CN103925163A - 一种水力及风力单向轴双转子的发电装置 - Google Patents

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何玉荣
程珙
范新萌
黄亦凡
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

一种水力及风力单向轴双转子的发电装置,它涉及一种综合利用水力及风力单向轴双转子的发电装置,本发明要解决现有阻力型垂直轴风力发电机在风力不足的时候无法运转的问题以及由于水流方向的不确定性,导致垂直轴潮流水轮机发电效率不高的问题。本发明所述的一种水力及风力单向轴双转子的发电装置,包括三个单元:分别是风力发电单元、双转子单元和水力发电单元。风力发电单元,采用旋流布风罩,环置于阻力型垂直轴风力发电机外侧;双转子单元,风力机和水力机带动双转子的内外转子逆向旋转发电,并且采用单向轴技术;水力发电单元,水轮机叶片采用垂直轴升力型翼型结构设计。本发明可应用于微风发电领域及海上风电领域。

Description

—种水力及风力单向轴双转子的发电装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种综合利用水力及风力单向轴双转子的发电装置。
背景技术
[0002] 能源紧缺和环境污染是人类面临的两大重要问题,大力发展清洁可再生能源成为世界能源实现可持续发展的重要战略措施。水能发电和风能发电都是无污染的绿色发电方式,因此,如果能同时利用这俩部分能量进行发电,并将产生的电能收集并加以利用,将在很大程度上提高发电效率并实现节能减排的目标。
[0003] 近年来,随着风电技术的发展和机组性能逐步改进和提高,风电机组越来越经济和高效,单机容量也不断增大,陆地风场的开发已日趋饱和,海上风场具有风速高、湍流度低、风切变小等优点,目前世界各国海上风电正在蓬勃发展,我国也已规划了千万千瓦级海上风场。然而与陆上风电相比,海上机组的单位造价也比较高,为充分利用所铺设的海底电缆、海上基础,降低海上风机单位千瓦的造价,提高海上风场的经济性,可同时利用水力发电设计双转子水力风力发电装置,提高发电效率,降低投资成本和投资风险。
[0004] 首先,目前的阻力型垂直轴风力发电机效率较低,风能利用系数小,且需要很高的启动风速,在风力不足的时候无法运转。其次,由于水流方向的不确定性,垂直轴潮流水轮机的设计转向无法达到最优化。此外,水力及风力双转子发电机由于水力能和风力能大小不确定性,容易产生反转现象而影响发电效率。以上各方面的问题,使类似于此类的双转子发电装置无法得到很好的利用。
发明内容
[0005] 本发明是要解决现有阻力型垂直轴风力发电机在风力不足的时候无法运转的问题以及由于水流方向的不确定性,导致垂直轴潮流水轮机发电效率不高的问题,而提出一种水力及风力单向轴双转子的发电装置。基于阻力型垂直轴风力发电机之旋流布风罩技术与垂直轴潮流水轮机翼型叶片技术的一种水力及风力单向轴双转子的发电装置,包括三个单元:分别是风力发电单元、双转子单元和水力发电单元。每个单元独立工作,又相互结合,组成一个有机的整体,实现了高效发电。
[0006] 风力发电单元,采用旋流布风罩,环置于阻力型垂直轴风力发电机外侧;
[0007] 针对目前阻力型垂直轴风力发电机风能转换效率差,启动风速偏高等问题,本装置采用旋流布风罩,环置于风力发电机转子装置外,利用导流板的设计,使空气流经布风罩时,能于其内部产生漩涡流,利用漩涡流原理使转子转动时,阻力型叶片随时都受到空气推力,有别于传统转子转动时受推力、时受阻力的缺点,大幅提升效率。
[0008] 双转子单元,风力机和水力机带动双转子的内外转子逆向旋转发电,并且采用单向轴技术;
[0009] 针对目前风力、水力发电效率低,装置结构复杂,体积大等问题,本装置采用新型双转子发电机,在风力和水力资源丰富的地方,风力机和水力机带动双转子的内外转子逆向旋转发电。双转子发电机具有结构小巧、简单、噪音小、寿命长、效率高等优点,并且采用单向轴技术,保证了两根轴只能单向且相互逆向旋转。
[0010] 水力发电单元,水轮机叶片采用垂直轴升力型翼型结构设计;
[0011] 水轮机叶片采用垂直轴升力型翼型结构设计,无论水来流方向如何,轴始终朝着一个方向转动,也在一定程度上提高了效率。
[0012] 本发明的工作原理:水平方向吹来的风,在流经旋流布风罩后,在其内部产生漩涡流,在单向漩涡流的作用下,阻力型叶片始终都受到空气的推力,带动风力发电机轴单向旋转。与此同时,在水流的作用下,水轮机翼型叶片受力带动轴与风力轴反向旋转。风轮和水轮带动内、外转子绕双转子中心轴相互逆向旋转,从而发电。
[0013] 本发明包括以下也有益效果:
[0014] 1、效率高:双转子发电机及旋流布风罩的使用,大大提升的发电效率,旋流布风罩的应用使发电机在低风速下即能启动,也提高了发电效率。旋流布风罩设计和制造均很简单,安装方便,能大幅提高风力机组发电效率,且并不会使风机装置体积增加过多。
[0015] 2、结构简单:旋流布风罩的使用,降低了对阻力型垂直轴发电机叶片的要求,同时还对叶片起到了一定的保护作用,增加了使用寿命。
[0016] 3、实用性强:此发电装置适用于偏远海域,如中国东南沿海各孤立的岛屿及海域,这些偏远地区用用覆盖电网的方式供电成本较高或根本无法实现。
附图说明
[0017] 图1为本发明的工作原理示意图;
[0018] 图2为本发明的整体结构示意图;
[0019] 图3为本发明的旋流布风罩的主视图;
[0020] 图4为本发明的旋流布风罩的俯视图;
[0021] 图5为本发明的阻力型垂直轴发电机的主视图;
[0022] 图6为本发明的阻力型垂直轴发电机的俯视图;
[0023] 图7为本发明的双转子发电机的结构示意图;
[0024] 图8为本发明的垂直轴潮流水轮机的升力型翼型叶片的俯视图;
[0025] 图中,I为风力发电单元,2为双转子单元,3为水力发电单元,4为导流板,5为阻力型叶片,6为单向旋转限位器,7为线圈,8为磁铁,9为小钢球,10为轴承,11为升力型翼型叶片。
具体实施方式
[0026] 具体实施方式一:一种水力及风力单向轴双转子的发电装置,包括三个单元:分别是风力发电单元、双转子单元和水力发电单元。
[0027] 风力发电单元,采用旋流布风罩,环置于阻力型垂直轴风力发电机外侧;
[0028] 双转子单元,风力机和水力机带动双转子的内外转子逆向旋转发电,并且采用单向轴技术;
[0029] 水力发电单元,水轮机叶片采用垂直轴升力型翼型结构设计。

Claims (1)

1.一种水力及风力单向轴双转子的发电装置,其特征在于它包括三个单元:分别是风力发电单元、双转子单元和水力发电单元; 风力发电单元,采用旋流布风罩,环置于阻力型垂直轴风力发电机外侧; 双转子单元,风力机和水力机带动双转子的内外转子逆向旋转发电,并且采用单向轴技术; 水力发电单元,水轮机叶片采用垂直轴升力型翼型结构设计。
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