CN108425803B - 一种具有双能量转化系统的风力发电装置 - Google Patents

一种具有双能量转化系统的风力发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108425803B
CN108425803B CN201810215453.4A CN201810215453A CN108425803B CN 108425803 B CN108425803 B CN 108425803B CN 201810215453 A CN201810215453 A CN 201810215453A CN 108425803 B CN108425803 B CN 108425803B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
energy
flexible disk
rigid arm
impeller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810215453.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108425803A (zh
Inventor
廖力达
张柳江
周广
杨予辰
左辉
覃帅
靳志杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha University of Science and Technology
Original Assignee
Changsha University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha University of Science and Technology filed Critical Changsha University of Science and Technology
Priority to CN201810215453.4A priority Critical patent/CN108425803B/zh
Publication of CN108425803A publication Critical patent/CN108425803A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108425803B publication Critical patent/CN108425803B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/17—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing energy in pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本申请提供了一种具有双能量转化系统的风力发电装置，包括两种形式互相配合的风能转化结构，一是叶轮利用风产生的升力使叶片旋转将风能转化为机械动能，二是柔性圆盘利用风产生的压力使油缸伸缩往复运动将风能转化为压力能，发电机构再将获得的动能和压力能转化为电能。本申请提供的具有双能量转化系统的风力发电装置能同时利用风产生的升力和压力进行高效率发电，并且能在高风速下充分吸收风能，使风力发电机大幅提高对风能的利用效率。

