CN107191325A - 一种水平轴滚轮式风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水平轴滚轮式风力发电装置，包括风轮、风轮支架和主塔，风轮包括若干叶片，风轮支架包括两个十字支架，十字支架之间中部为旋转轴承，旋转轴承中心设有风轮中心水平轴，十字支架之间底部连接有底杆，底杆与主塔连接；叶片包括风斗和风斗支架，风斗位于叶片的外端，呈半圆柱型，其两端通过风斗支架垂直固定于风轮中心水平轴上；风斗的宽度为风轮旋转半径的一半，其长度为其宽度的4倍，两侧设有风斗遮挡板。本发明通过设置风斗的形状以及尺度比例，提高风能的转化率，并通过设置风斗遮挡板防止风从风斗两侧流失，进一步提高风能的转化率。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种水平轴滚轮式风力发电装置。
背景技术
目前，市面上的传统风力发电装置，按轴向分类有两种，一是水平轴风力发电装置，另一种是垂直轴风力发电装置，这两种都有各自的缺点。
水平轴风力发电装置，一、它的迎风面积小，因叶片是一端固定安装，面积大了叶片承受不了迎面吹来后的折弯力；二、它的迎风角度小，不管它使用什么方式扭动叶片形状，都有50％迎面吹来的风力转嫁到主塔上，实际收集风力都小，所以不断延长叶片长度来增加扭矩；三、扭矩，叶片长度的一半就是受力平均中心点，因它叶片的叶尖部慢慢缩小面积，所以它的中心点要小于叶片长度的一半，中心点到旋转轴的距离会小于旋转半径的一半，这样扭矩就小，四，它旋转一周时间的面积并非是实时面积，实时错过了很多风的冲击力。风扇叶片螺旋桨式装置搅动静态流体的最好方案，而流动的流体它并非是最好的方式。
垂直轴风力发电装置，不管使用什么样形状的叶片，它都有顺风区和逆风区，而且无法使用风斗遮挡板，两作用力抵消只剩下叶片异形的压力差，收集的风力很小。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上技术缺陷，提供一种风能转化率强的水平轴风力发电装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种水平轴滚轮式风力发电装置，包括风轮、风轮支架和主塔；所述风轮包括若干叶片；所述风轮支架包括两个十字支架，所述十字支架之间中部为旋转轴承，旋转轴承中心设有风轮中心水平轴，十字支架之间底部连接有底杆，所述底杆与主塔连接；所述叶片包括风斗和风斗支架，所述风斗位于叶片的外端，呈半圆柱型，其两端通过风斗支架垂直固定于风轮中心水平轴上，在环形运转平面内风斗开口运动方向；所述叶片平行于风轮中心水平轴设置，并沿风轮中心水平轴的圆周方向均匀分布；所述风斗的宽度为风轮旋转半径的一半，其长度为其宽度的4倍，两侧设有风斗遮挡板。
进一步地，所述叶片的个数为4，每个叶片之间的夹角为90°。
进一步地，所述两个十字支架之间的前端与低端之间设有圆弧形遮挡板。
进一步地，所述十字支架后侧设有侧尾舵板，为半圆形侧挡板。
进一步地，所述底杆与主塔之间设有7字型偏心支撑架，偏心支撑架顶部与底杆的中间位置固定连接，底部通过水平旋转轴承与主塔连接。
进一步地，所述风轮中心水平轴两端分别安装发电机，一个为高速发电机，另一个为低速发电机。
进一步地，所述主塔为可升降结构。
进一步地，所述两个十字支架的上端、左端及右端之间均设有连接杆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明涉及的一种水平轴滚轮式风力发电装置，通过设置风斗的形状以及尺度比例，增加该风力发电装置的正面迎风面面积，使叶片在旋转中受风的推力大、阻力小，且风斗受力中心点到风轮中心水平轴的距离达到风轮旋转半径的75％，增大扭矩大，从而增大风能的转化率，并通过设置风斗遮挡板防止风从风斗两侧流失，进一步提高风能的转化率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明风轮的结构示意图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明叶片旋转路径图。
图中：1-侧尾舵板，2-十字支架，3-风轮中心水平轴，4-底杆，5-水平旋转轴承，6-主塔，7-偏心支撑架，8-圆弧形遮挡板，9-风斗，10-旋转轴承，11-风斗支架，12-连接杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3示，一种水平轴滚轮式风力发电装置，包括风轮、风轮支架和主塔6；所述风轮包括若干叶片；所述风轮支架包括两个十字支架2，所述十字支架2之间中部为旋转轴承10，旋转轴承10中心设有风轮中心水平轴3，十字支架2之间底部连接有底杆，所述底杆与主塔6连接；所述叶片包括风斗9和风斗支架11，所述风斗9位于叶片的外端，呈半圆柱型，其两端通过风斗支架11垂直固定于风轮中心水平轴3上，在环形运转平面内风斗9开口运动方向；所述叶片平行于风轮中心水平轴3设置，并沿风轮中心水平轴3的圆周方向均匀分布；所述风斗9的宽度为风轮旋转半径的一半，其长度为其宽度的4倍，两侧设有风斗遮挡板。
将风斗9设计为半圆柱型，其由半圆圆弧板以及两个侧面的风斗9遮挡板组成，因风斗9做向心圆周运动时是不断在改变方向，圆是阻力最小的前端，比如：火箭前端的整流罩，圆锥形子弹头，它们只是一个点，而半圆柱型风斗9就是将它排列起来，所以圆的前端是最好。图4中ABCDE是半圆柱型风斗9在围绕0点旋转行径轨迹，角oab是其圆周旋转夹角，半圆柱型风斗9在a’点、e’点中迎风角度是零，在b’点、d’点中角度是45°，在c’点中角度是90°，也是最好角度，半圆柱型风斗9从A到E的过程中平均角度是45度，而大部分人在这个圆周旋转运动中找一个点来设计叶片形状，其实圆周旋转过程中包含了任意一个点的形状，所以半圆柱型风斗9是圆周旋转运动中最好，最简单的形状，前端阻力最小，后端受风面积最大的需求，最符合圆周旋转的要求。
