CN102650260A - 一种风力发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电方法。所述方法是采用机翼形状的桨叶，将两个或两个以上的机翼型桨叶绕着转轴均匀地安装；机翼型桨叶的叶面与转轴在同一平面上；整个机翼型桨叶与转轴平行地固定在转轴上，机翼型桨叶与转轴通过转轴支架相连并固定；由机翼型桨叶、转轴、转轴支架组成一个桨叶轮。当转轴与风力方向平行时，风力经过机翼型桨叶的叶面时会产生升力，所产生的升力与转轴垂直，带动转轴旋转。转轴与发电机的转子相连，从而带动发电机发电。通过这种方法将风能转化为发电机发电的能量。所述设备是由机翼型桨叶、转轴、转轴支架、发电机组成。本发明用于风力发电。

Description

一种风力发电方法

技术领域

本发明涉及一种风力的利用方法，特别是涉及一种风力发电方法。

技术背景

现在随着世界能源的紧缺和温室效应的增加，开发新的能源特别是再生绿色能源越来越重要。风力发电是一种重要的再生能源的利用方法，现在风力发电技术主要是采用螺旋桨技术，虽然螺旋桨发电技术已经得到了大量应用，但仍然存在着一些缺陷，主要是风力发电的品质差、抗大风安全性差、风能利用率低。现在虽然也有相关的新发明提高发电效率，如中国专利局于1989.10.04公开的发明名称《摆翼式立轴风力机》专利申请号88109991.0的发明中公开了一种方法，该方法利用一种摆翼式立轴风力机发电，通过翼片的内外摆动，从而得到较好的角度，改善启动性能提高效率。但是，这种方法所使用的设备特别是翼片结构复杂，在具体的施工和使用中，成本高，控制难，并不能从根本上解决现在风力发电机在大风下的安全性，特别是在实际使用过程中操作难度大，难以具体实施。又如中国专利局于2003.08.27公开的发明名称《大型的风力发电》专利申请号03102031.3公开的一种技术，该发明公开了的风力发电方法，具有成本低的特点；但是这种方法产生的风力转速不均匀，电力品质差，特别是发电设备的结构强度差，无法制成大型风力发电机，更无法抵抗大风的冲击，使应用范围受到限制。现在虽然利用风力发电的方法很多，但大多数技术并没有得到实际地应用，其主要原因是其转化率低、产生的风力品质低、设备成本高。因此，现在急需一种从根本上提高能量转化率、降低发电设备成本、安全性高的利用风力发电的方法及相关设备。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种发电效率高、设备制作工艺简单、安全性高、可操作性强的风力发电方法。

为此，本发明提供了一种风力发电方法，所述方法是采用机翼形状的浆叶，所谓机翼形状的浆叶就是如飞机的机翼，飞机的机翼在流动的空气里会产生升力，将两个或两个以上的机翼型浆叶绕着转轴均匀地分布；机翼型浆叶的叶面与转轴处于同一平面上；整个机翼型浆叶与转轴平行地固定在转轴上，机翼型浆叶与转轴通过转轴支架相连并固定；所述转轴的两端通过支撑轴承与基座相连，支撑基座固定在地面或海面上；在浆叶轮的尾部安装一个导向舵。在空气中，当风力吹动导向舵时，由于导向舵的作用使转轴与风的方向平行，因为机翼型浆叶的叶面与转轴处于同一平面上，所以机翼型浆叶的叶面也与风力的方向平行。根据伯努里原理，当风经过机翼型浆叶的叶面时会产生升力，由于机翼型浆叶的叶面与转轴处于同一平面，所产生的升力与转轴垂直，升力就成了使转轴旋转的力，带动转轴旋转；由于转轴与发电机相连，从而带动发电机发电；通过这种方法将风力的动能转化为使发电机发电的能量。为了便于叙述，我们把由机翼型浆叶、转轴、转轴支架组成一个浆叶轮；本发明所述的方法是通过风力发电设备实现的，所述风力发电设备是由机翼型浆叶、转轴、转轴支架、导向舵、支撑基座、发电机组成，由于我们将机翼型浆叶、转轴、转轴支架组成当成浆叶轮；即发电设备由浆叶轮、导向舵、支撑基座、发电机组成。

在本发明提供的另一种风力发电方法中，所述浆叶轮与支撑基座可以在同一水平面上相对旋转；当浆叶轮尾部的导向舵在风力的作用下产生移动时，可以带动整个浆叶轮相对于基座旋转，旋转使叶面与风力的方向平行。因为，只有在平行的条件下，才能产生最大的升力，从而人使风力产生最大的发电效率。

