CN100587257C - 聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚能—遮蔽可展曲面叶片风力发电装置。它包括立轴风轮风力机及其驱动的发电机，立轴风轮由一个内圆筒固定连接多个可展曲面叶片构成，立轴风轮的外围装有进风导流装置，进风导流装置由若干聚能—遮风板绕转子中心对称布置，构成进气的收缩气流通道以提高风速。风轮的顺风侧始终位于该收缩气流通道的下游处，而风轮的逆风侧始终位于遮风板下游处的无风区，减小了风轮运转阻力，较大幅度地提高风能利用率。

Description

聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，特别是一种适合任意风向的聚能-遮蔽可展曲面时片风力发电装置。

技术背景

风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。1993年到2003年的10年间，世界风力发电的年增长率达到29.7％。到2003年末，全球风电装机容量达到4,030万千瓦，风力发电量占到世界总电量的05％。其中欧洲总装机容量为2,871万千瓦，占世界风电装机容量的73％。2003年德国风力发电累计装机容量达到1,461万千瓦，占全世界的1/3以上。2003年印度累计风力发电装机容量也已达到213万千瓦，排世界第5位，居发展中国家的首位。欧洲风能协会在近期的一份报告中，用详实的数据和精辟的分析描述了未来世界风力发电的情景，并预计到2020年风力发电将占世界电力总量的12％。风能作为未来能源供应重要组成部分的战略地位受到世界各国的普遍重视。

我国风能资源储量丰富，据初步估算，我围陆上离地面10米高度层的风能资源可开发量为2.53亿千瓦；近海区域离海面10米高度层的风能储量约为7.5亿千瓦。从宏观上看，我国具备大规模发展风力发电的资源条件。到2004年底，我国风力发电累计装机容量达到76.4万千瓦，国家发改委规划2005年并网风电装机将达到100万干瓦，2010年达到300万千瓦，2020年达到3,000万千瓦。

现有的垂直轴风力发电机，如图1是S型风轮，图2是多S型风轮，图3是杯翼型风轮。对于这几种风轮，当风向从左向右时，如图1，A-O段与B-O段的受力F₁与F₂与风向都是一致的，A-O段运动方向与风向相同，是顺风段，B-O段运动方向与风向相反，是逆风段。A-O段“兜”住了风，B-O段“兜”不住风，因此，F₁＞F₂，对转轴O，形成一个扭矩，使得旋转。A-O段对风轮是做正功的，但B-O段对风轮做了负功，当风机工作时，正功大于负功，能够驱动旋转；当转过180度后，A-O段与B-O段的做功情况刚好相反，如此旋转就可以连续工作了。对于这几种风轮，O点以上顺风段的风能做正功，O点以下的逆风段的风能做负功。

图4是遮蔽式板翼型风轮。这种风轮，使得风轮逆风段所对应风能不再阻碍的转动。但这部分风能全部损失掉。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的根本性的问题而提供一种聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置，能够最大程度地收集风能，并提高风能利用率。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置，包括立轴风轮及其驱动的发电机，其特征在于立轴风轮由一个内圆筒固定连接多个可展曲面叶片构成；立轴风轮的外围装有进气导流装置，进气导流装置由若干聚能-遮风板绕立轴风轮中心对称布置，构成进气的收缩气流通道；立轴风轮的顺风侧始终位于该收缩气流通道的下游处，而风轮的逆风侧始终位于弧形遮风板下游处的无风区。

对于图5的来流风向，板A与板B、板B与板C、板C与板D都形成收缩气流通道，聚集起来的风都被吹向风轮3的顺风段。板C与板D同时起到遮蔽作用，使来流风不会直接“吹打”在风轮转子上，减小了风轮逆风段的阻力。

风向改变时，每块聚能-遮风板的作用会随之改变。

可展曲面叶片的风轮，其叶片曲面与转子内筒圆柱相切，叶片的水平剖面形状可以是直线或半径为R的圆弧，转子内圆筒半径为r时，R＝1.01～100r，或者由若干条圆弧组成，可展曲面叶片个数为2～1000个。

在靠近立轴风轮转子旋转外圆的一侧，每个聚能-遮风板的切线与该处转子旋转外圆的切线所成夹角α为5°～85°，且该切线方向与旋转方向反向。每个聚能-遮风板的外侧的切线方向与进气导流装置外圆的法向相同。

上述的立轴风轮转子旋转外圆的半径为0.001m～1000m，立轴风轮垂直高度为0.001m～1000m。

聚能-遮风板的个数为3～400个，板高为立轴风轮垂直高度的0.6-2.0倍，进气导流装置的外径为立轴风轮旋转外圆直径的1.1-10000倍。

当某一地区风向变化不大时，聚能-遮风板或墙可以非对称布置，即风轮下游的导流板(聚能-遮风板或墙)可以去掉。

上述立轴风轮电机组有上面板与下面板，聚能-遮风板焊接在上下面板之间。两块面板之间安装风轮，由普通轴承或磁悬浮支撑。上面板中心开比转子直径略大的孔，上端盖用螺丝固定于上面板上，便于转子部分的安装与维护。

