[其他]風能轉換裝置

無效

• 申請號: 86103147
• 申請日: 1986-04-03
• 公開（公告）號: CN1004092B
• 公開（公告）日: 1989-05-03
• 發明（設計）人: 邁克爾·馬丁
• 申請（專利權）人: 赫脫轉動體有限公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李曉舒

一種風能轉換裝置具有一個帶垂直旋轉軸的轉子，它在每個轉子臂上裝有垂直的推進葉片，該葉片可圍繞一個靠近葉片前緣安置的垂直軸自由旋轉。在一個突出于葉片前緣前面的葉片前端內配置有一個平衡塊。推進葉片和平衡塊整個組成體的重心位于推進葉片的旋轉軸之前。推進葉片做成非對稱翼型，它可在轉子每轉一圈過程中適應各個理想的安裝角。該風能轉換裝置在中等的和小的高速系數下也有高的效率，并能自行啟動。

本發明涉及到一種風能轉換裝置，它具有一個帶垂直旋轉軸的轉子，還至少有一個近似垂直的推進葉片，該葉片總是安裝在至少一個轉子臂上，而該臂則可圍繞一個近似垂直的旋轉軸自由旋轉，該風能轉換裝置還具有一個與推進葉片剛性連接的、沿旋轉方向設置在葉片前面的平衡塊。

帶垂直轉子旋轉軸的風能轉換裝置已知有多種結構型式。這類結構呈現的優點是，它們與風向無關，并由于在風向變化時不需要調整，因此用較少的造價就可制造。這類風能轉換裝置的基本缺點在于，推進葉片的迎風角在轉子每轉一圈時連續地在一個最大值與一個最小值之間發生變化。這種迎風角的變化，隨著高速系數的降低而增加。此外高速系數是指風速與轉子圓周速度的比值。

機械的或者其他強制性控制裝置機械方面耗費大、并需要較多的能耗，因為轉子每轉一圈，都要改變推進葉片的安裝角以適應迎風角。此外，這種控制必須考慮到當時的風向。

一種在轉子臂上剛性安裝的推進葉片，因而不需要安裝角適應迎風角的變化，致使風能轉換裝置的效率明顯地減小，因為在推進葉片上要產生一個最大可能的推動力，只有在安裝角對于當時瞬間迎風角而言是最佳值時才有可能。不對稱的翼型可產生一個較大的推進力，并使轉子有較高的效率，但不能在小的高速系數范圍內應用，因為在迎風角度變化較大時，會使氣流全部分離。因此到目前為止，在這個范圍內只有對稱翼型才能應用，但是效率是很低的。對稱翼型在小的到中等的高速系數范圍內還存在的缺點在于，迎風角的變化至少導致部分氣流分離，從而在部分失去推力的情況下導致流動阻力增加，結果使風能轉換裝置的總效率明顯下降。

前面所述的一種已知風能轉換裝置（西德展出說明書DE-AS2602380），其安裝在轉子臂上的推進葉片是可自由旋轉的，因此就使推進葉片在轉子每轉一圈時能適應不斷變化的迎風角。因為推進葉片的旋轉軸大約位于葉片的前緣，因而是在葉片重心的前面，為此在旋轉軸的前面配置有一個抵消離心力影響的平衡塊，使得旋轉軸處于推進葉片和平衡塊整個組成體的重心。

在這種已知的風能轉換裝置中，與轉速有關的離心力就此不會對推進葉片的安裝角產生影響;安裝角只是在氣流動力作用下適應于某個數值，但該值并不能產生理想的推進力，也就沒有滿意的效率。因此，這種已知風能轉換裝置的推進葉片也只能做成對稱的翼型，也就只能產生很不理想的效率。

因此本發明的任務是設計一種屬于前面所述類型的風能轉換裝置，它能保證自行啟動，并能取得滿意的效率，尤其是在小的和中等的高速系數的情況下。

按照發明解決這個任務的措施是，使推進葉片具有一種非對稱的翼型，還使推進葉片和平衡塊整個組成體的重心沿旋轉方向位于旋轉軸的前面。

整體重心偏轉于旋轉軸前面將導致，推進葉片隨著轉數增加試圖占有一個較大的安裝角。氣流動力克服增加轉速時由于離心力作用所產生的力;在某種力平衡情況下，推進葉片對每個瞬間迎風角總是占有一個有利的安裝角。由此并通過現在可能應用一種非對稱翼型，就使效率有一個顯著的提高。

作用于非對稱翼型上的氣動升力和氣動力矩在鄰近氣流范圍內和迎風角成線性關系。同時有一個離心力作用在推進葉片上。因為氣動升力、葉片力矩和離心力都取決于當時速度的二次冪，則在每個速度也就是在每個旋轉時出現的迎風角都會有一個平衡，也可通過偏置平衡塊來影響這個平衡。在中等的直至小的高速系數范圍內還能可靠地避免氣流分離，這是因為使安裝角能隨各種迎風氣流情況而變所致。首先有可能的是，采用與對稱翼型相比具有明顯效率增益的非對稱翼型，因為在相同迎風角情況下能達到高得多的升力系數。