技术领域
[0001] 本实用新型涉及
风能发电机领域，具体涉及一种垂直轴
风力节能发电机。
背景技术
[0002] 城市的快速发展，需要大量的
能源支持，能源的合理配置与利用是城市快速发展的关键所在，也是解决能源短缺问题的有效方法。
[0003] 随着新能源的发展，能源装置与城市设施的结合越来越成为
城市规划设计的重点，通过两者有效地结合，设计新方案，高效的利用能源，是能源装置在城市应用的新趋势。大量的研究数字表明，对风能的合理开发利用，不仅可以减少对环境的污染和破坏，又可以大大的减轻其他能源短缺带来的压力。
[0004] 现有的风力发电装置的原理是利用风力带动风车
叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
[0005] 虽然风能有很多成功的应用案例，但对高速公路车辆通过后产生的风能利用研究和利用未见报道和开发。
[0006] 高速公路车辆通过后产生的风比较微小，普通的风车叶片不能有效利用，
发明内容
[0007] 本实用新型针对
现有技术的不足，提供一种垂直轴风力节能发电机，在微风环境中即可启动，且不受风向的影响，捕风性能卓越。
[0008] 技术方案：
[0009] 一种垂直轴风力节能发电机，包括风轮，所述风轮包括圆形
支撑板和设置在圆形支撑板中心与圆形支撑板垂直的风轮轴，所述圆形支撑板上方还设置有多个风轮叶片和多个导流板；所述风轮叶片为弧面形，风轮叶片垂直设置在圆形支撑板上且底边与圆形支撑板相连，所述风轮叶片的一侧与风轮轴连接且另一侧向
外延伸，所述风轮叶片的高度自风轮轴侧向外递减；所述导流板设置在风轮叶片的外围，所述导流板为圆弧形板，所述风轮叶片的高度大于导流板的高度。
[0010] 进一步的，所述风轮上还设置有整流罩，所述整流罩为设置在圆形支撑板四周的环形
挡板；所述整流罩的高度与导流板的高度相同。
[0011] 进一步的，所述风轮叶片为5个，所述风轮叶片均匀分布在圆形支撑板上。
[0012] 进一步的，所述导流板为8个，所述导流板均匀分布在圆形支撑板上。
[0013] 进一步的，所述圆形支撑板的下方设置有支撑架。
[0015] 有益效果：
[0016] 1)本实用新型设计的垂直轴风力节能发电机，风轮叶片、导流板及整流罩的设计在微风环境中即可启动。
[0017] 2)风轮叶片采用了玻璃钢，
稳定性较高，可抗台风、雷雨等特殊
气候。
[0018] 3)本实用新型设计的垂直轴风力节能发电机，不受风向的影响，捕风性能卓越，具有更为优良的性能，在此
基础上发展风光互补，风电互补系统也有良好的发展，其经济性高，对环境无污染，可以补足城市能源短缺。
附图说明
[0019] 图1为本实用新型风轮的结构示意图。
[0020] 图2为本实用新型风轮的主视图。
[0021] 图中，1、风轮轴；2、风轮叶片；3、圆形支撑板；4、导流板；5、整流罩；6、支撑架；7、灯杆。
具体实施方式
[0022] 下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述
实施例。
[0023] 如图1所示，一种垂直轴风力节能发电机，包括风轮，所述风轮包括圆形支撑板3和设置在圆形支撑板3中心与圆形支撑板3垂直的风轮轴1，所述圆形支撑板3上方还设置有5个风轮叶片2和8个导流板4；
[0024] 所述风轮叶片2为弧面形，风轮叶片2垂直设置在圆形支撑板3上且底边与圆形支撑板3相连，所述风轮叶片2的一侧与风轮轴1连接且另一侧向外延伸，所述风轮叶片2的高度自风轮轴1侧向外递减，所述风轮叶片2均匀分布在圆形支撑板3上；
[0025] 所述导流板4设置在风轮叶片2的外围，所述导流板4为圆弧形板，所述导流板4均匀分布在圆形支撑板3上。
[0026] 所述风轮叶片2的高度大于导流板4的高度。
[0027] 如图2所示，所述风轮上还设置有整流罩5，所述整流罩5为设置在圆形支撑板3四周的环形挡板；所述整流罩5的高度与导流板4的高度相同。
[0028] 整流罩5和导流板4形成的气流收缩通道
加速了气流在通道内的流速。同时气流经过整流罩5对风向的调整，整体流像迎风轮叶片2凹面的气流增多，风轮叶片2凸面的气流大大减少，从而风轮能产生更大的
扭矩，因此在较低风速下仍能自启动，提高了可利用风速范围，在相同风速下，风机效率更高，且整流罩5对风轮叶片2压力低，不会对风轮叶片2造成损害。
