本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力機塔架，尤其是一種可以減弱垂直軸風(fēng)力機塔架和葉片之間相互作用及塔架對下游葉片的激蕩作用的分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架。

背景技術(shù)：

垂直軸風(fēng)力機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、制造成本相對較低、風(fēng)能利用率較高、氣動噪聲小和無需對風(fēng)裝置等優(yōu)點使其應(yīng)用越來越廣。

目前垂直軸風(fēng)力機塔架主要為圓筒形薄壁結(jié)構(gòu)。在葉輪旋轉(zhuǎn)過程中，葉片的角度不斷變化，葉片與塔架的相互作用不僅改變了塔架和葉片的繞流情況，而且對塔架和葉片的激振作用也相應(yīng)地增加。對于垂直軸風(fēng)力機，中心的圓柱形塔架橫截面積較大，所以葉片與塔架之間的具有很強的干涉效應(yīng)。上游的葉片在不同位置時，會產(chǎn)生不同大小的脫落渦以及尾跡虧損，對下游的塔架產(chǎn)生激蕩作用。同樣，中心的塔架也會對塔架下游的葉片產(chǎn)生激蕩作用。

經(jīng)檢索，目前大多采用不同形狀的橫截面外圈來減弱尾跡旋渦和塔影效應(yīng)，如“一種風(fēng)力發(fā)電機組塔架筒體”（公開號：CN 202023701 U），通過帶有凹坑和凸包的橫截面外圈結(jié)構(gòu)來減小尾流旋渦。氣流繞過這樣的筒體結(jié)構(gòu)之后，轉(zhuǎn)捩提前，流動中的湍流能增加，使氣流在筒體上附著流動的面積增大，邊界層分離推遲，尾跡旋渦區(qū)域減小。但在正常工作時，塔架迎風(fēng)側(cè)的凹坑會受到更大的阻力，使得塔架整體受力反而增大，振動和噪聲隨之而增大，不利于風(fēng)力機安全穩(wěn)定運行。于是，保留塔架原有的光滑圓柱面，合理地在塔架上打一組分形孔，是一種減弱垂直軸風(fēng)力機塔架和葉片之間相互作用的有效手段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架，以解決葉片與塔架間的相互作用及塔架對下游葉片的激蕩作用等問題，從而提高風(fēng)力機運行穩(wěn)定性，減少其功率損失，提高風(fēng)能利用率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架，包括圓柱薄壁的塔架主體、上下支撐架、葉片，塔架主體上部通過上下支撐架安裝葉片，位于上下支撐架之間的所述塔架主體四周均勻陣列分布分形孔，使經(jīng)過上游葉片的風(fēng)一部分從分形孔中穿過，破壞塔架上游葉片的脫落渦和塔架下游的尾流旋渦，從而減弱塔架自身的振動、葉片和塔架間的相互作用及塔架對下游葉片的激蕩作用；上下兩層分形孔結(jié)構(gòu)之間設(shè)置加強節(jié)，用于彌補分形孔引起塔架強度的降低。

每個分形孔均為正方形。所述加強節(jié)為圓環(huán)狀。

本發(fā)明的有益效果：通過分布在塔架上部的分形孔，讓經(jīng)過上游葉片的風(fēng)一部分從塔架分形孔中穿過，這部分的風(fēng)可以破壞塔架上游葉片的脫落渦和塔架下游的尾流旋渦，從而減弱塔架自身的振動、葉片和塔架間的相互作用及塔架對下游葉片的激蕩作用；兩層分形孔結(jié)構(gòu)之間設(shè)有加強節(jié)以彌補分形孔引起塔架強度的降低。本發(fā)明不需附加結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的塔架主體半剖視圖；

圖3為本發(fā)明的塔架主體局部剖視圖；

圖4為本發(fā)明的分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖5為本發(fā)明的分形孔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架工作原理圖；

其中：（a）為無分形孔，（b）為有分形孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明專利的保護范圍。

如圖1至圖5所示， 一種分形結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)力機塔架，包括圓柱薄壁的塔架主體1、分形孔2、加強節(jié)3、葉片4，上下支撐架6。

塔架主體1上部通過上下支撐架6安裝葉片4，位于上下支撐架6之間的所述塔架主體1四周均勻陣列分布分形孔2，上下兩層分形孔2結(jié)構(gòu)之間設(shè)置加強節(jié)3。加強節(jié)3為圓環(huán)狀。如圖5所示，每個分形孔2均為正方形。

如圖6（a）所示，當塔架主體1上沒有分形孔2時，塔架主體1在風(fēng)場中可視為一般圓柱繞流。上游葉片在不同位置時產(chǎn)生的脫落渦和尾跡虧損會引起塔架的振動和氣動噪聲。當來流風(fēng)5速度較小時，幾乎無流動分離；隨著來流風(fēng)速的增加，塔架主體1下游的旋渦開始出現(xiàn)不穩(wěn)定地擺動；來流風(fēng)速繼續(xù)增加，旋渦交替從塔架主體1上脫落，兩邊的旋轉(zhuǎn)方向相反，隨流而下，在塔架1下游形成一定規(guī)則的、交叉排列的渦，稱為卡門渦街。這種渦會對下游葉片產(chǎn)生一定影響，且渦街交流脫落會產(chǎn)生振動和噪聲，不利于風(fēng)力機安全穩(wěn)定運行。

如圖6（b）所示，當塔架主體1上有分形孔2時，從分形孔2穿過的氣流會破壞上游葉片的脫落渦及卡門渦街的形成，從而減弱塔架振動和氣動噪聲、葉片4與塔架主體1間的相互作用及塔架主體1對下游葉片的激蕩作用，提高風(fēng)力機運行穩(wěn)定性和效率。