Description

一种具有双能量转化系统的风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其是一种能够同时利用风产生的升力和压力，并且能在高风速下充分吸收风能，进行高效率发电的具有双能量转化系统的风力发电装置。
背景技术
风能是一种潜力很大的新能源。目前，全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一，因此，国内外都很重视利用风力来发电，进行风力发电机的研发。现有的水平轴风力机只利用了风的升力并没有利用风的压力能，能量利用方式单一。在高风速时需要通过叶片失速等方式减少对风能的吸收，以防止风轮超速旋转出现飞车的情况。因此，在高风速时能量利用效率较低。可见，如何充分利用高风速时的风能，仍然是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有双能量转化系统的风力发电装置，该装置能够同时利用风产生的升力和压力发电，并且能在高风速下充分吸收风能，提高了风能的利用率。
本发明提供的技术方案如下：
一种具有双能量转化系统的风力发电装置，包括风能转化结构和发电机构，所述发电机构利用被所述双能量转化系统所捕获的风能进行发电，其中，所述双能量转化系统包括将风能转化动能的叶轮和中心轴等结构，以及将风能转化为压力能的刚性臂、柔性圆盘和油缸等结构。
优选地，所述叶轮中间有支撑装置连接在中心轴上，在其支撑装置上连接有用来吸收风能升力的叶片。
优选地，所述柔性圆盘有弹性骨架结在背后作为支撑。
优选地，所述柔性圆盘位于所述油缸的前方，柔性圆盘吸收风能压力后推动油缸压缩做功。
本发明提供的具有双能量转化系统的风力发电装置，由于包括将风能转化为动能和压力能的两种风能转化系统，因此，可以更充分地利用风能进行发电（特别是在高风速）。其中，将风能转化动能系统由叶轮和中心轴等结构组成；将风能转化为压力能系统由刚性臂、柔性圆盘和油缸等结构组成。叶轮结构中的叶片利用风流经叶片所形成的升力带动整个叶轮和中心轴旋转，同时也可以带动刚性臂在柔性圆盘上旋转。刚性臂在柔性圆盘的内圈上滑动，带动柔性圆盘往刚性臂所在一侧倾斜，刚性臂所在一侧迎风面积增大而对侧柔性圆盘迎风面积减小。刚性臂所在一侧的柔性圆盘在风的推力作用下展开，推动其后方的油缸活塞杆压缩油液做功，从而将风能转化为压力能；而刚性臂对侧的柔性圆盘在弹性骨架的弹性力作用下内缩，带动油缸活塞杆回位。将风能转化动能系统通过中心轴将动能输送给发电机进行发电；将风能转化为压力能系统通过油缸带动液压马达旋转，再通过马达带动发电机发电。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的具有双能量转化系统的风力发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的叶轮的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的柔性圆盘的结构示意图。
具体实施方案
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
如图 1 所示，本发明实施例提供的一种双能量转化系统的风力发电装置，包括将风能转化为动能和压力能的两种风能转化系统。其中，将风能转化动能系统由叶轮（1）和中心轴（13）等结构组成；将风能转化为压力能系统由刚性臂（9）、柔性圆盘（2）和油缸（3）等结构组成。所述叶轮（1）位于柔性圆盘（2）的前面，叶轮（1）和柔性圆盘（2）之间用刚性臂（9）连接。
本发明实施例提供的双能量转化系统的风力发电装置中：叶轮（1）中间设有一个圆环作为支撑装置，该圆环通过3根连接杆（102）与中心轴（13）相连，在该圆环四周安装有三个叶片（101）；柔性圆盘（2）背部装有弹性骨架（202）作为支撑，前部装有内圈（201）作为刚性臂（9）滑动的轨道；刚性臂（9）后端安装有U形片（8），用来卡在柔性圆盘（2）的内圈上；柔性圆盘（2）铰接在支架（4）上，可以在刚性臂（9）的推动下向四周摆动；支架（4）安装在机舱（5）上，机舱（5）通过桅杆（7）支撑在基座上；油缸（3）安装在支架（4）上，发电机（11）、发电机（12）、液压马达（10）和中心轴（13）安装在机舱（5）内；中心轴（13）穿过支架（4）和柔性圆盘（2）与叶轮（1）相连；在机舱尾部设有尾翼（6），保持该装置始终对准风力的最大风向，使得叶轮（1）和柔性圆盘（2）所获得风能最大。
在叶轮上的三个叶片利用风流经叶片所形成的升力带动整个叶轮和中心轴旋转，不仅可以带动刚性臂在柔性圆盘上旋转，也会带动柔性圆盘往刚性臂所在一侧倾斜，使所在刚性臂一侧的柔性圆盘迎风面积增大而对侧柔性圆盘迎风面积减小。刚性臂所在一侧的柔性圆盘在风的推力作用下展开，推动其后方的油缸活塞杆压缩油液做功，从而将风能转化为压力能；而刚性臂对侧的柔性圆盘在弹性骨架的弹性力作用下内缩，带动油缸活塞杆回位。将风能转化动能系统通过中心轴将动能输送给发电机进行发电；将风能转化为压力能系统通过油缸带动液压马达旋转，再通过马达带动发电机发电。
柔性圆盘是凹形结构，旨在获得较高的空气动力阻力系数，从而获得风捕捉到的最大的合力。柔性圆盘背后的弹性骨架使其保持一定的收缩性，迎风时在风的推力作用下柔性圆盘克服弹性骨架的弹性展开，可以推动其后方的油缸活塞杆压缩液压油做功，而对侧柔性圆盘在弹性骨架的弹性力作用下收缩从而减小迎风面积。为了使柔性圆盘尽可能多地吸收风能，叶轮中的支撑圆环和连杆在保证强度的前提下应尽量细，使风可以更多地穿透叶轮进入柔性圆盘。
叶轮与中心轴相连，中心轴后连接发电机，叶轮的旋转带动中心轴旋转，其动能传递给发电机进行发电。柔性圆盘在刚性臂推动下向一侧倾斜，该侧柔性圆盘在风能推力作用下展开，推动油缸活塞杆压缩油液做功，压力油进入液压马达使马达主轴旋转，从而带动与马达相连的发电机进行发电。
其中，如图 2 所示，叶轮（1）为一个带有三个叶片叶轮（101）的轮子，中间有连杆（102）与中心轴（13）相连。具体的，风流经叶片（101）产生升力，使叶轮（1）旋转，通过连杆（102）带动中心轴（13）一起旋转，从而利用升力使叶片旋转将风能转化为动能，通过中心轴将动能传递给发电机进行发电。
其中，如图3 所示，收风结构2 为向四周弯曲的喇叭口形状的柔性圆盘。具体的，柔性圆盘（2）前方中间设置有内圈（201）作为刚性臂的滑动轨道；柔性圆盘（2）有弹性骨架（202）作为支撑。
刚性臂是不可伸缩或者是伸缩性很小的类似物。若没有刚性臂连接，风吹到柔性圆盘上的受力均匀，柔性圆盘不发生倾斜，在油缸活塞杆停在原有位置并不做功。刚性臂与叶轮相连，在叶轮带动下做圆周运动。柔性圆盘铰接在支架上，在刚性臂推动下可以向四周倾斜。当柔性圆盘向一侧倾斜时，该侧柔性圆盘迎风面积增大，风在该侧形成更大的推力使得该侧柔性圆盘克服弹性骨架的弹力展开，从而推动油缸活塞杆压缩油液做功；对侧柔性圆盘迎风面积减小，风在该侧形成的推力也相应减小，该侧柔性圆盘在弹性骨架的弹力作用下收缩，带动油缸活塞杆回位。在刚性臂做圆周运动时，油缸活塞杆在柔性圆盘带动下做往复运动。
刚性臂前端与叶轮相连，后端装有U形片，通过U形片在柔性圆盘内圈上滑动。为了使U形片的滑动摩擦最小，后者可以通过滚轮或类似物与柔性圆盘的周边区域相接触。而且，柔性圆盘的周边区域应当十分平滑和刚硬。当风作用于柔性圆盘时，柔性圆盘在U形片的作用下不发生旋转，而是向一侧倾斜。
本发明实施例提供的一种具有双能量转化系统的风力发电装置，占地面积和高度可根据实际情况进行调节。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种具有双能量转化系统的风力发电装置，其特征在于，包括将风能转化为动能和压力能的两种风能转化系统；其中，所述风能转化为动能系统包括叶轮(1)、中心轴(13)；所述风能转化为压力能系统包括刚性臂(9)、柔性圆盘(2)、油缸(3)；所述叶轮(1)位于柔性圆盘(2)的前面，叶轮(1)和柔性圆盘(2)之间用刚性臂(9)连接；所述柔性圆盘(2)是凹形结构，铰接在支架(4)上，可以在所述刚性臂(9)的推动下向四周摆动；所述支架(4)安装在机舱(5)上；所述中心轴(13)穿过支架(4)和柔性圆盘(2)与叶轮(1)相连；所述叶轮(1)旋转可带动刚性臂(9)在柔性圆盘(2)上旋转，并带动柔性圆盘(2)往刚性臂(9)所在一侧倾斜，使所在刚性臂(9)一侧的柔性圆盘(2)迎风面积增大推动其后方的油缸(3)活塞杆压缩油液做功。
2.如权利要求1所述的双能量转化系统的风力发电装置，其特征在于，所述刚性臂(9)后端安装有U形片(8)，用来卡在柔性圆盘(2)的内圈上。
3.如权利要求1所述的双能量转化系统的风力发电装置，其特征在于，所述柔性圆盘(2)背部装有弹性骨架(202)作为支撑，前部装有内圈(201)作为刚性臂(9)滑动的轨道。
CN201810215453.4A 2018-03-15 2018-03-15 一种具有双能量转化系统的风力发电装置 Expired - Fee Related CN108425803B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810215453.4A CN108425803B (zh) 2018-03-15 2018-03-15 一种具有双能量转化系统的风力发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810215453.4A CN108425803B (zh) 2018-03-15 2018-03-15 一种具有双能量转化系统的风力发电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108425803A CN108425803A (zh) 2018-08-21
CN108425803B true CN108425803B (zh) 2020-06-02