半圆柱型风斗9与叶片尺寸比例，风斗9的宽度为风轮旋转半径的一半，其长度为其宽度的4倍，使风斗9占最大平面面积的25％，使空间内的面积最大化，优于传统的叶片。此外，这样风斗9受力中心点到风轮中心水平轴的距离达到风轮旋转半径的75％，比传统的不到50％多出25％以上，该风轮的扭矩大。
在风斗9的两侧设有半圆形侧挡板1可以防止风吹入风斗9向两侧流走造成泄压，增强风对风斗9的冲击力。
所述叶片的个数为4，每个叶片之间的夹角为90°，叶片在旋转中，有一个叶片在水平面上，就有一个风斗9在垂直面上，设定风水平吹来，垂直面的风斗9受力最大，水平面的风斗9受力为0，平均有效受力角度为45°，而若叶片的个数为三个，则其结构的平均受风角度没有45。，五个叶片的平均角度为72°，又有相互遮挡干扰效应，平均受风角度也没有45°，所以4个叶片呈90°夹角分布是最佳结构。
所述两个十字支架2之间的前端与低端之间(即图3中的I区)设有圆弧形遮挡板8，因风轮中心水平轴3以上是顺风区(即图3中的F区)，以下是逆风区(即图3中的I区)，风轮整体的受到的推力要减去叶片在逆风区受到的阻力，这样会减少收集的风能，效率低，所以需要在逆风区安装圆弧形遮挡板8，降低风对风轮的反作用力，提高效率。
所述十字支架2设有侧尾舵板1，为半圆形侧挡板，可以起到捕捉风和稳定的作用。
所述底杆4与主塔6之间设有7字型偏心支撑架7，偏心支撑架7顶部与底杆4的中间位置固定连接，底部通过水平旋转轴承5与主塔6连接。因安装了圆弧形遮挡板8，是风轮捕捉风的稳定性差，需要使用偏心支撑架7来弥补，由于风轮整体式向逆风区偏移，偏心距离不会大于传统风轮尾舵的旋转半径，偏心后受力位置后移再加上两侧尾舵板1的作用，使风轮能够及时有效的捕捉风向。
所述风轮中心水平轴3两端分别安装发电机，一个为高速发电机，另一个为低速发电机。传统风轮装置只能安装一个发电机，由于风速不确定性，最低风速与最高风速跨度大，在高风速时，传统风轮装置使用增速装置，这样容易造成设备、机器的损坏。而本风轮装置在风轮两侧分别安装高速、低速发电机，当风速超过临界值时，切换发电机即可，能减少对装置的损坏，使装置运行更加稳定，延长其使用寿命。
所述两个十字支架2的上端、左端及右端之间均设有连接杆12，加强风轮支架的稳定性。
所述主塔6为可升降结构，使用可升降的主塔6结构，在安装时降低整体高度，使用普通吊车即可安装，安装完成后再升起主塔6，比传统风轮装置需要特种吊车安装更省时省钱。
风斗9可使用超轻质材料，比如铝合金，塑料，pvc等材质，符合微风启动要求，因它是上下循环滚动装置，所以不怕任何风速也不会损坏风斗。本风力发电装置可使用普通金属，如钢铁等，结构坚固稳定，耐用，使用寿命长，容易维修和更换，不怕雷电，成本低效率高，大小均可，适合安装在任何地方。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种水平轴滚轮式风力发电装置，包括风轮、风轮支架和主塔；所述风轮包括若干叶片；其特征在于，所述风轮支架包括两个十字支架，所述十字支架之间中部设有旋转轴承，旋转轴承中心设有风轮中心水平轴，十字支架之间底部连接有底杆，所述底杆与主塔连接；所述叶片包括风斗和风斗支架，所述风斗位于叶片的外端，呈半圆柱型，其两端通过风斗支架垂直固定于风轮中心水平轴上，在环形运转平面内风斗开口运动方向；所述叶片平行于风轮中心水平轴设置，并沿风轮中心水平轴的圆周方向均匀分布；所述风斗的宽度为风轮旋转半径的一半，其长度为其宽度的4倍，两侧设有风斗遮挡板。
2.根据权利要求1所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述叶片的个数为4，每个叶片之间的夹角为90°。
3.根据权利要求1所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述两个十字支架之间的前端与低端之间设有圆弧形遮挡板。
4.根据权利要求1所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述十字支架后侧设有侧尾舵板，为半圆形侧挡板。
5.根据权利要求4所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述底杆与主塔之间设有7字型偏心支撑架，偏心支撑架顶部与底杆的中间位置固定连接，底部通过水平旋转轴承与主塔连接。
6.根据权利要求1所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述风轮中心水平轴两端分别安装发电机，一个为高速发电机，另一个为低速发电机。
7.根据权利要求1所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述主塔为可升降结构。
8.根据权利要求1所述的一种水平轴滚轮式风力发电装置，其特征在于，所述两个十字支架的上端、左端及右端之间均设有连接杆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170922 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |