力矩，这会影响风机的整体输出效率。此外，其风能转换效率相对较低，部分原因是叶片设计未能充分利用所有方向的风能，导致能量损失。

13、3.抗震动问题：垂直轴风力发电机，特别是大型机组，面临着较为严重的抗震动问题。风力的不稳定性以及机组自身的结构特点可能导致振动加剧，影响设备的稳定性和使用寿命。

14、4.输出功率波动大：由于风力的实时变化性和不确定性，垂直轴风力发电机的输出功率容易产生波动。这种不稳定性使得风力发电在并网时面临挑战，需要采取额外的措施来稳定输出功率，以确保电网的稳定运行。

15、5.维护成本高：垂直轴风力发电机的维护成本相对较高。这主要是由于其结构复杂、部件众多且易受环境因素影响。为了确保风机的正常运行和延长使用寿命，需要定期进行维护和检修。

16、综上所述，垂直轴风力发电机面临着启动性能差、输出效率低、抗震动问题、输出功率波动大以及维护成本高等缺点。在未来的发展中，需要针对这些缺点进行技术改进和创新，以提高垂直轴风力发电机的整体性能和经济效益。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：一种垂直轴风力发电装置，旨在提高风能转换效率。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种垂直轴风力发电装置，包括：发电机、风轮、环形导流片及导流锥体；所述发电机上设有主轴，所述主轴的下端与发电机连接；所述风轮包括轮毂及设在轮毂四周的多片叶片，所述主轴的上端与轮毂连接；所述导流锥体上端设有开口，所述导流锥体上设有多片导流板，多片导流板沿着导流锥体外侧竖向均匀设置，相邻导流板之间形成导流槽；所述环形导流片套设在导流板上，所述发电机套设在导流锥体内，所述风轮从导流锥体的上端开口伸出。

3、进一步的，所述导流锥体的侧面的横截面为90度夹角的弧形。

4、进一步的，所述导流板为90度夹角的弧形。

5、进一步的，所述环形导流片为从上到下直径逐渐增大的环状薄片。

6、进一步的，所述环形导流片的侧壁与水平线的夹角介于30°-60°之间。

7、进一步的，所述导流板的上端套设有多片环形导流片，下端的环形导流片的直径依次大于上端的环形导流片的直径。

8、进一步的，所述叶片呈翼形，所述轮毂呈圆柱形，多片叶片均匀设在轮毂的外圆周上。

9、进一步的，所述叶片与轮毂的轴向之间形成一倾斜夹角。

10、本发明的有益效果在于：通过导流锥体的导流槽把各方向来风转换为垂直向上气流，并驱动风轮旋转，在低风速时可以启动并达到稳定的运行状态；导流锥体迎风面可以把水平来风转换为垂直向上的气流，不存在传统垂直轴风力发电机的某些位置可能会产生负力矩的情况，因此其风能转换效率相对较高；本垂直轴风力发电装置结构简单，活动部件较少，发电机位于地面，日常维护较为方便，因此总体维护成本相对较低。

技术特征：

1.一种垂直轴风力发电装置，其特征在于，包括：发电机、风轮、环形导流片及导流锥体；所述发电机上设有主轴，所述主轴的下端与发电机连接；所述风轮包括轮毂及设在轮毂四周的多片叶片，所述主轴的上端与轮毂连接；所述导流锥体上端开设有开口，所述导流锥体上设有多片导流板，多片导流板沿着导流锥体外侧竖向均匀设置，相邻导流板之间形成导流槽；所述环形导流片套设在导流板上，所述发电机套设在导流锥体内，所述风轮从导流锥体的上端开口伸出。

2.如权利要求1所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述导流锥体的侧面的横截面为90度夹角的弧形。

3.如权利要求2所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述导流板为90度夹角的弧形。

4.如权利要求1所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述环形导流片为从上到下直径逐渐增大的环状薄片。

5.如权利要求4所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述环形导流片的侧壁与水平线的夹角介于30°-60°之间。

6.如权利要求4或5所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述导流板的上端套设有多片环形导流片，下端的环形导流片的直径依次大于上端的环形导流片的直径。

7.如权利要求1所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述叶片横截面呈翼形，所述轮毂呈圆柱形，多片叶片均匀设在轮毂的外圆周上。

8.如权利要求7所述的垂直轴风力发电装置，其特征在于：所述叶片与轮毂的轴向之间形成一倾斜夹角。

技术总结本发明提供了一种垂直轴风力发电装置，包括：发电机、风轮、环形导流片及导流锥体；发电机上设有主轴，主轴的下端与发电机连接；所述风轮包括轮毂及设在轮毂四周的多片叶片，主轴的上端与轮毂连接；导流锥体上端设有开口，导流锥体上设有多片导流板，多片导流板沿着导流锥体外侧竖向均匀设置，相邻导流板之间形成导流槽；环形导流片套设在导流板上，发电机套设在导流锥体内，风轮从导流锥体的上端开口伸出。本发明的有益效果在于：通过导流锥体的导流槽把各方向的水平来风转换为垂直向上气流，并驱动风轮旋转，在低风速时可以启动并达到稳定的运行状态；不存在传统垂直轴风力发电机的某些位置可能会产生负力矩的情况，提高风能转换效率。技术研发人员：尚雨泽受保护的技术使用者：尚雨泽技术研发日：技术公布日：2024/11/14