Family

ID=63158241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810215453.4A Expired - Fee Related CN108425803B (zh) 2018-03-15 2018-03-15 一种具有双能量转化系统的风力发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108425803B (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006046457A1 (de) * 2006-09-29 2008-04-03 Viscotec Pumpen- Und Dosiertechnik Gmbh Unabhängige Vorrichtung zum Dosieren
CN101413485A (zh) * 2008-11-28 2009-04-22 丛树茂 高效风力发电机组
DE102009009039A1 (de) * 2009-02-16 2010-08-19 Prüftechnik Dieter Busch AG Windenergieanlage mit Überwachungssensoren
CN102536675B (zh) * 2010-12-27 2014-11-19 苏州生物医学工程技术研究所 一种清洁能源的回收再利用系统
CN103758706A (zh) * 2014-02-18 2014-04-30 傅强 一种新型转板式阻力型高效发电装置（风力、水力通用）
US20170101981A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-13 Huseyin Ozcan Use of Compressed Air to Generate Energy Using Wind Turbines
CN107196259B (zh) * 2016-08-20 2018-09-14 嘉兴日昌汽车配件有限公司 一种基于压杆结构的电线防鸟筑巢机构
CN206668478U (zh) * 2017-04-19 2017-11-24 新疆金风科技股份有限公司 叶轮锁定装置和风力发电机组

Also Published As

Publication number Publication date
CN108425803A (zh) 2018-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101027055B1 (ko) 풍력발전기
US8979494B1 (en) Vertical axis hinged sail wind energy machine
CN108425803B (zh) 一种具有双能量转化系统的风力发电装置
CN201526419U (zh) 无定子风力发电机
CN203383983U (zh) 一种水平轴风力发电风车
CN102135069A (zh) 磁悬浮竖轴风力发电
CN112814840B (zh) 一种具有自我保护功能的环保型风力发电装置
CN211258886U (zh) 风力发电机
CN114320740A (zh) 一种万向风能发电装置
CN204805030U (zh) 一种双驱动风力发电装置
CN211202200U (zh) 一种风力发电机用制动装置
CN208486975U (zh) 一种大型无轴立式潮流能装置
CN202023694U (zh) 一种风机螺旋副伸缩杆变桨机构
CN201103511Y (zh) 一种可变桨风轮
CN211474331U (zh) 一种小型水平轴风力发电装置
CN202023698U (zh) 一种新型无助力变桨距风力发电机
CN203394689U (zh) 高效旋转风力发电机叶轮
CN102207063A (zh) 一种环保的发电系统
CN202756173U (zh) 一种可调速的风轮
CN101749186A (zh) 翼前射流增能调速风力发电
CN203146228U (zh) 浮动导流式垂直轴风力发电机
CN221722951U (zh) 风能储水发电系统
CN221374296U (zh) 一种风力发电用风力发电机刹车机构
CN221762084U (zh) 一种聚风导流装置
CN109854456B (zh) 一种机械式海上风机能量转化装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200602

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee