CN111456903A - 一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机 - Google Patents

一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机 Download PDF

Info

Publication number
CN111456903A
CN111456903A CN202010293675.5A CN202010293675A CN111456903A CN 111456903 A CN111456903 A CN 111456903A CN 202010293675 A CN202010293675 A CN 202010293675A CN 111456903 A CN111456903 A CN 111456903A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
bellows
potential energy
energy conversion
wind wheel
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.)
Pending
Application number
CN202010293675.5A
Other languages
English (en)
Inventor
张海兵
曹立文
刘国华
盛遵冰
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.)
Heilongjiang University
Original Assignee
Heilongjiang University
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 Heilongjiang University filed Critical Heilongjiang University
Priority to CN202010293675.5A priority Critical patent/CN111456903A/zh
Publication of CN111456903A publication Critical patent/CN111456903A/zh
Pending legal-status Critical Current

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 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • 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
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape 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
    • 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
    • F03D1/0658—Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • 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
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/43—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures using infrastructure primarily used for other purposes, e.g. masts for overhead railway power lines
    • 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
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/43—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures using infrastructure primarily used for other purposes, e.g. masts for overhead railway power lines
    • F03D9/45—Building formations
    • 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
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/48—Wind motors specially adapted for installation in particular locations using landscape topography, e.g. valleys
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • 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

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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，它涉及一种风力发电机。本发明解决了现有的风力发电机忽略了风中的势能，导致风力发电机输出功率低的问题。风轮组件水平设置在聚风箱一端的出风口处，风轮组件的轮轴通过增速机构与发电机主体的输入轴传动连接，聚风箱通过轴承安装在立柱上，聚风箱可以绕着立柱旋转，聚风箱的另一端为入风口，聚风箱的入风口与聚风箱的出风口之间设有高度差，风轮组件的最高点低于或等于聚风箱的入风口的最高点，风轮组件的上半部被聚风箱遮挡，聚风箱的出风口与风轮组件的下半部正对设置，聚风箱的入风口与聚风箱的出风口的风口面积比为1：2～5。本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机用于风力发电。