在本发明提供的另一种风力发电方法中，所述转轴与发电机的连接是采用机械连接方式；所述机械连接方式是联轴式连接或链轮式连接或齿轮式连接。通过机械连接将风力的能量传递给发电机发电。当然，也可以采用其它的连接方式，如磁偶合或磁齿轮的传递方式，这种方式可以提高传递效率，但相对而言会增加一定的成本。

在本发明提供的另一种风力发电方法中，在所述机翼型浆叶的尾部安装导流板，由于导流板的板面与风力成夹角，在风力的吹动下，导流板可以将风力的推动作用直接转化成旋转动力，从而提高发电效率，所述导流板与转轴夹角在5-85°；所述夹角最优角度范围是40-50°。

在本发明提供的另一种风力发电方法中，所述机翼型浆叶的凸面的边沿是圆角。采用圆角可以减少浆叶轮在风中旋转时的阻力，提高发电效率。

在本发明提供的另一种风力发电方法中，所述浆叶轮放置在一个圆型导流筒里，所述导流筒是由三段组成；大口直径导流筒、小口直径导流筒、过度锥形导流筒，过度锥形导流筒将大口直径导流筒与小口直径导流筒连接成一个整体；浆叶轮放置在小口导流筒里。通过导流筒的作用可以风力集中，通过这种集中的作用提高风能的密度，从而提高发电效率。同样为了保持与风力的平行，在所述导流筒的上部或尾部安装导向舵，导向舵可以在风力的作用下保持与风力的方向一致。

在本发明提供的另一种风力发电方法中，将所述机翼型浆叶的截面制成等腰梯形结构，靠近转轴的是梯形的小底边，在外面的是梯形的大底边。根据伯努力原理，通过这种等腰梯形的结构可以增大风力通过时的阻力截面，从而减少风通过的截面，提高风力在通过时的速度，增加升力，提高发电效率。

本发明提供的风力发电方法与现有方法相比具有以下优点：

1.发电效率高：由于本发明所采用的机翼型浆叶的升力与叶面的面积成正比，因此，风能的能量转化效率高，从而使发电效率提高；

2.制造简单成本低：本发明所采用的机翼型浆叶制造技术成熟，成本低；

3.安全性高：现有的螺旋桨，风力发电技术在高速风力的作用下容易折断，而本发明所采用的机翼型浆叶是采用飞机上成熟的技术，飞机的机翼可以承受高速冲击，从而保证了本发明设备可以在高速风力的作用下保持正常发电，安全性高。

附图说明

附图1是本发明提供的一种风力发电方法的一个原理示意图；

附图2是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶轮旋转原理示意图；

附图3是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶轮的截面结构示意图；

附图4是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶的导流板安装示意图；

附图5是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶的边沿改进示意图；

附图6是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶的截面改进结构示意图；

附图7是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶轮安装在变截面的导流筒中的示意图。

具体实施方式

参照附图1，附图1是本发明提供的一种风力发电方法的一个原理示意图；在空气的风1里放置机翼型浆叶2，根据伯努力原理，机翼型浆叶2在风1里会产生升力3。

附图2是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶轮旋转原理示意图：浆叶轮由机翼型浆叶23、24、支撑架22和转轴21组成。机翼型浆叶23和24对称通过支撑架22固定在转轴21上，在风力的作用下，如果风的流动方向与转轴21平行，机翼型浆叶23会产生一个向下的升力25，机翼型浆叶24会产生一个向上的升力26，升力25和升力26的大小相当，方向相反，最后升力25和升力26会形成绕转轴21旋转的合力，通过支撑架22，机翼型浆叶23、24会带动转轴21旋转，而转轴21与发电机(图中未画)相连，从而带动发电机发电。

附图3是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶轮的截面结构示意图：浆叶轮由多个(本图中八个)机翼型浆叶33、转轴31及支撑架32组成。机翼型浆叶33(图中画的是浆叶的截面图)对称地绕着转轴31，机翼型浆叶33通过支撑架32与转轴31相连，当机翼型浆叶33在风力的作用下产生升力34时，多个机翼型浆叶33产生的升力34都绕着转轴31形成一个旋转合力，带动转轴31旋转。

附图4是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶的导流板安装示意图：在机翼型浆叶41的尾部安装导流板44，导流板44与风力42的流动方向成一定夹角(本图中是50°左右)，当机翼型浆叶41放置在风力42中时，会产生升力43，升力43与风力42的流动方向垂直；同时风力42会对尾部的导流板44产生一个推力，这个推力被分解成一个水平分力46和一个垂直分力45，垂直分力45与风力42方向垂直，垂直分力45和升力43同向，二者形成合力，增大了旋转的力量。

