CN102400857B - 半球型水平旋转式风力发电系统的设备 - Google Patents
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Abstract
一种半球型水平旋转式风力发电系统的设备，属于清洁能源技术领域。包括半球形风叶、半球形防水罩、连杆、传动轴、机壳、发电机、支架；半球形风叶立式放置，通过连杆杆直接固定在发电机转子的传动轴上，同时将发电机的机壳垂直放置并固定在支架的顶部，再把半球形防水罩扣过来固定在发电机传动轴的顶部。每台风力发电机的半球形风叶为四片，每个叶片的形状为半球形结构；半球的直径为20cm～150cm，高度为5-75cm，半球壁厚为1-5cm。半球的材质为铝板，不锈钢板、塑料、玻璃纤维或碳纤维；发电机的功率在100W以上。优点在于，不仅可节约产品生产成本40％，可以迎合360°内任何方向来的风而旋转发电，即使风力较小也能旋转发电，从而大大提高了风力发电机的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于清洁能源技术领域，特别是涉及半球型水平旋转式风力发电系统的设备
技术背景
随着经济和社会的不断发展，能源、环境和信息成为21世纪科技发展的三大主题，人们对清洁，可再生新能源的需求和重视程度日益增强。风力发电是可再生的清洁新能源之一，由于其具有安全、可靠、成本低、使用方便又清洁，环保的特点，因此，近些年来得到人们的高度重视。
常规使用风力发电机的叶片是垂直放置的，在结构上带有一个水平尾翼和能使发电机机壳水平360°转动的滚动轴承。这两个部件配套使用的功能首先是使风力发电机的叶片迎合风向，再使叶片旋转从而带动电机发电。但在很多情况下，例如：风力过小或滚动轴承被腐蚀、生锈等，水平尾翼不起作用，滚动轴承转动阻力过大或根本不能转动。这时叶片不能迎合风向，因此不能旋转(或转速减慢)，从而大大影响了电机的发电效率，或根本发不出电来。我们在××市一个风力发电机试验场做过调研：该试验场共有风力发电机50台，是几年前建造的。目前已有18台发电机的叶片不能转动，损坏率高达36％，其主要问题均是由上述二个部件的失效造成的。
我们设计制造的半球型水平旋转风力发电储能系统不需要常规风力电机用于寻找风向的水平尾翼和用于带动发电机机壳水平360°转动的一副滚动轴承，不仅降低产品生产成本约40％，而且减少了由于使用这两个部件所带来的能量损耗或由于其损坏而致使发电机停止工作的风险。同时由于半球型叶片兼有尾翼的功能，可以迎合360°内任何方向来的风而旋转发电，即使风力较小也能旋转发电，从而大大提高了风力发电机的工作效率。
一件已公开发表的专利申请(公开号：1392341A)“一种风能储存动力发电方法和设备，包括：将自然风力通过风能动力装置转化为机械能；机械能产生压缩空气先储存于储能装置中；然后需要时再由压缩空气带动发电机发电；其特征为：该空压机组中有多台不同功率的空压机；根据风速的大小由控制不同数量和规格的空压机工作，并向储能装置提供高压压缩空气；通过对工作气缸气压的检测控制储能装置，保持输出恒定气压。”(见对比实例P1摘要)
其发明的主要内容是一种“储能方法”和“装置”：风能发电是通过以下方法和装置实现的。一种风能储存动力发电方法，包括以下步骤：1、将自然风力通过风能动力装置转化为机械能；2、机械能驱动空气压缩机组产生压缩空气并将其储存于储能装置中；3、储能装置中压缩空气带动气马达发电机发电。(见对比实例P6)
其风能储存装置是由多台空压机、多个储能气缸及工作气缸组成，其多台空压机又分别通过电磁离合器与上述传动装置的输出轴连接；每台空压机的输出气管分别通过电磁气阀接多个储能气缸，多个储能气缸的输出气管分别通过电磁气阀接工作气缸；工作气缸的输出气管接气马达发电机组。
其传动装置是是由伞齿轮油箱、主动皮带轮、多皮带轮轮轴和多个皮带轮离合器组成；其中：该伞齿轮油箱设于支架下面，于伞齿轮油箱内，上述主转动轴上固接一大伞齿轮，有多个小伞齿轮与该大伞齿轮啮合，于油箱外，各小伞齿轮的输出轴上设有皮带轮，该皮带轮通过皮带传动多个皮带轮轮轴，该多皮带轮轮轴上设有多个皮带轮，该多个皮带轮分别通过皮带传动各对应的皮带轮离合器，该每一个皮带轮离合器是于二轴轴承座间轴设一离合器轴，该离合器轴上设有电磁离合器和另一皮带轮，该另一皮带轮又通过皮带分别接对应的空压机。在工作气缸和储能气缸之间还设有减压储能气缸(又分储能气缸、备用储能气缸、减压气缸、高压气缸和工作气缸)等等。(见对比实例P7)
其发明的主要内容和原理是将风能转化为机械能，再通过一大伞齿轮、多个小伞齿轮、多个皮带轮和离合器等驱动空压机组压缩空气并储存起来，最后再由压缩空气带动马达发电机发电。从其发明的技术路线和原理上来讲，设备过于复杂，风能经过多次转换，多次储存，最后才能转换为电能。风能经多次转换和储存后，能量将会多次损耗，损失很大(因为能量每转换和储存一次都要损失一些)；从发明的结构上来讲，设备等结构相对庞大、复杂，不利于能量的转换；从风电的转换效率来讲，由于采用了皮带轮，大小齿轮箱和空气缩机等这些传统老式低效的设备，因而能量转换效率相对很低，使得整体装置的风电转换效率大大减低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半球型水平旋转式风力发电系统的设备。与专利申请1392341A中提到的风力发电机相比，从设备结构，技术特征和发电原理，转换效率直到最后的转换效果都是完全不相同的。
