CN105179177A - 一种双转子风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双转子风力发电机组，属于风力发电技术领域。技术方案是：发电机（8）、上风轮和下风轮垂直于地面布置在十字型框架内，上风轮和下风轮旋转方向相反；风轮（A）由立轴（1）和叶片（2）构成，风轮的立轴（1）与发电机（8）的轴连接，风轮立轴垂直于地面，立轴（1）上安装有三片叶片（2）；所述叶片为机翼形状的叶片，叶片的前缘（a）设置有湍流促进部件（7），以叶片翼弦（c）前缘32%的位置为起点切割至后缘，风轮的各叶片上端和下端均装有翼梢小翼（6）。本发明上下风轮带动双转子发电机旋转式时，可以同时利用风能的升力和阻力，反向旋转增加转速，提高发电效率，微风1m/s可以启动，无噪音，无方向性，抗风能力强。

Description

一种双转子风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种双转子风力发电机组，特别是微风起动发电的垂直轴风力发电机组，属于风力发电技术领域。
背景技术
目前，背景技术的风力发电机组多采用水平轴结构，通过尾翼改变风轮方向，使风轮正面直接迎风旋转，带动永磁发电机发电。背景技术存在的问题是：风轮噪音大，抗风能力低，启动风速高，风速需要2m/s以上才能启动，发电机发电效率低。
发明内容
本发明目的是提供一种双转子风力发电机组，可微风起动、无噪音、高发电效率，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种双转子风力发电机组，包含发电机和设在发电机上方的上风轮和设在发电机下方的下风轮，发电机、上风轮和下风轮垂直于地面布置在十字型框架内，上风轮和发电机的外壳连接，下风轮和发电机的中间轴连接，上风轮和下风轮旋转方向相反；上风轮和下风轮统称为风轮，由立轴和叶片构成，风轮的立轴与发电机的轴连接，风轮立轴垂直于地面，立轴上安装有三片叶片；所述叶片为机翼形状的叶片，叶片的前缘设置有湍流促进部件，以叶片翼弦前缘32%的位置为起点切割至后缘，风轮的各叶片上端和下端均装有翼梢小翼。
所述发电机采用的是盘式永磁无刷双转子发电机。
所述叶片前缘设置的湍流促进部件，为半椭圆形或圆锥形或半圆形的凸起物。
所述翼梢小翼伸向立轴，翼梢小翼为三角形，横截面是机翼流线型并和叶片有15-30度夹角。
所述上风轮和下风轮反向旋转，上风轮的叶片位置与下风轮的叶片位置之间成60度角，上风轮和下风轮的六个叶片在360度圆周上均布。
所述机翼形状叶片的翼弦和风向成1-6度夹角。
所述叶片内部植入骨架，骨架内设置连接杆通过支架和立轴连接。
所述翼梢小翼为机翼形状，其长度或体积小于叶片的长度或体积，设置在叶片的上端和下端，故称为翼梢小翼。
所述叶片选用升力系数在1.1-1.5的飞机翼状结构，以叶片翼弦前缘32%的位置为起点切割至后缘，叶片和立轴之间由上下对称间隔均匀的两根平行于地面的支架连接，组成风轮，从而能将任何方向的25000-2500000范围内低雷诺系数的风作用到风轮上，风轮带动盘式永磁无刷双转子发电机发电，送往控制器，控制器通过整流、升降压输送给蓄电池储存电能带动负载。
本发明与背景技术相比，具有如下优点和效果：上下风轮反向旋转，叶片前缘设置有半椭圆或半锥形的湍流促进部件，采用和叶片呈15-30度夹角的翼梢小翼，升力系数在1.1-1.5、以翼状叶片翼弦长的前缘32%的位置为起点切割到后缘的飞机翼状形状叶片，上下风轮带动双转子发电机旋转式时，可以同时利用风能的升力和阻力，反向旋转增加转速，提高发电效率，微风1m/s可以启动，无噪音，无方向性，抗风能力强。
附图说明
图1为本发明实施例的双转子风力发电机组外观斜视图；
图2为本发明实施例的风轮外观斜视图；
图3为本发明实施例湍流促进装置的示意图；
图4为本发明实施例的风轮俯视图；
图5为本发明实施例的风轮叶片结构图；
图6为本发明实施例的风轮叶片、连接杆、支架的连接示意图；
图7为本发明实施例的风轮叶片的空气压力分布示意图；
图8为本发明实施例的风轮叶片旋转示意图；
图9为本发明实施例的充电系统示意图；
图中：A—风轮，A1—上风轮，A2—下风轮，B—十字型框架，1—立轴，2—叶片，3—骨架，4—连接杆，5—支架，6—翼梢小翼，7—湍流促进部件，8—发电机，9—控制器、10—蓄电池、11—负载，a—前缘，b—后缘，c—翼弦，d—夹角，A3—风力方向一，A4—风力方向二。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
一种双转子风力发电机组，包含发电机8和设在发电机上方的上风轮A1和设在发电机下方的下风轮A2，发电机8、上风轮和下风轮垂直于地面布置在十字型框架B内，上风轮和发电机的外壳连接，下风轮和发电机的中间轴连接，上风轮和下风轮旋转方向相反；上风轮和下风轮统称为风轮A，由立轴1和叶片2构成，风轮的立轴1与发电机8的轴连接，风轮立轴垂直于地面，立轴1上安装有三片叶片2；所述叶片为机翼形状的叶片，叶片的前缘a设置有湍流促进部件7，以叶片翼弦c前缘32%的位置为起点切割至后缘，风轮的各叶片上端和下端均装有翼梢小翼6。
所述发电机采用的是盘式永磁无刷双转子发电机。
所述叶片前缘设置的湍流促进部件7，为半椭圆形或圆锥形或半圆形的凸起物。
所述翼梢小翼伸向立轴，翼梢小翼为三角形，横截面是机翼流线型并和叶片有15-30度夹角。
所述上风轮和下风轮反向旋转，上风轮的叶片位置与下风轮的叶片位置之间成60度角，上风轮和下风轮的六个叶片在360度圆周上均布。
所述机翼形状叶片的翼弦c和风向成1-6度夹角d。
所述叶片内部植入骨架3，骨架内设置连接杆4通过支架5和立轴1连接。
所述叶片选用升力系数在1.1-1.5的飞机翼状结构，以叶片翼弦前缘32%的位置为起点切割至后缘，叶片2和立轴3之间由上下对称间隔均匀的两根平行于地面的支架5连接，组成风轮，从而能将任何方向的25000-2500000范围内低雷诺系数的风作用到风轮上，风轮带动盘式永磁无刷双转子发电机发电，送往控制器9，控制器通过整流、升降压输送给蓄电池10储存电能带动负载11。
实施例中的具体实施方式：上下各一组垂直轴风轮A和中间的盘式永磁无刷双转子发电机8设置于十字型框架B内，上风轮A1和下风轮A2反向旋转，上风轮A1和下风轮A2各叶片2间成60度角。各组风轮A的垂直于地面的立轴1上，通过支架5和连接杆4安装有三片叶片2,叶片2前缘a设置有半椭圆或半锥形的湍流促进部件7，叶片2上下端安装有和叶片2呈15-30度夹角的翼梢小翼6（图2）。叶片2选用升力系数在1.1-1.5的飞机翼状形状，根据机翼空气动力学原理，以叶片翼弦c前缘a32%的位置为起点切割至后缘b（见图5），其作用是能将任何方向的25000-2500000范围内低雷诺系数的风作用到风轮A上。叶片2和立轴1之间由上下间隔均匀的两根平行于地面的支架5连接组成风轮A（见图2、图4）。叶片2材质采用铝合金或树脂等薄板材料卷压骨架3制成。翼状叶片2的翼弦c和支架5成1-6度夹角d（见图6）。叶片2内部植入骨架3，骨架内设置连接杆4通过支架5和立轴1连接（见图5、图6）。
叶片2的空气压力分布图（见图7）。叶片2下前部空气压力高于外部空气压力，下后部空气压力和外部空气压力基本相等，叶片2上前部为机翼形状空气加速流动，空气压力小于外部空气压力。因此切割叶片2下后部对叶片2的空气动力特性没有影响。在周速比1以下的低风速区域叶片2下后切割部利用对风力（A4箭头方向）阻力产生扭矩带动风轮A旋转（见图8），在周速比1以上的高风速区域叶片2利用风力（A3箭头方向）产生的升力带动风轮A旋转（见图8），也就是具有低雷诺系数、高升力系数特性的风轮A，在各种风速区域都具有高发电效率。叶片2在添加翼梢小翼6后有利于去除叶片上下端的湍流影响，叶片2前缘a添加湍流促进部件7提升升力，提高到风轮效率到40%。叶片2采用铝合金或树脂等轻型材料，使风轮A整体重量减轻，减少了离心力产生的负荷。
发电机组是由稀土性永磁无铁芯发电机8、控制器9、蓄电池10、负载11依次连接而成，风轮A带动稀土性永磁无铁芯发电机8发电送往控制器9，控制器通过整流、升降压输送给蓄电池10储存电能带动负载11（见图9）。

