CN102312789A - 复合型风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在内陆及风量较少的地区和风向随时变化的山区等使用的，不受风向的约束且启动风速小，能够提高发电效率的复合型风力发电装置，该发电装置包括：垂直方向的旋转轴，该旋转轴与发电部的轴连接；螺旋型桶形叶片，该螺旋型桶形叶片的中心部纵向固定于所述旋转轴且以中心部为基准沿纵向扭曲；纵向打蛋形叶片，该纵向打蛋形叶片以从所述桶形叶片向外侧错开的状态，在所述旋转轴上等间距地形成为多个。

Description

复合型风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种复合型风力发电装置，该复合型风力发电装置在内陆及风量较少的地区和风向随时变化的山区等使用，不受风向的约束，且启动风速小，能够提高发电效率。
背景技术
风力发电装置是将风中所蕴藏的能量转化为人们可有效使用的电能的装置。刮起的风将使风力发电机的叶片旋转。利用此时所产生的旋转力发电供人们使用。具体而言，风力发电机包括叶片、变速装置及发电机等。
风力发电机分为垂直轴风力发电装置，其旋转轴沿叶片的旋转轴的方向相对于地面垂直设置；及水平轴风力发电装置，其旋转轴相对于地面水平设置。
水平轴风力发电装置因其结构简单而便于安装，但易受到风向的影响。尤其是在内陆及风量较少的地区和风向随时变化的山区等环境下，虽然水平轴风力发电装置的效率较高，但其启动风速大，且随风摆动，因此，反而降低效率。
另外，垂直轴风力发电装置分为桶形(Savoniu)和打蛋形(Darrieus)。桶形虽然较之螺旋桨型效率低，但启动风速小，因此可在低风速环境下发电，而打蛋形随着风速变大，其效率与水平轴风力发电装置相仿。
在内陆环境下，因风少且风速较低，不宜使用螺旋桨型等水平轴风力发电装置，因此，需要一种即使在内陆环境下发电效率仍然较高的风力发电装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合型风力发电装置，在内陆及风量较少的地区和风向随时变化的山区等使用，也不受风向的约束，且启动风速小，提高发电效率。
本发明的目的是这样实现的，本发明提供一种复合型风力发电装置，该发电装置包括：
垂直方向的旋转轴，该旋转轴与发电部的轴连接；
螺旋型桶形叶片，该螺旋型桶形叶片中心部纵向固定于所述旋转轴且以中心部为基准沿纵向扭曲；
纵向打蛋形叶片，该纵向打蛋形叶片以从所述桶形叶片向外侧错开的状态，在所述旋转轴上等间距地形成为多个。
尤其是，所述桶形叶片以从上端向下端扭曲180°的状态构成，而优选地，所述桶形叶片的高度为所述桶形叶片半径的四倍。
另外，优选地，所述打蛋形叶片和所述旋转轴之间的距离为所述桶形叶片半径的2.6倍。
另外，优选地，所述打蛋形叶片在所述旋转轴上等间距地形成为两个或三个。
进而，优选地，在所述打蛋形叶片的后缘部外侧面形成为型腔部。
尤其是，优选地，所述型腔部形成于所述打蛋形叶片的上端部和下端部之间的中间部，而从所述打蛋形叶片的前端部，越往后缘部方向越向外侧倾斜地形成。
另外，优选地，所述型腔部的后面形成有凹陷。
本发明的复合型风力发电装置，其在内陆及风量较少的地区和风向随时变化的山区等使用，也不受风向的约束，且启动风速小，发电效率高。
附图说明
图1为本发明一个实施例的复合型风力发电装置的示意图；
图2为复合型风力发电装置平面状态的示意图；
图3为复合型风力发电装置正面状态的示意图；
图4为形成有三个打蛋形叶片的复合型风力发电装置平面状态的示意图；
图5为在打蛋形叶片上形成型腔部的复合型风力发电装置的示意图；
图6为具备型腔部的打蛋形叶片的示意图；
图7为图6的沿A-A线剖面状态的概略示意图；
图8为具备后面形成有凹陷的型腔部的打蛋形叶片的示意图；
图9为图8的沿B-B线剖面状态的概略示意图。
附图标记说明
10：发电部
20：旋转轴
30：桶形叶片
40：打蛋形叶片
具体实施方式
下面，结合实施例详细说明本发明的复合型风力发电装置，而本发明的权利要求范围不受下述实施例限制。
图1为本发明的一个实施例复合型风力发电装置的示意图；图2为复合型风力发电装置平面状态的示意图；图3为复合型风力发电装置正面状态的示意图。
如图1至图3所示，本发明复合型风力发电装置，包括：发电部10；垂直方向的旋转轴20；螺旋型桶形叶片30；及多个纵向打蛋形叶片40。
所述垂直方向的旋转轴20与所述发电部10的轴连接。
所述桶形叶片30呈以中心部为基准沿纵向扭曲的状态，而其中心部沿纵向固定于所述垂直方向的旋转轴20。
如图2所示，所述桶形叶片30的横截面呈“S”形。以所述桶形叶片30的中心为基准形成于一侧的一侧部，包括从中心呈锐角向下倾斜的向下倾斜部，及从所述向下倾斜部向上倾斜的向上倾斜部。
另外，所述一侧部以所述桶形叶片30的另一侧部为基准旋转180°。
所述一侧部为所述向下倾斜部和所述向上倾斜部之间的弯曲部，是受风力的抗力部分，而所述另一侧部因以所述一侧部旋转180°的状态构成，因而旋转时的阻力较小。
所述桶形叶片30呈以中心部为基准纵向扭曲的状态，即呈螺旋型，从而在旋转时不产生振动，而且，不受风向的约束旋转，且启动风速小。
为在旋转时不产生振动，且启动风速小，提高发电效率，所述桶形叶片30以从上端向下端扭曲180°的状态构成，而且高度Hs为半径Rs的四倍。
另外，所述纵向打蛋形叶片40呈以从所述桶形叶片30向外侧错开的状态，在所述旋转轴20的固定杆410上等间距形成为多个。
所述打蛋形叶片40，可如图2所示形成两个，或如图4所示形成为三个。
优选地，所述打蛋形叶片40的电线长度Cd与所述桶形叶片30的半径Rs相同；所述打蛋形叶片40和所述旋转轴20之间的距离Rd为所述桶形叶片30半径Rs的2.6倍，而高度Hd与桶形叶片的高度Hs相同。此时，风速较快时的实验结果表明，其发电效率最高。
另外，为获得所述桶形叶片及所述打蛋形叶片的最佳条件，改变桶形叶片的半径、高度及扭角和打蛋形叶片的电线长度、半径及高度进行实验。
首先，在将桶形叶片的半径设定为150mm，高度设定为600mm的状态下，分别制成扭角变化为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、360°的状态之后，在全北大学大型风洞实验中心以3m/s的风速测量旋转速度(rpm)、电压及电流。桶形叶片用聚碳酸酯(PC)薄膜制作而成。实验结果表明，在扭角为180°时，表现出旋转数42rpm、电压2.3V及电流18mA的最佳状态。
另外，在将桶形叶片的半径设定为150mm，将扭角设定为180°的状态下，将高度变化为150mm、300mm、450mm、600mm、750mm及900mm之后，在全北大学大型风洞实验中心以3m/s的风速测量旋转速度(rpm)、电压及电流。实验结果表明，在高度为600mm时，表现出旋转数41.3rpm、电压2.24V及电流15mA的最佳状态。
如图4所示，在半径为150mm，高度为600mm，扭角为180°的桶形叶片上固定两个打蛋形叶片之后，在全北大学大型风洞实验中心以11m/s的风速测量旋转速度(rpm)、电压及电流。将此时的打蛋形叶片的电线长度、高度及与旋转轴之间的距离变化成如表1所述的状态并进行了实验。
表1打蛋形叶片的实验条件及测量结果
Figure BSA00000406487600051
如表1所示，在11m/s的风速状态下，在打蛋形叶片的电线长度为150mm，高度为600mm及与旋转轴的距离为390mm时，表现出旋转数283rpm、电压22.2V及电流160mA的最佳状态。
另外，图5为在打蛋形叶片上形成型腔部的复合型风力发电装置的示意图；图6为具备型腔部的打蛋形叶片的示意图；图7为图6的沿A-A线剖面状态的概略示意图。
如图5至图7所示，优选地，在所述打蛋形叶片40的后缘部的外侧面，形成有用于产生抗力的型腔部450。
通过所述型腔部450在所述打蛋形叶片产生抗力，以有效获得开始旋转时用于旋转所述发电部10的轴的所述旋转轴20的旋转扭矩。
为在所述打蛋形叶片上产生更大的抗力，以在较低的风速中旋转，所述型腔部450可整体地形成所述打蛋形叶片的上端部至下端部。但是，因为相对减少升力系数而降低发电效率，因而如图5及图6所示，在作为所述打蛋形叶片40的上端部及下端部之间的中间部，部分形成有所述型腔部450。
另外，如图7所示，优选地，所述型腔部450从所述打蛋形叶片40的前端部，越往后缘部方向越向外侧倾斜地形成452，以增大后面454的抗力。
图8为具备后面形成有凹陷的型腔部的打蛋形叶片示意图，而图9为图8的沿B-B线剖面状态的概略示意图。
如图8及图9所示，为在所述型腔部450有效产生抗力，所述型腔部的后面454形成有凹陷。

