CN104047805A - 一种水平轴和垂直轴通用的风力发电机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微风启动高效风力发电机装置，它可以用于水平轴、也可以用于垂直轴风力发电机。其包括可以与地面垂直也可以是平行的主轴，发电机装置、叶片，无连杆。其特征在于：所述叶片不通过连杆、其两端直接与发电机顶部相连或者是一端与主轴相连，另一端与发电机的顶部相连，但叶片都是绕主轴等距分布。本发明解决了风力发电机的启动难和效率低、风力发电机风轮叶片水平轴和垂直轴不能通用的难题。本发明结构简单、体积小、成本低廉、发电效率高，为风力发电的大力普及提供了很好的技术支持。

Description

一种水平轴和垂直轴通用的风力发电机装置
技术领域
本发明涉及风力发电机，具体为一种即可以应用于水平轴也可以应用于垂直轴的风力发电机装置。
背景技术
风力发动机目前分为垂直轴和水平轴两种类型。在风力发电机中，可利用的风能是在切入风速到停机风速之间风速段的风能，这个范围内的风能就是有效风能，降低启动风速和切入风速，就能增加有效风能的利用量，在相同的风速下，提供输出功率，就能大大增加有效风能的利用率。目前水平轴风力发电机虽然在市场上占了95%市场份额，但由于其设计的缺陷，还存在有如下的问题。一是水平轴风力发电机的叶片由于每个截面的扭角，弦长以及尖速比都不同，其设计目前普遍采用的是动量—叶素理论，但是由于叶素理论忽略了各叶素之间的流动干扰，同时在应用叶素理论设计叶片时都忽略了翼型的阻力，这种简化处理不可避免的造成了结果的不准确性，这种简化对叶片外形设计的影响较小，但是对风轮的风能利用率影响较大，而且风轮的迎风面不可能始终对着风，这就引起了“对风损失”，所以风能利用率只有30%左右；二是由于启动风速高使得所能利用的风速段变窄，降低了其发电效率；三是水平轴风轮的尖速比一般在5~7左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生很大的气动噪音，同时，很多鸟类在这样的高速叶片下也很难幸免。而垂直轴发电机风轮的叶片，虽然已经可以用CFD方法来设计，这种CFD技术完全能模拟在复杂外形下的复杂流动，这比叶素理论精确的多。但是气流的流动，会对像H型那样的垂直轴风轮的右侧和左侧叶片发生不平衡扭矩，这将会引起风轮发生比较大的晃动，会造成安全隐患。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种改进型的风力发电机装置，解决了以上风力发电机所存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：这是一种微风启动的高效风力发电机，包括与地面既可以垂直也可以平行的主轴，发电机装置、叶片，无连杆。
其特征在于：所述叶片不通过连杆、其两端直接与发电机顶部相连或者是一端与主轴相连，另一端与发电机的顶部相连，但叶片都是绕主轴等距分布。
根据权利要求1所述的微风启动的高效风力发电机，其特征在于：所述叶片组数可以为单数和双数倍。
根据权利要求1或2所述的微风启动的高效风力发电机，其特征在于：所述叶片为马鞍形曲线或者双曲线结构形状。
根据权利要求1~4所述的微风启动的高效风力发电机，其特征在于：叶片的断面为机翼形、四方形、菱形、椭圆形、边缘弯曲成つ形状、圆弧拱形等形状。
 附图说明
图为本发明的正面图1；图2为叶片1侧面图
图中：1为叶片；2风力发电机；3为主轴。
具体实施方式
    为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步描述，该实施例仅用于解释本发明，并不够成对本发明保护范围的限定。
参考图1所示：本发明涉及一种风力发电机，包括与地面垂直或者平行的主轴3，安装在主轴3上的发电装置2，三条马鞍形双曲线结构的叶片1，所述三条叶片1无连杆直接绕发电机2或者主轴3等距分布。
参考图2所示：本发明的风轮叶片1为马鞍形双曲线结构，叶片1的两端直接与发电机2的顶端等距离连接，而且主轴3与地面平行，则成与纸风车形状相类似的水平轴风力发电机；叶片1的一端直接绕主轴等距离连接，另一端与之拉开直径间的一段距离直接绕发电机2顶部等距离连接，而且主轴3与地面垂直，则可以作为垂直轴发电机使用。
叶片1的马鞍形双曲线结构，在旋转过程当中，叶片短的一侧，把外侧发散出去的气流再次卷入到风轮内，这样可以减少风能的损失，则相当于增大了受风面积，提高了效率；由于叶片1没有螺旋桨式叶片那样的尖端部，在风叶旋转切割气流时就不会形成尖端漩涡，所以不会产生气动噪音和振动；叶片1可以用CFD方法来设计，比叶素理论精确的同时，也减少了设计所花费的时间，节约了时间成本；叶片1由于没有连杆，气流的流动，不会像H型垂直轴风力发电机风轮的右侧和左侧叶片那样发生不平衡扭矩，不会引起风轮的晃动，提高了抗风能力，减少了安全隐患的同时节约了生产成本。
   经过理论的计算，本发明的风力发电机装置的叶片1的面积是同等功率发电机其螺旋桨叶片面积一半左右，由于没有连杆，其抗风性强，能低风速启动，无噪音,相比同类型风力发电机效率高出10~30%。由于叶片1水平轴和垂直轴通用，所以减少了风轮叶片生产线的投资成本，由于其旋转空间小、体积小发电效率高，这极大地提高了其在风电建筑一体化项目中的应用，达到节省电力资源的经济效益和减少二氧化碳排放的生态效益。

Claims (5)

1.一种微风启动的高效风力发电机，包括与地面既可以垂直也可以平行的主轴，发电机装置、叶片，无连杆。
2.其特征在于：所述叶片不通过连杆、其两端直接与发电机顶部相连或者是一端与主轴相连，另一端与发电机的顶部相连，但叶片都是绕主轴等距分布。
3.根据权利要求1所述的微风启动的高效风力发电机，其特征在于：所述叶片组数可以为单数和双数倍。
4.根据权利要求1或2所述的微风启动的高效风力发电机，其特征在于：所述叶片为马鞍形曲线或者双曲线结构形状。
5.根据权利要求1~4所述的微风启动的高效风力发电机，其特征在于：叶片的断面为机翼形、四方形、菱形、椭圆形、边缘弯曲成つ形状、圆弧拱形等形状。
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