[0029] 所述圆形支撑板3的下方设置有支撑架6。所述垂直轴风力节能发电机与灯杆7等装置连接时，通过支撑架6固定。
[0030] 风轮叶片2的材质为玻璃钢。
[0031] 玻璃钢是由塑料
纤维的增强塑料制成，增强塑料可以是环
氧树脂或其渗透有玻璃纤维或者具有不同的长度
碳纤维和不饱和树脂。该增强塑料具有强度高，重量轻和耐老化性能。叶片表面可以用玻璃纤维和
环氧树脂缠结，而其他部分填充有
泡沫。泡沫的作用是保证其稳定而重量下降，从而使叶片增加风俘获区域，同时满足
刚度。
[0032] 风力节能发电机的
塔架使用具有高强度，耐高温性，耐
腐蚀性和摩擦阻力的
碳纤维复合材料。
[0033] 风力节能发电机的内部结构主要以
不锈钢为主。
[0034] 垂直轴风力节能发电机为阻力型发电机，主要是利用空气流过风轮叶片产生的阻力作为驱动力的。由于风力
发动机的风轮叶片在迎风方向形状不对称，引起
空气阻力不同，从而产生一个绕中
心轴的力矩，使风轮转动。
[0035] 无论在空间较广或空间较小的风环境下都能最大限度的发挥风电转化效率这一功能，通过设施在结构上的可调节、替换等方式实现最大的捕风效果、最小的风资源浪费，实现
可再生能源的充分利用。随着我国高速公路的建设的大力发展，对高速公路沿线的机电设备和供电系统的要求越来越高，供电系统也逐渐向新型供电方式发展。
[0036] 所述风力节能发电机理论设计计算：
[0037] 对风力节能发电机在运转过程中进行受力分析，叶片截面为半圆，不考虑风轮叶片2重叠率，只考虑迎风风轮叶片所受力，而不考虑背风风轮叶片的受力。此时处于第一象限的叶片在圆心处的来流风速为V，叶片旋转线速度U，为：
[0038] a＝(V-Un)/V
[0039] 此时风力节能发电机的功率为：Pc＝F1·Un＝1/2ρACd(V-Un)2·Un＝1/2ρACdV3a2(1-a)
[0040] 风力节能发电机的风能利用率C，为风力机功率与无穷远处风速风轮叶片2扫风面积上产生的功率之比：
[0041]
[0042] 式中
[0044] D——圆弧风轮叶片直径(m)；
[0045] ρ——空气
密度(1.225kg/m3)；
[0046] A——叶轮扫风面积(m2)；
[0047] Cd——圆弧风轮叶片阻力系数；
[0048] Pc——风轮的平均输出功率(W)；
[0050] 有整流罩的风力节能发电机
叶尖速比h以及风能利用率Cp的定义式如下:
[0051]
[0052]
[0053] 式中:
[0054] A——叶轮扫风面积；
[0055] V——无穷远处来流风速；
[0056] R——叶轮半径。
[0057] 其他条件相同情况下，对于有、无整流罩的风力节能发电机进行分析得出结论:没有整流罩风力机的最大Cp值为15％，Cp所对应的尖速比是0.41，叶轮的有效尖速比范围为0.198～0.691。安装整流罩的风力机的Cp最大值为35％，所对应的叶尖速比为0.76，叶轮的有效尖速比范围为0.55～1.02。由此可以得出：在安装整流罩后，不仅提高了风力机节能发电机最大风能利用率，还提高了最大风能利用率所对应的叶尖速比，即提高了风力机节能发电机最佳工作状态下的风速值。
[0058] 组成增速风洞最佳的导流板的数目为8，其截面为弧形且在叶轮四周均匀分布以形成增速风洞。
[0059] 叶轮工作时，正向凹面风轮叶片产生正向力矩，背向凸面风轮叶片产生反向力矩，气流通过增速风洞后，风向被改变，作用在背向凸面叶片上的气流减少，作用在正向凹面叶片上的气流增多，这使得叶轮产生的正向力矩增大，反向力矩减小。
[0060] 从上面的分析可知，有整流罩的风力节能风力机与Savonius型风力机相比，其优点在于整流罩5可以增加入流风速和提高叶轮转速，并且整流罩可以调整入流方向，气流通过风洞后偏向产生正向力矩的叶片，同时减少气流流向产生反向力矩的叶片，从而提高风力机效率。
[0061] 本实用新型的风力节能发电机既改善了风力机在低风速下发电的难题，又考虑到目标用户的经济承受能力，相信配以国家对风电大力度投入和对小型风电技术的政策支持，以该风机为代表的小型风力发电机一定能够在城市及偏远地区得到推广和应用。
[0062] 如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附
权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。