Description

一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，具体涉及一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机。
背景技术
目前风力发电机主要是水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种，受到贝茨极限的限制，风轮处的风能转化效率理论上最高为59.3％，实际转化效率受到各方面的限制仅为20％左右，垂直轴风力发电机仅一半迎风面积内的风能被利用，风能转化效率更低，另外，这两种风力发电机的输出功率都与风速的3次方成正比，绝大多数风力发电机的额定风速在10m/s左右，我国大部分地区的年平均风速在3m/s左右，实际输出功率比额定输出功率小了三十多倍，这也是我国风力资源丰富却难以大面积利用的原因。因此提高风力发电机的能量转换效率一直是风电的主要研究方向。
传统的风力发电机只考虑利用风中的动能，没有考虑利用风中的势能，主要是因为空气密度只有1.29kg/m3,风中的势能被习惯性地忽略了，而事实上只要落差达到米级，在常见风速下，风中的势能与动能相比数值上相当甚至更大，风中的势能不能忽略，我们完全可以象水力发电一样利用风中的势能发电。
综上，现有的风力发电机忽略了风中的势能，导致风力发电机输出功率低。
发明内容
本发明为解决现有的风力发电机忽略了风中的势能，导致风力发电机输出功率低的问题，进而提供一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机包括聚风箱1、风轮组件2、发电机主体3和立柱5，风轮组件2水平设置在聚风箱1一端的出风口处，风轮组件2的轮轴通过增速机构与发电机主体3的输入轴传动连接，聚风箱1通过轴承安装在立柱5上，聚风箱1可以绕着立柱5旋转，聚风箱1的另一端为入风口，聚风箱1的入风口与聚风箱1的出风口之间设有高度差，风轮组件2的最高点低于或等于聚风箱1的入风口的最高点，风轮组件2的上半部被聚风箱1遮挡，聚风箱1的出风口与风轮组件2的下半部正对设置，聚风箱1的入风口与聚风箱1的出风口的风口面积比为1：2～5，自然风经聚风箱1汇聚，自然风通过势能转化和导流后全部经出风口吹向风轮组件2，驱动风轮组件2转动，从而带动发电机主体3发电。
在一个实施方案中，聚风箱1的轮廓呈楔形，入风口与出风口的轮廓均为矩形。
在一个实施方案中，聚风箱1的宽度与风轮组件2的叶片的总长度相等设置。
在一个实施方案中，风轮组件2上设置有多个薄板形叶片，多个薄板形叶片沿风轮组件2的圆周方向均布设置，薄板形叶片的数量为3～7片。
在一个实施方案中，薄板形叶片为矩形直板叶片。
在一个实施方案中，薄板形叶片的横截面呈圆弧状或渐开线状，薄板形叶片的凹面为迎风面。
在一个实施方案中，薄板形叶片为螺旋形叶片，薄板形叶片的螺旋凹面为迎风面。
在一个实施方案中，风轮组件2由多个风轮单体串联而成，风轮组件2的两端安装在两个风轮支撑上，相邻两个风轮单体之间设置有中间支撑，相邻两个风轮单体的叶片之间错开一定的角度。
在一个实施方案中，聚风箱1为小型时，聚风箱1通过轴承安装在立柱5的上部，立柱5位于聚风箱1的对称面上且靠近聚风箱1的入风口处。
在一个实施方案中，聚风箱1为中、大型时，聚风箱1通过轴承安装在立柱5上，立柱5位于聚风箱1的对称面上且靠近聚风箱1的入风口处，聚风箱1及风轮组件2的下端通过多个万向支撑轮4支撑在地面上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的聚风箱为楔形结构，聚风箱顶部为斜板，底部为水平面板，入风口和出风口之间设置有高度差，从而二者之间存在一定的落差，工作时，自然风从聚风箱入风口流入，然后从出风口流出，聚风箱起到汇聚风能和势能转化的作用，自然风入风口处的动能、势能和压力能转化为出口处的动能和压力能；这一势能被风轮组件吸收转化，而在常用风速下，在落差达到米级时，风中的势能与动能相比在数值上相当甚至更大，本发明利用了自然风中动能的同时，又制造落差转化了自然风中的势能，将自然风浓缩、加速，从而减小风轮组件的尺寸，同时提高能量转化效率，从而成倍地提高捕捉风能的能力；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，聚风箱还具有导流的作用，自然风通过聚风箱后全部吹向风轮组件下半部，因而没有垂直轴风力发电机叶片产生的力矩相互抵消的情况，因此大大提高了能量转换效率；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的叶片为薄板形叶片，通过简单的变形加工就可以提高气动性能，将薄板形叶片截面加工成渐开线或螺旋线，叶片的加工成本低，叶片沿水平滚轮半径方向布置并倾向于迎风侧，有利于减小旋转阻力矩，也有利于接受气流的冲击，将薄板叶片加工成截面为弧形或螺旋线形，可以进一步降低阻力转矩和噪声；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的聚风箱连同主体部分通过轴承安装在立柱上，整个风力发电机可以绕着立柱转动实现360度角自动迎风，避免了水平轴风力发电机安装尾翼