CN102606404A - 帆式风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，对于大型风力发电机而言，叶片和塔筒一般都很大很重，这些都不易于安装与维护。水平轴风力发电机还必须有偏航系统，而偏航系统的成本和技术要求都比较高。一般的兆瓦级风力发电机的塔筒和叶片等部件的体积和重量都很庞大，不便于运输。本发明提出了一种采用可以自转一定角度的帆式张拉膜结构叶片的风力发电装置。此装置没有大型塔筒，大幅度降低了整机的高度、重量和几何尺寸，对降低材料成本、生产成本、运输成本、施工成本和维护成本效果显著。此装置不用偏航系统，能够自动对风，水平面内任何方向的风都能推动它沿设计方向转动而发电。此装置叶片的迎风面积比普通叶片成倍扩大。典型地，有三种结构实例如图所示。

Description

帆式风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置

背景技术

风力发电机一般分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。对于大型风力发电机而言，这两种形式的风力发电机的叶片一般都很重，塔筒也很高大，这些都耗资巨大而且不易于安装与维护。水平轴风力发电机还必须有偏航系统才能保证叶轮良好对风，而偏航系统的成本高技术要求也比较高。一般的兆瓦级风力发电机的塔筒和叶片等部件的体积和重量都很庞大，不便于运输。隧道和桥梁等一般都有限高和限重的规定，对这种大型部件的运输很不利。

发明内容

本发明提出一种质量轻、安装维护方便不需要偏航系统的帆式风力发电装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

1、采用单向阻风的叶片。当叶片正面迎风时能够阻风，而背面迎风时能够透风。

2叶片改为偏心的帆式结构。叶片能够绕根部的转轴在一定范围内作开合运动。而这个转轴不在叶片的中心线上，或者转轴所在直线两边的叶片面积不相等。

3结构不用高耸的塔架支撑。结构可以有较低的叶轮离地高度，因此结构没有高耸的塔架结构作支撑，从而降低了整机的高度和安装维护难度。

4叶片能绕自己的叶柄轴转动一定角度。这种转动是一种开合运动，能够实现单向透风，即背向透风正向阻风。

5叶片正向迎风时能够正向转动，到固定装置的位置之后停止正向转动，达到闭合状态实现阻风作用。随着叶轮的转动，叶片的迎风方向改变为背向迎风后能够脱开固定装置转动，达到自由开启状态实现透风作用。

6结构形式选用轻质的张拉膜结构。用张拉膜结构能够显著降低叶片的重量，而且装拆方便。生产工艺简单，对生产设备要求相对较低。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1高度低。同样的迎风面积，帆式风力发电机的高度能够大幅度减小。这对风力发电机的运输、安装和维护都是有利的。

2自动对风。无论风从哪个方向吹到帆式风力发电机上，都不影响它的对风效果。

3迎风面积大。叶片迎风面积的成倍扩大能够显著提高发电机的功率。

4重量轻。由于没有厚重的叶片和高耸的塔筒，使得整个风力发电机的重量大幅度减小。

5几何尺寸小。整体高度大幅降低，叶片可以现场拆装，叶片的各部分构件尺寸不大。这使得帆式风力发电机的整体尺寸比普通风力发电机的尺寸小很多。

6运输方便。由于重量轻、体积小，在运输途中受到的限高、线宽、限重等问题较少。对运输设备的要求也比较低。

7便于安装维护。由于重量轻、体积小，帆式风力发电机的安装和维护施工比普通风力发电机简单很多。

8成本低。帆式风力发电机的叶片采用张拉膜结构，无论其材料还是生产工艺都比目前使用的普通叶片简单。材料、加工、运输、安装和维护成本比目前普遍使用的叶片低很多。此风力发电装置没有大型的塔筒，大幅度降低了钢的用量，从而减少成本。此风力发电装置没有偏航系统，也减少了成本。

附图说明

图1是实施例一轴侧图

图2是实施例一俯视图

图3是实施例一止转部件示意图

图4是实施例一运行原理示意图

图5是实施例二轴侧图

图6是实施例二俯视图

图7是实施例二运行原理示意图

图8是实施例三轴侧图

图9是实施例三小叶片示意图

图10是实施例三运行原理示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

实施例一

如图1和图2所示，本装置包括叶片[1]、叶片底盘[2]、止转部件[3]、发电机[4]等几部分。叶片整体采用张拉膜结构，张拉骨架采用金属架结构。整个叶片用纤绳和底部金属架结构拉接加强。叶片自转轴不在叶片的对称轴上，二者存在一定距离。叶片相对于叶片底盘能够有一定角度的相对转动。限制转动角度的止转部件采用固定于叶轮底盘上的装置与固定在叶片上的活动装置的配合实现。止转装置分两部分，如图3，A部分安装在叶轮底盘上，B部分固定在叶柄轴上。A部分在遇到破坏性大风时还能后移，从而与B部分不能再接触，使叶片处于自由转动状态，从而保证叶片与风速方向平行，达到过载保护的目的。