上述立轴风电机组也可以无上面板与下面板，聚能-遮风装置可以是砖混结构或钢筋混凝土结构的墙，风轮竖直安装在钢筋混凝土结构的基础上。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性突出特点和显著的优点：

本发明提供的风力发电装置，适用于任意来流风向，立轴风轮的顺风段始终位于聚能-遮风板构成的收缩气流通道的下游处，立轴风轮的逆风段始终位于遮风板或墙下游处的无风区，风能利用率高。

附图说明

图1是已有技术的S型风轮原理示意图

图2是已有技术的多S型风轮原理示意图

图3是已有技术的杯翼型风轮原理示意图

图4是已有技术的遮蔽式板翼型风轮原理示意图

图5是本发明聚能-遮蔽可展曲面叶片风轮的原理示意图

图6是本发明聚能-遮蔽可展曲面叶片风轮电机组结构示意图

图7是图6中G-G处剖面图。

图8是图6中上端盖剖面图

图9是可展曲面叶片风轮截面

具体实施方式

本发明的一个优选实施例是：参见图5、图6、图7和图8，本聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置，由立轴风轮3及其驱动的发电机6组成。立轴风轮3的外围装有进气导流装置11，进气导流装置11由若干聚能-遮风板或墙1绕转子中心对称布置，构成进气的收缩气流通道。立轴风轮3由可展曲面叶片15及内圆筒16构成，其叶片曲面15与转子内圆筒16相切，可展曲面叶片15的水平剖面形状可以是直线或半径为R的圆弧，转子内圆筒半径为r时，R＝1.01～100r，或者由若干条圆弧组成，可展曲面叶片15个数为2～1000个。立轴风轮3的顺风侧始终位于该收缩气流通道11的下游处，而立轴风轮3的逆风侧始终位于聚能-遮风板1下游处的无风区。聚能-遮风板1为弧形的，每个聚能-遮风板1内侧的切线与立轴风轮3转子的外圆2切线4的夹角α为5°～85°，且该切线4方向与转子旋转方向5反向。每个聚能-遮风板1的外侧的切线方向13与进气导流装置11外圆14的法向13相同。立轴风轮3转子的半径为0.001m-1000m，立轴风轮3垂直高度为0.001m-1000m。聚能-遮风板1的个数为3～24个，绕转子旋转中心对称分布，进气导流装置11的外径为立轴风轮3直径的1.1-10000倍。本装置有固定底座10，其上是连接筒式安装架7，筒式安装架7上固定安装一块圆形下面板9，下面板9的上方有一块与其同样形状和大小的圆形上面板8，在上下面板8、9之间焊接聚能-遮风板1，上下面板8、9中心区通过轴承安装立轴风轮3，筒式安装架7处于下面板9下面的中心区，筒式安装架7内安装立轴风轮3驱动的发电机6。上面板8中心开比风轮转子直径略大的孔，由一块上端盖12用螺钉固定封住孔口，便于转子部分的安装和维修。

Claims (4)

1.一种聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置，包括立轴风轮(3)及其驱动的发电机(6)，其特征在于立轴风轮(3)由一个内圆筒(16)固定连接多个可展曲面叶片(15)构成；立轴风轮(3)的外围装有进气导流装置(11)，进气导流装置(11)由若干聚能-遮风板(1)绕立轴风轮(3)中心对称布置，构成进气的收缩气流通道；立轴风轮(3)的顺风侧始终位于该收缩气流通道的下游处，而风轮(3)的逆风侧始终位于弧形遮风板(1)下游处的无风区；立轴风轮(3)的内圆筒(16)与可展曲面叶片(15)是相切的，可展曲面叶片(15)的水平剖面形状是直线、或半径为R的圆弧，转子内圆筒半径为rR＝1.01～100r，或者由若干条圆弧组成，可展曲面叶片(15)个数为2～1000个。

2.根据权利要求1所述的聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置，其特征在于所述的聚能-遮风板(1)水平割面为弧形；在靠近立轴风轮(3)转子旋转外圆(2)的外侧，每个聚能-遮风板(1)切线与该处转子旋转外圆(2)的切线(4)的夹角α为5°～85°，且该切线(4)方向与旋转方向(5)反向；每个聚能-遮风板(1)的外侧的切线方向(13)与进气导流装置(11)外圆(14)的法向(13)相同。

3.根据权利要求1所述的聚能-避蔽可展曲面叶片风力发电装置，其特征在于立轴风轮(3)转子旋转外圆(2)的半径为0.001m～1000m，立轴风轮(3)的垂直高度为0.001m～1000m。

4.根据权利要求1所述的聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置，其特征在于聚能-遮风板(1)的个数为3～24个，板高为立轴风轮(3)垂直高度的0.6～2.0倍，进气导流装置(11)的外径为立轴风轮(3)旋转外圆(2)直径的1.1～10000倍。

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