的麻烦；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的滚轮组件的尺寸可以根据实际情况调整，即使是兆瓦级的大型风力发电机，风轮直径也可以做成只有几米，而且风机主体部分通过增加辅助支撑即可安装地面，大大降低了制造成本和安装调试的难度，同时提高了设备的安全性和可靠性；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的输出功率是相同截面尺寸的垂直轴风力发电机的2～4倍，具有叶片形式简单、启动风速低、自动寻风、安装维护方便、叶片刚度强度好、可靠性高、适用功率范围宽等优点，3m/s左右低风速下也可以有效收集风能，可用于建造高速公路两侧的风能路灯或广场处的风能景观灯，可用于在屋顶、村旁、山坡、旷野等处建造中小型民用发电机，也可以用于在海上、峡谷等风力较大的场所建造兆瓦级大型风力发电机，应用范围广；同时大幅度缩小了风力发电机的风轮尺寸，尤其对于兆瓦级的风力发电机来说发电效果尤为明显，输出功率提高30％以上。
附图说明
图1是本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的整体结构示意图；
图2是本发明的具体实施方式十的整体结构主视图；
图3是本发明的具体实施方式十的主剖视图；
图4是本发明的具体实施方式十的左视图；
图5是本发明的具体实施方式十的立体图；
图6是具体实施方式一中风轮组件2的轮轴与发电机主体3的输入轴连接示意图；
图7是本发明的具体实施方式十中风轮组件2的主视图；
图8是本发明的具体实施方式十中风轮组件2的轴测图；
图9是本发明的具体实施方式五中薄板形叶片的结构示意图；
图10是本发明的具体实施方式七中薄板形叶片的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1、图2、图5和图6所示，本实施方式的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机包括聚风箱1、风轮组件2、发电机主体3和立柱5，风轮组件2水平设置在聚风箱1一端的出风口处，风轮组件2的轮轴通过增速机构与发电机主体3的输入轴传动连接，聚风箱1通过轴承安装在立柱5上，聚风箱1可以绕着立柱5旋转，聚风箱1的另一端为入风口，聚风箱1的入风口与聚风箱1的出风口之间设有高度差，风轮组件2的最高点低于或等于聚风箱1的入风口的最高点，风轮组件2的上半部被聚风箱1遮挡，聚风箱1的出风口与风轮组件2的下半部正对设置，聚风箱1的入风口与聚风箱1的出风口的风口面积比为1：2～5，自然风经聚风箱1汇聚，自然风通过势能转化和导流后全部经出风口吹向风轮组件2，驱动风轮组件2转动，从而带动发电机主体3发电。
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的主体部分可以绕着立柱360度旋转，主体部分在自然风的吹拂下产生的正反力矩自动寻求平衡，最终稳定在风向处于聚风箱轴对称面内的方位上，从而实现自动迎风；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，增速机构由大同步带轮、小同步带轮和同步带构成，或者增速机构由大同步齿轮、小同步齿轮和链条构成，通过齿轮传动增速机构或带传动增速机构，增速机构的大同步带轮安装在风轮组件2的输出端上，风轮组件2的旋转运动通过大同步带轮、同步带和小同步带轮传递到增速机构的输出轴上；
风轮组件2的低速旋转运动经增速机构增速后转变为增速机构输出轴的高速旋转运动；
本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，增速机构伸出轴与发电机联接，增速机构输出轴的高速旋转驱动发电机工作，经发电机将机械能转化为电能，转化后的电能直接并网输出或由蓄电池储存备用；
风轮组件2的上半部全部被聚风箱1的顶部斜板遮挡，自然风经过聚风箱1出风口流出后全部吹向风轮组件2的下半部，因此不会出现垂直轴风力发电机中叶片产生的力矩相互抵消的情况。
聚风箱1出风口正对着风轮组件2下半部，风轮组件2下半部叶片接受气流的冲击产生驱动转矩，尾流随风轮组件2的转动从风轮组件2背风侧排出。
具体实施方式二：如图1、图2、图3和图5所示，本实施方式的聚风箱1的轮廓呈楔形，入风口与出风口的轮廓均为矩形。
如此设置，自然风从聚风箱1入风口流入，经聚风箱1的势能转化、浓缩、加速之后，全部经聚风箱1的出风口流向风轮组件2下半周。
聚风箱1顶部斜板的倾角可以调节，工作时，将聚风箱1顶部斜板调整到合适的位置，自然风从聚风箱1入风口流入，经聚风箱1的势能转化、浓缩、加速之后，全部流向风轮组件2下半部；
通过改变倾角来调节聚风箱1出风口的风速，可以在风速过大时放开对风轮组件2上半部的遮挡，避免风力发电机损坏；
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图5所示，本实施方式的聚风箱1的宽度与风轮组件2的叶片的总长度相等设置。
如此设置，自然风从聚风箱1入风口流入，经聚风箱1的势能转化、浓缩、加速之后，全部经聚风箱1的出风口流向风轮组件2下半周，使得自然风利用率达到最高。
