分形结构的垂直轴风力机塔架的制作方法

本发明涉及一种垂直轴风力机塔架，尤其是一种可以减弱垂直轴风力机塔架和叶片之间相互作用及塔架对下游叶片的激荡作用的分形结构的垂直轴风力机塔架。

背景技术：

垂直轴风力机结构稳定可靠、制造成本相对较低、风能利用率较高、气动噪声小和无需对风装置等优点使其应用越来越广。

目前垂直轴风力机塔架主要为圆筒形薄壁结构。在叶轮旋转过程中，叶片的角度不断变化，叶片与塔架的相互作用不仅改变了塔架和叶片的绕流情况，而且对塔架和叶片的激振作用也相应地增加。对于垂直轴风力机，中心的圆柱形塔架横截面积较大，所以叶片与塔架之间的具有很强的干涉效应。上游的叶片在不同位置时，会产生不同大小的脱落涡以及尾迹亏损，对下游的塔架产生激荡作用。同样，中心的塔架也会对塔架下游的叶片产生激荡作用。

经检索，目前大多采用不同形状的横截面外圈来减弱尾迹旋涡和塔影效应，如“一种风力发电机组塔架筒体”（公开号：CN 202023701 U），通过带有凹坑和凸包的横截面外圈结构来减小尾流旋涡。气流绕过这样的筒体结构之后，转捩提前，流动中的湍流能增加，使气流在筒体上附着流动的面积增大，边界层分离推迟，尾迹旋涡区域减小。但在正常工作时，塔架迎风侧的凹坑会受到更大的阻力，使得塔架整体受力反而增大，振动和噪声随之而增大，不利于风力机安全稳定运行。于是，保留塔架原有的光滑圆柱面，合理地在塔架上打一组分形孔，是一种减弱垂直轴风力机塔架和叶片之间相互作用的有效手段。

技术实现要素：

本发明提供一种分形结构的垂直轴风力机塔架，以解决叶片与塔架间的相互作用及塔架对下游叶片的激荡作用等问题，从而提高风力机运行稳定性，减少其功率损失，提高风能利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种分形结构的垂直轴风力机塔架，包括圆柱薄壁的塔架主体、上下支撑架、叶片，塔架主体上部通过上下支撑架安装叶片，位于上下支撑架之间的所述塔架主体四周均匀阵列分布分形孔，使经过上游叶片的风一部分从分形孔中穿过，破坏塔架上游叶片的脱落涡和塔架下游的尾流旋涡，从而减弱塔架自身的振动、叶片和塔架间的相互作用及塔架对下游叶片的激荡作用；上下两层分形孔结构之间设置加强节，用于弥补分形孔引起塔架强度的降低。

每个分形孔均为正方形。所述加强节为圆环状。

本发明的有益效果：通过分布在塔架上部的分形孔，让经过上游叶片的风一部分从塔架分形孔中穿过，这部分的风可以破坏塔架上游叶片的脱落涡和塔架下游的尾流旋涡，从而减弱塔架自身的振动、叶片和塔架间的相互作用及塔架对下游叶片的激荡作用；两层分形孔结构之间设有加强节以弥补分形孔引起塔架强度的降低。本发明不需附加结构，节约材料，结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的分形结构的垂直轴风力机塔架结构示意图；

图2为本发明的塔架主体半剖视图；

图3为本发明的塔架主体局部剖视图；

图4为本发明的分形结构的垂直轴风力机塔架结构俯视图；

图5为本发明的分形孔结构示意图；

图6为本发明的分形结构的垂直轴风力机塔架工作原理图；

其中：（a）为无分形孔，（b）为有分形孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不应以此限制本发明专利的保护范围。

如图1至图5所示， 一种分形结构的垂直轴风力机塔架，包括圆柱薄壁的塔架主体1、分形孔2、加强节3、叶片4，上下支撑架6。

塔架主体1上部通过上下支撑架6安装叶片4，位于上下支撑架6之间的所述塔架主体1四周均匀阵列分布分形孔2，上下两层分形孔2结构之间设置加强节3。加强节3为圆环状。如图5所示，每个分形孔2均为正方形。

如图6（a）所示，当塔架主体1上没有分形孔2时，塔架主体1在风场中可视为一般圆柱绕流。上游叶片在不同位置时产生的脱落涡和尾迹亏损会引起塔架的振动和气动噪声。当来流风5速度较小时，几乎无流动分离；随着来流风速的增加，塔架主体1下游的旋涡开始出现不稳定地摆动；来流风速继续增加，旋涡交替从塔架主体1上脱落，两边的旋转方向相反，随流而下，在塔架1下游形成一定规则的、交叉排列的涡，称为卡门涡街。这种涡会对下游叶片产生一定影响，且涡街交流脱落会产生振动和噪声，不利于风力机安全稳定运行。

如图6（b）所示，当塔架主体1上有分形孔2时，从分形孔2穿过的气流会破坏上游叶片的脱落涡及卡门涡街的形成，从而减弱塔架振动和气动噪声、叶片4与塔架主体1间的相互作用及塔架主体1对下游叶片的激荡作用，提高风力机运行稳定性和效率。