CN101769228A - 用等离子体技术设计风机叶片以减小叶片面积 - Google Patents

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阮荣飞
孙耀杰
胡万良
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Abstract

本发明涉及一种利用等离子体加速叶片表面空气原理设计的风机结构，包括等离子发生装置、导电环、测速仪、反馈系统、蓄电池等。其特征在于：在风机叶片表面产生等离子体并用以加速空气，使风机能在较低风速下启动。从而减小风机叶片面积设计，减少了成本也使安装、维护更加方便。

Description

用等离子体技术设计风机叶片以减小叶片面积
技术领域：本发明涉及风力发电领域，特别涉及使用等离子体技术进行风机叶片设计领域。
背景技术：近来，随着风力发电技术的发展、风力发电机应用越来越广，风机叶片的生产也蓬勃发展。据统计我国风机叶片行业已可以生产从功率150KW到1.5MW的各型号的产品，供给产能至少在1000套以上，按照每套3片的配套计算，总产能在3000片以上。
然而随着风电技术广泛应用，风机体积尤其是叶片体积问题也越发得到重视。目前风机叶片一般采用玻璃钢，长度一般在数米，大功率风机叶片甚至达到20米。过大的体积使风机成本极高，而且使安装和稳定性控制都存在比较大的困难。
发明内容：本发明的目的在于提供一种新型设计方案，使用等离子体改变风机空气动力学模型，用等离子体加速叶片表面空气流动速度，使其在微风中也能启动，并且同时建立了合理的能量流动结构和系统安装结构，既提高了风能的利用率也大大的减少了叶片的体积和成本。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
本发明设计包括高压电场、电极模块、导电环、风机叶片、转轴的系统构成。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步描述。
图1是风机模型结构图
图2是叶片表面结构图
在图1中，风机主要包括测速仪1、电极2、发电机3、高压源4、反馈系统5、蓄电池6、导电环7、风机基座8、风机尾翼9构成。
高压源4与反馈系统5安装在风机杆柱内，防风雨而且安全。测速仪1安装在风机正面最前方，电极2覆盖在叶片两侧，导电环7安装在尾杆上，随风机角度调整而调整位置。
有风时，测速仪1测量正向风速，尾翼9根据风向调整使风机始终垂直于风向。在风机调整角度的过程中，导电环7随之调整在尾杆上的位置，以保证传输高压的导线不会产生过大张力。高压源4安装在风车杆柱内，当风速达到设定值时(例如说1m/s)，高压源4开始启动，通过电极2放电产生等离子体。
本系统中等离子体产生装置由放电电极板与高压电源组成。
电极基板是风机叶片(一般为玻璃钢)，厚H＝10～20mm电极分别布置在叶片两侧板。上方所附电极为多条相连的条状电极。厚h＝5mm宽d＝30m长50mm各相距D＝20～30mm并连接成为一个正电极①。板下方负电极②是一层厚h＝5mm的铜板(见图2)
高压源4由蓄电池6供电。风机发电后一部分存储到蓄电池6以保证高压源4在下一次启动时的能量，其余的通过逆变器并入电网。高压源4安装在风机杆柱内尽量靠近顶部的地方，以保证传输线尽可能短。
高压源4开始工作后，产生4～5KV的高压，叶片正面相邻电极之间形成一定量的等离子流③。这些等离子体含有极高的能量，
其中单位体积存储的电能为：Wc＝1/2εE2/2，
单位体积存储的磁能为：Wm＝1/2μH2/2，
并且由于粒子的振动，单位体积内还存储着有序动能：Wk＝1/2Nemeve 2+1/2Nimivi 2。
风机叶片呈螺旋状，并向叶片的根部移动，风从很陡的角度进入叶片，可认为沿叶片表面方向流动。等离子体能量、速度都高于空气，由于粒子的相互碰撞和能量转移，等离子体会带动叶片表面的气流，把能量传递给空气成为空气的动能，这些等离子体大部分能量传递给空气，从而加速表面空气。这些能量能使空气得到较大的提速。Tennessee大学的J.Reece Roth教授实验发现1，通过等离子体带动，能将电极表面气流速度提至6～7m/s。而目前的风车技术，大约是3m/s的微风速度，便可以开始发电。
反馈系统5安装在风车杆内，在高压源4下方，并与之相距一定距离以保证不受电场干扰。其中在叶片中部、尾部都装有探测器，待叶片各部分转动达到稳定后，反馈系统5通过与高压源4相连的开关使高压源4停止工作。这样可以有效的节约风机产生的能量。
通过本系统，我们能在较低风速下实现风机的启动。从而可以避免设计过大的风机受风面积，也就可以避免风机面积过大，节省了风机的成本，并为风机的安装、维修提供了较大的便利性。

Claims (6)

1.一种使用等离子体技术进行设计的风机叶片。其特征在于：由等离子发生装置、导电环、测速仪、反馈系统、蓄电池构成。
2.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于：等离子发生装置安装在风机杆柱内靠近顶部位置，电极覆盖于风机叶片正反侧。正侧为多条相连的条形电极，反侧为一层铜板。
3.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于：导电环安装在尾杆上，随风机角度调整位置。
4.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于：测速仪测定风速大于某设定值时自动启动高压源。
5.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于：反馈系统在测得风机进入稳定状态后使高压源停止工作，节约能源。
6.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于：蓄电池与高压源保持隔离，并专门用于存储高压源工作所需能量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102032103A (zh) * 2011-01-17 2011-04-27 沈阳航空航天大学 垂直轴风力机使用等离子技术提高风能利用的方法
CN110486221A (zh) * 2019-08-30 2019-11-22 沈阳航空航天大学 适用于水平轴风力机的等离子放电增效型双层结构聚能罩

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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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