以叶片闭合后阻风的面为正面。当风吹向这一发电装置时，如果正面迎风的叶片没有接触到止转装置，由于叶柄轴的不对称位置则此时叶片会因受力不平衡而发生转动。当叶片上的止转部件与叶轮底盘上的固定止转部件接触后不能再向前转动，从而迎风产生一个供发电的正向力矩。而背面迎风的叶片由于可以转动到与风速平行的位置，从而只会产生相对非常微小的反向力矩。图4显示了风从左下角向右上角吹动发电装置的情况。图中左上角的5号叶片带动装置转动，转过一定角度后，右下角的6号叶片与5号叶片同时迎风。图中7号叶片正好与风的方向平行。图中8号叶片正好从迎风向过渡到背风向，随着叶轮底盘再转动它会自由转动到与风速平行的位置。如此往复，不停的推动叶轮带动发电机发电。由于结构的对称性，任何方向的风吹来结构都是一样的运转。

实施例二

如图5和图6所示，本装置包括帆式叶片[9]、叶片底盘[10]、止转立柱[11]、发电机[12]等几部分。叶片整体采用张拉膜结构，张拉骨架采用金属架结构。叶片自转轴不在叶片的对称轴上，二者存在一定距离。叶片相对于叶片底盘能够有一定角度的相对转动。限制转动角度的止转部件采用中立柱。

以叶片闭合后阻风的面为正面。当风吹向这一发电装置时，如果正面迎风的叶片没有接触到止转装置，由于叶柄轴的不对称位置则此时叶片会因受力不平衡而发生转动。转到与中立柱接触后不能再向前转动，从而迎风产生一个供发电的正向力矩。而背面迎风的叶片由于可以转动到与风速平行的位置，从而只会产生相对非常微小的反向力矩。图7显示了风从左下角向右上角吹动发电装置的情况。图中左上角的13号叶片带动装置转动，转过一定角度后，右下角的14号叶片与13号叶片同时迎风。图中15号叶片正好与风的方向平行。图中16号叶片正好从迎风向过渡到背风向，随着叶轮底盘再转动它会自由转动到与风速平行的位置。如此往复，不停的推动叶轮发电。

实施例三

如图8所示，本装置包括帆式叶片[17]、叶片底盘[18]、发电机[19]等部分。几个叶片相互固定并安装在叶轮底盘上。每个叶片上有很多能够作上下开合转动的小叶片，如图9所示，图中叶片C能够绕着轴D向纸面内张开，止转装置E能够阻止叶片向纸面外张开，从而使小叶片实现单向阻风。当风吹向装置后，装置上正面迎风的小叶片闭合阻风，提供一个发电的力矩，而背面迎风的小叶片打开透风。叶轮上的叶片对称布置，而每个叶片上的小叶片的透风方向统一成顺时针方向或者逆时针方向。对称的两个大叶片上的小叶片的透风方向相反。因此，在风的作用下结构能够连续的运转。小叶片的迎风与透风的过渡过程与实施例一和实施例二大致相同。图10是风沿纸面方向由下向上吹时装置上的小叶片的开合状况，即左边的叶片闭合，右边的叶片张开。其中小叶片的轴也可以是竖直的，只要轴两边的面积不相等即可。

Claims (15)

1.一种风力发电装置，该装置上部有叶片，叶片根部有叶柄轴，几个叶片装在叶轮底盘上构成叶轮，叶片有止转装置，叶轮下装有发电机，其特征在于，没有高耸塔筒，没有偏航系统，叶片正向阻风背向透风。

2.按照权利要求1所述，叶片特征在于：叶片可以绕叶柄轴开合式转动一定角度。

3.按照权利要求2所述，叶片的特征在于：叶片的开合式运动使叶片实现单向阻风。

4.按照权利要求1所述，叶柄轴的特征在于：叶柄轴两边的叶片面积不相等。

5.按照权利要求4所述，叶片征在于：叶柄轴两边的叶片面积不相等使得叶片能够在风的作用下自动实现迎风闭合背风张开。

6.按照权利要求1所述，其叶片特征在于：叶片采用张拉膜结构。

7.按照权利要求1所述，其叶轮特征在于：三片及三片以上的上述叶片与一个叶轮底盘组成叶轮，使有合适风速的情况下发电机能持续地沿着设计的方向转动。

8.一种风力发电装置，该装置上部有叶片，叶片根部有叶柄轴，几个叶片装在叶轮底盘上构成叶轮，叶轮上有止转立柱，叶轮下装有发电机，其特征在于，没有高耸塔筒，没有偏航系统，叶片正向阻风背向透风。

9.按照权利要求8所述，其特征在于，叶片上与止转立柱接触的部件可以控制收回，实现过载保护。

10.一种风力发电装置，该装置上部有叶片，叶片上有能够开合的小叶片，几个叶片相互连接并固定在叶轮底盘上构成叶轮，叶轮下装有发电机，其特征在于，没有高耸塔筒，没有偏航系统，小叶片正向阻风背向透风从而实现大叶片的正向阻风背向透风。

11.按照权利要求10所述，其特征在于，小叶片上有自转轴。

12.按照权利要求11所述，其特征在于，小叶片上的自转轴两边的面积不相等。

13.按照权利要求11所述，其特征在于，在风的作用下小叶片能够自动开合实现正面阻风背面透风。

14.按照权利要求10所述，其特征在于，叶轮有三个及以上大的叶片且相互固定，均匀分布。

15.按照权利要求10所述，其特征在于，各叶片组成顺时针阻风或者逆时针阻风的叶轮结构。

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