附图5是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶的边沿改进示意图：机翼型浆叶(截面图)51放置在风中时会产生升力52，同时风力也会对机翼型浆叶51产生阻力54。机翼型浆叶51的边沿53是直角形状。当将机翼型浆叶51的直角形状的边沿53变成圆角边沿57时，这时机翼型浆叶55的升力56并没有产生多大变化，但是风力对机翼型浆叶55产生的阻力58却变小了。这样，通过改变机翼型浆叶的边沿，从直角变成圆角减少了风力对机翼型浆叶的阻力。

附图6是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶的截面改进结构示意图：机翼型浆叶62通过支撑架63与转轴61相连。机翼型浆叶62的截面由原来的长方形(见附图3中33的形状)变成了梯形，梯形可以增加机翼型浆叶62的截面积，从而增加升力；同时，由于机翼型浆叶62的截面积增加，两个相邻机翼型浆叶之间的空隙变小，风力通过这些空隙的速度增加，速度增加使升力增加，升力的增加使转轴61的旋转力增加，从而使发电效率增加。

附图7是本发明提供的一种风力发电方法的一个浆叶轮安装在变截面的导流筒中的示意图：大口直径导流筒71通过锥形导流筒72与小口直径导流筒73相连，在小口直径导流筒73里安装了浆叶轮74，风力76从大口直径导流筒71流入，通过锥形导流筒72的收缩过度进入小口直径导流筒73，然后风力77流出小口直径导流筒73，推动浆叶轮74旋转，浆叶轮74通过转轴75将旋转能量输出。由于小口直径导流筒73的截面积小于大口直径导流筒71，所以风力77的流速会加快，浆叶轮74的旋转力变大，转轴75输出的能量变大，从而使发电的效率更高。

上面所述实施例是对本发明进行说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思、方法和范围，都记载在本发明的权利要求书中。

Claims (10)

1.一种风力发电方法，其特征是：所述方法是采用机翼形状的浆叶，将两个或两个以上的机翼型浆叶绕着转轴均匀地分布；机翼型浆叶的叶面与转轴处于同一平面上；整个机翼型浆叶与转轴平行地固定在转轴上，机翼型浆叶与转轴通过转轴支架相连并固定；由机翼型浆叶、转轴、转轴支架组成一个浆叶轮；所述转轴的两端通过支撑轴承与基座相连，支撑基座固定在地面或水面上；在浆叶轮的尾部安装一个导向舵；当风力吹动导向舵时，转轴与风的方向平行；根据伯努里原理，风经过机翼型浆叶的叶面时会产生升力，由于机翼型浆叶的叶面与转轴处于同一平面，所产生的升力与转轴垂直，升力就成了使转轴旋转的力，带动转轴旋转；由于转轴与发电机相连，从而带动发电机发电；通过这种方法将风力的动能转化为使发电机发电的能量。

2.根据权利要求1所述的风力发电方法，其特征是：所述方法是通过风力发电设备实现的，所述风力发电设备是由机翼型浆叶、转轴、转轴支架、导向舵、支撑基座、发电机组成，即由浆叶轮、导向舵、支撑基座、发电机组成。

3.根据权利要求1所述的风力发电方法，其特征是：所述浆叶轮与支撑基座可以在同一水平面上相对旋转；当浆叶轮尾部的导向舵在风力的作用下产生移动时，可以带动整个浆叶轮相对于基座旋转，旋转使叶面与风力的方向平行。

4.根据权利要求1或2所述的风力发电方法，其特征是：所述转轴与发电机的连接是采用机械连接方式；所述机械连接方式是联轴式连接或链轮式连接或齿轮式连接。

5.根据权利要求1或2所述的风力发电方法，其特征是：在所述机翼型浆叶的尾部安装导流板，导流板的板面与转轴成夹角；所述夹角在5-85°。

6.根据权利要求5所述的风力发电方法，其特征是：所述夹角最优角度范围是40-50°。

7.根据权利要求1或2所述的风力发电方法，其特征是：所述机翼型浆叶的凸面的边沿是圆角。

8.根据权利要求1所述的风力发电方法，其特征是：所述浆叶轮放置在一个圆型导流筒里，所述导流筒是由三段组成：大口直径导流筒、小口直径导流筒、过度锥形导流筒；过度锥形导流筒将大口直径导流筒与小口直径导流筒连接成一个整体；浆叶轮放置在小口导流筒里。

9.根据权利要求8所述的风力发电方法，其特征是：在所述导流筒的上部或尾部安装导向舵，导向舵可以在风力的作用下保持与风力的方向一致。

10.根据权利要求1所述的风力发电方法，其特征是：所述机翼型浆叶的截面是等腰梯形结构，靠近转轴的是梯形的小底边，在外面的是梯形的大底边。

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