本发明的设备包括半球形风叶1、半球形防水罩2、连杆3、传动轴4、机壳5、发电机6、支架7；半球形风叶1立式放置，通过连杆3直接固定在发电机转子的传动轴4上，同时将发电机6的机壳5垂直放置(保持连杆水平位置)并固定在支架7的顶部，再把半球形防水罩2扣过来固定在发电机传动轴4的顶部，主要用于防止雨水流入腐蚀传动轴。
每台风力发电机的半球形风叶1为四个，每个叶片的形状为半球形结构。半球的直径一般为20CM～150CM，高度为5-75CM，半球壁厚为1-5CM。半球的材质可以是铝板，不锈钢板，塑料，玻璃纤维或碳纤维等。发电机的功率可在100W以上。
本发明的设备制备方法是将半球形风叶1通过连杆3直接固定在发电机转子的传动轴4上，同时将发电机5的机壳6垂直放置(保持连杆水平位置)并固定在连杆3的顶部。每台风力发电机的半球形风叶为四片，每个叶片的形状为半球型结构。半球的直径为20cm～150cm，高度为5-75cm，半球壁厚为1-5cm。半球的材质为铝板，不锈钢板、塑料、玻璃纤维或碳纤维；发电机的功率可在100W以上。
本发明的优点在于：
1.常规使用风力发电机的叶片(一般有三片)是垂直放置的(相对于地面而言)，发电机机壳是水平放置的(相对于地面而言)。而本发明制备的风力发电机发电结构正好相反，叶片是水平放置(相对于地面而言)，机壳则是是垂直放置(相对于地面而言)。
2.半球型水平旋转风力发电储能系统是靠水平放置的半球型叶片和水平转动的滚动轴承二个部件的协同作用，使叶片旋转并直接带动发电机发电。该项发明制备的风力发电机省掉了常规风力电机用于寻找风向的水平尾翼和用于带动发电机机壳水平360°转动的一副滚动轴承这两个部件；另外，由于半球型叶片兼有尾翼的功能，可以迎合360°内任何方向来的风而旋转发电，即使风力较小也能旋转发电，从而大大提高了风力发电机的工作效率。
3.由于该发明不需要水平尾翼和带动发电机机壳水平转动的滚动轴承，不仅降低产品生产成本约40％，而且减少了由于使用这两个部件所带来的能量损耗或由于其损坏而致使发电机停止工作的风险。
4.由于该项发明所制备风力发电机叶片的形状是四个对称的半球型结构，半球型叶片在迎向风时，可以广泛“吸收风压”；在背向风时，其半球形(弧形)的表面可以起到“分流风压”的作用。正是这个风压差带动了风力发电机储能(发电)。这种半球型水平旋转风力发电储能系统与常规使用的风力电机相比，结构更加简便，易于制备；能量转换效率更高，生产成本低；可以在风力较弱和在任何风向条件下旋转发电。
本发明的技术原理和创新点是：将常规风力发电机垂直转动的叶片改为半球型和水平旋转式(发电机的转轴也同时变为水平转动)，并直接固定在发电机转子的转轴上，这样可以去掉寻找风向的尾翼，同时也减少了一个水平转动的轴承。由于叶片带动的转轴与发电机的转子是同一根转轴，中间没有经过其他任何能量的转换，存储和辅助设备，而将风能带动的机械能一次性直接转换为电能，因此风电转换效率与常规风力发电机和对比实例的内容相比明显提高，而且不受风向的影响，同时其结构简单，辅助设备也大大减少。
试验结果表明：与对比实例表述的发明装置相比，本申请从设备结构，技术特征和发电原理，转换效率直到最后的转换效果都是完全不相同的，具有突出实质性的特点和显著的进步与创新，具有授权前景。
附图说明
图1为本发明设备的结构示意图的正视图。其中，半球形风叶1、半球形防水罩2、联杆3、传动轴4、机壳5、发电机6、支架7。
图2为本发明设备的结构示意图的俯视图。其中，半球形风叶1、半球形防水罩2、联杆3、传动轴4、机壳5、发电机6、支架7。
具体实施方式
本发明的设备包括半球形风叶1、半球形防水罩2、连杆3、传动轴4、机壳5、发电机6、支架7；半球形风叶1立式放置，通过连杆3直接固定在发电机转子的传动轴4上，同时将发电机6的机壳5垂直放置(保持连杆水平位置)并固定在支架7的顶部，再把半球形防水罩2扣过来固定在发电机传动轴4的顶部，主要用于防止雨水流入腐蚀传动轴。
本发明每台风力发电机的半球形风叶为四片，每个叶片的形状为半球型结构。半球的直径为80cm，高度为30cm，半球壁厚为2.5cm。半球的材质可以是铝板，不锈钢板，塑料，玻璃纤维或碳纤维等。发电机的功率可在100W以上。
Claims (1)
1.一种半球型水平旋转式风力发电系统的设备，其特征在于，包括半球形风叶、半球形防水罩、连杆、传动轴、机壳、发电机、支架；半球形风叶（1）立式放置通过连杆（3）直接固定在发电机转子的传动轴（4）上，同时将发电机（6）的机壳（5）垂直放置并固定在支架（7）的顶部；再把半球形防水罩（2）扣过来固定在发电机传动轴（4）的顶部,用于防止雨水流入腐蚀传动轴；
每台风力发电机的半球形风叶（1）为四片，每个叶片的形状为半球形结构；半球的直径为20cm～150cm，高度为5-75cm,半球壁厚为1-5cm；半球的材质为铝板，不锈钢板、塑料、玻璃纤维或碳纤维；发电机的功率在100W以上。
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