Claims (7)

1.一种双转子风力发电机组，其特征在于：包含发电机（8）和设在发电机上方的上风轮（A1）和设在发电机下方的下风轮（A2），发电机（8）、上风轮和下风轮垂直于地面布置在十字型框架（B）内，上风轮和发电机的外壳连接，下风轮和发电机的中间轴连接，上风轮和下风轮旋转方向相反；上风轮和下风轮统称为风轮（A），由立轴（1）和叶片（2）构成，风轮的立轴（1）与发电机（8）的轴连接，风轮立轴垂直于地面，立轴（1）上安装有三片叶片（2）；所述叶片为机翼形状的叶片，叶片的前缘（a）设置有湍流促进部件（7），以叶片翼弦（c）前缘32%的位置为起点切割至后缘，风轮的各叶片上端和下端均装有翼梢小翼（6）。
2.根据权利要求1所述的一种双转子风力发电机组，其特征在于：发电机是盘式永磁无刷双转子发电机。
3.根据权利要求1或2所述的一种双转子风力发电机组，其特征在于：叶片前缘设置的湍流促进部件（7）为半椭圆形或圆锥形或半圆形的凸起物。
4.根据权利要求1或2所述的一种双转子风力发电机组，其特征在于：翼梢小翼伸向立轴，翼梢小翼为三角形，横截面是机翼流线型并和叶片有15-30度夹角。
5.根据权利要求1或2所述的一种双转子风力发电机组，其特征在于：所述上风轮和下风轮反向旋转，上风轮的叶片位置与下风轮的叶片位置之间成60度角，上风轮和下风轮的六个叶片在360度圆周上均布。
6.根据权利要求1或2所述的一种双转子风力发电机，其特征在于：所述机翼形状叶片的翼弦（c）和风向成1-6度夹角（d）。
7.根据权利要求1或2所述的一种双转子风力发电机，其特征在于：所述叶片内部植入骨架（3），骨架内设置连接杆（4）通过支架（5）和立轴（1）连接。
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