Claims (10)

1.一种复合型风力发电装置，其特征在于，该复合型风力发电装置包括：
垂直方向的旋转轴，该旋转轴与发电部的轴连接；
螺旋型桶形叶片，该螺旋型桶形叶片的中心部纵向固定于所述旋转轴且以中心部为基准沿纵向扭曲；
纵向打蛋形叶片，该纵向打蛋形叶片以从所述桶形叶片向外侧错开的状态，在所述旋转轴上等间距地形成为多个。
2.根据权利要求1所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述桶形叶片以从上端向下端扭曲180°的状态构成。
3.根据权利要求2所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述桶形叶片的高度为所述桶形叶片半径的四倍。
4.根据权利要求3所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述打蛋形叶片和所述旋转轴之间的距离为所述桶形叶片半径的2.6倍。
5.根据权利要求4所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述打蛋形叶片在所述旋转轴上等间距地形成为两个。
6.根据权利要求4所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述打蛋形叶片在所述旋转轴上等间距地形成为三个。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的复合型风力发电装置，其特征在于，在所述打蛋形叶片的后缘部外侧面形成有型腔部。
8.根据权利要求7所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述型腔部形成于所述打蛋形叶片的上端部和下端部之间的中间部。
9.根据权利要求7所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述型腔部在所述打蛋形叶片的前端部，越往后缘部方向越向外侧倾斜地形成。
10.根据权利要求9所述的复合型风力发电装置，其特征在于，所述型腔部的后面形成有凹陷。
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