一种垂直轴风力机 【技术领域】
本发明涉及风能应用领域，特别涉及一种垂直轴风力机。
背景技术
目前，应用最广泛的垂直轴风力机主要有两种不同的结构，分别是达里厄Φ型结构和达里厄H型结构。其中，达里厄Φ型结构的垂直轴风力机主要应用在大型化的场合；达里厄H型结构的垂直轴风力机主要应用在小型化的场合。
请参阅图1，图1为现有的达里厄Φ型和H型垂直轴风力机的结构示意图。如图1所示，达里厄Φ型垂直轴风力机采用的是弯叶片，该弯叶片只承受张力，不承受离心力荷载，所以使弯曲应力最小。由于叶片材料所承受的张力比弯曲应力要强，所以对于相同的总强度，湾叶片比较轻，且与采用直叶片的垂直轴风力机相比，采用弯叶片的垂直轴风力机的运行速度更高。Φ型结构的垂直轴风力机由于叶片弯曲，且叶片较长，为使叶片主要承受张力，叶片的两端均需连接在转轴上，所以要求转轴很长。由于风轮的挥舞剧烈，需要在转轴的顶端加拉索连接地面支座以固定风轮，拉索的预应力使得机械摩擦比较大。
如图1所示，H型结构的垂直轴风力机的风轮结构简单，转轴比与Φ型结构的垂直轴风力机的转轴短，叶片长度相对于同等掠风面积的Φ型垂直轴风力机的要小，不需要加拉索，启动风速要求小。但H型结构的垂直轴风力机产生的离心力会使叶片在其连接点处产生严重的弯曲应力，且叶片支撑在悬臂梁的端点，容易摆动；悬臂梁也要承受巨大的弯矩。同时，叶片需要采用横杆或拉索支撑，这些支撑将产生气动阻力，降低效率。
发明人在实现本发明的过程中发现，现有的垂直轴风力机的结构复杂、稳定性差且效率低，不利于垂直轴风力机的大型化应用。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直轴风力机，使得垂直轴风力机的结构简单、稳定性强且效率高，从而提高风能的利用系数、降低启动的风速、有利于垂直轴风力机的大型化应用。
为实现上述目的，本发明提供的方案是这样的：
本发明提供了一种垂直轴风力机，所述垂直轴风力机包括：
至少三个主叶片(1)，每个主叶片(1)中间与一个横梁(2)的一端固定连接；横梁(2)的另一端与转轴(3)顶端固定连接；一个横梁(2)与一个主叶片(1)的上下两端之间分别采用一个支撑叶片(4)固定连接，形成三角形稳定结构；转轴(3)垂直与塔架(5)相连；转轴(3)顶端伸出一个支撑轴(6)；所述支撑轴(5)与每个横梁(2)之间采用支撑杆(7)固定连接，形成三角形稳定结构；每个主叶片(1)上下两端加装翼梢小翼(8)；每个主叶片(1)的上下两端在和支撑叶片(4)的连接处沿直线伸出；每个主叶片(1)之间采用联接圈(9)固定连接，连接处为每个主叶片(1)的伸出处与翼梢小翼(8)之间。
可选地，所述每个主叶片(1)的形状为直叶片，或弯叶片，或多段叶片拼接而成。
可选地，所述主叶片(1)之间的夹角小于等于120度。
可选地，所述每个横梁(2)的形状为是圆柱管型式或桁架型式。
可选地，所述每个主叶片(1)和支撑叶片(4)之间可形成叶栅效应。
可选地，所述支撑叶片(4)的剖面为翼型。
可选地，所述联接圈(9)为圆圈，或正多边形。
与现有的垂直轴风力机相比，本发明提供的垂直轴风力机的结构简单且受力状况良好、效率高，可以提高风能的利用系数、降低启动的风速、有利于垂直轴风力机的大型化应用。
【附图说明】
图1为现有的达里厄Φ型和H型垂直轴风力机结构地侧视图；
图2为本发明提供的垂直轴风力机结构的侧视图。
【具体实施方式】
本发明提供一种垂直轴风力机，使得垂直轴风力机的结构简单、稳定性强且效率高，从而提高风能的利用系数、降低启动的风速、有利于垂直轴风力机的大型化应用。
为了便于对本发明有进一步的理解，下面结合附图对本发明提供的垂直轴风力机进行详细介绍。
请参阅图2，图2为本发明提供的垂直轴风力机结构的侧视图。如图2所示，本发明提供的垂直轴风力机可以包括：
主叶片(1)、横梁(2)、转轴(3)、支撑叶片(4)、塔架(5)支撑轴(6)支撑杆(7)翼梢小翼(8)联接圈(9)；其中
主叶片(1)的个数至少为三个，且每个主叶片(1)中间与一个横梁(2)的一端固定连接；横梁(2)的另一端与转轴(3)顶端固定连接；该转轴(3)垂直与塔架(5)相连，塔架(5)与地面接触；
一个横梁(2)与一个主叶片(1)的上下两端之间分别采用一个支撑叶片(4)固定连接，形成三角形稳定结构，可以防止主叶片(1)出现振动不稳定性，并且在形成的稳定三角形结构中，主叶片(1)和支撑叶片(4)之间可以形成叶栅效应，不仅使风轮的启动风速降低，还有力的提高了气动效率；所述支撑叶片(4)的剖面采用翼型，可以降低阻力的同时提高气动效率；
为了减轻每个横梁(2)承受的弯矩，在转轴(3)顶端伸出一个支撑轴(6)；该支撑轴(6)与每个横梁(2)之间采用支撑杆(7)固定连接，同样形成三角形稳定结构，提高了风轮的强度和稳定性；
为了有效的抑制气流的的展向分离，改善叶片的气动特性，提高风力机的效率，本发明在每个主叶片(1)上下两端加装翼梢小翼(8)；而且每个主叶片(1)的上下两端在和支撑叶片(4)的连接处沿直线伸出；每个主叶片(1)之间采用联接圈(9)固定连接，连接处为每个主叶片(1)的伸出处与翼梢小翼(8)之间，可以增强叶片的稳定性，减小叶片的摆动。
需要说明的是，所述主叶片(1)之间的夹角，是指俯视时，通过横梁与转轴(3)固定连接的相邻两个主叶片(1)之间的夹角，该夹角小于等于120度。
需要说明的是，所述每个横梁(2)的形状为是圆柱管型式或桁架型式。
需要说明的是，所述联接圈(9)可以是圆圈，或者还可以是各个主叶片(1)的叶尖直接直线连接构成的正多边形。
从图2可以看出，本发明提供的垂直轴风力机的叶片外形保持类似现有的Φ型垂直轴风力机的叶片。但本发明提供的垂直轴风力机的叶片两端不固定连接在转轴(3)上，叶片支撑在横梁(2)上，外形又类似H型，所以转轴(3)比较短。每一个主叶片(1)和一个横梁(2)之间加装辅助叶片，所述辅助叶片为支撑叶片(4)，可以形成叶栅效应；每一个主叶片(1)的上下两端还加装翼梢小翼(8)，抑制气流的展向分离；主叶片(1)之间用联接圈(9)连接，可以防止叶片因离心力过大而断裂；转轴(3)与塔架(5)相连，此类结构不需要拉索，结构更加简化。
上述对本发明提供的垂直轴风力机进行了详细的介绍，本发明提供的垂直轴风力机融合了H型和Φ型结构垂直轴风力机的主要优点，使得结构简单、且稳定性强、效率高，从而可以提高风能的利用系数、降低启动的风速、有利于垂直轴风力机的大型化应用。
以上对本发明提供的一种垂直轴风力机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。