其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1、图2、图3、图7、图8、图9和图10所示，本实施方式风轮组件2上设置有多个薄板形叶片，多个薄板形叶片沿风轮组件2的圆周方向均布设置，薄板形叶片的数量为3～7片。
如此设计，风轮组件2采用薄板形叶片均布设置的形式，由于叶片只是由薄板加工而成，无需做成复杂的流线型截面形式，降低了叶片的加工成本。
其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图7和图8所示，本实施方式薄板形叶片为矩形直板叶片。
如此设计，薄板形叶片为矩形直板叶片，即薄板形叶片的横截面为直线，由于叶片只是由矩形直板加工而成，无需做成复杂的流线型截面形式，降低了叶片的加工成本。
其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：如图9所示，本实施方式薄板形叶片的横截面呈圆弧状或渐开线状，薄板形叶片的凹面为迎风面。
如此设计，叶片沿风轮组件2半径方向布置并倾向于迎风侧，有利于减小旋转阻力矩，也有利于接受气流的冲击，可以进一步降低阻力转矩和噪声。
其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：如图10所示，本实施方式薄板形叶片为螺旋形叶片，薄板形叶片的螺旋凹面为迎风面。
如此设计，叶片沿风轮组件2半径方向布置并倾向于迎风侧，有利于减小旋转阻力矩，也有利于接受气流的冲击，可以进一步降低阻力转矩和噪声。
其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式八：如图5、图7和图8所示，本实施方式风轮组件2由多个风轮单体串联而成，风轮组件2的两端安装在两个风轮支撑上，相邻两个风轮单体之间设置有中间支撑，相邻两个风轮单体的叶片之间错开一定的角度。
如此设置，对于小型风力发电机，可以考虑将薄板形叶片整体做成螺旋面形状，从而大幅降低噪声；对于中大型风力发电机可以考虑增加中间支撑，将水平滚轮做成分段的结构，相邻两段之间叶片错开一定的角度，在提高水平滚轮刚度和强度的同时大幅降低噪声。
其它组成及连接关系与具体实施方式四、五、六或七相同。
具体实施方式九：如图8所示，本实施方式聚风箱1为小型时，聚风箱1通过轴承安装在立柱5的上部，立柱5位于聚风箱1的对称面上且靠近聚风箱1的入风口处。
如此设置，本发明的势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机主体部分可以绕着立柱旋转，主体部分在自然风的吹拂下产生的正反力矩自动寻求平衡，最终稳定在风向处于聚风箱轴对称面内的方位上，从而实现自动迎风。
其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：如图2、图3、图4、图5、图7和图8所示，本实施方式聚风箱1为中、大型时，聚风箱1通过轴承安装在立柱5上，立柱5位于聚风箱1的对称面上且靠近聚风箱1的入风口处，聚风箱1及风轮组件2的下端通过多个万向支撑轮4支撑在地面上。
如此设置，对于中型和大型风力发电机，在水平滚轮下面的支架上增加数个辅助支撑轮，可以提高风力发电机支撑刚度和可靠性；风力发电机不必安装在高处，主体部分可以直接安装在地面上，通过辅助支撑轮来支撑，发电部件可以安装在水平滚轮下方，便于安装调试。
其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。
实施例1：
参见图1，在小型风力发电机方面，比如设计50W的风能路灯，而如果采用势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，需要的聚风箱入口尺寸大约为宽1m、高2m，用于设计高速公路两侧的风能路灯。
实施例2：
参见图2，在中型和大型风力发电机方面，如果采用势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，由于势能的量值与截面尺寸的立方成正比，而风中的动能与截面尺寸的平方成正比，风力发电机的功率越大势能转化效果越明显，相同输出功率下风力发电机的尺寸相对来说越小，对于兆瓦级风力发电机，在输出功率相同的情况下，相比于水平轴风力发电机的风轮直径，势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的楔形聚风箱截面尺寸将缩小到一半左右，并且势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机可以直接建造在地面上，不必将风轮安装到高处，风轮直径也可以大幅度缩小，制造成本低。
工作原理：
在自动迎风方面：聚风箱1连同发电机主体3通过轴承与立柱5联接，主体部分可以绕着立柱5进行360度旋转，在自然风的吹拂下，主体部分的侧面、聚风箱1的侧面都会产生绕立柱5旋转的转矩，由于立柱5位置靠近迎风端，只有在风向处于聚风箱1轴对称面内时正反力矩才会平衡，稍微偏离这一方位就会产生较大的力矩，因此，在风向稳定的情况下会很快达到稳定平衡；
在势能转化方面：聚风箱1的入风口和出风口之间存在高度差，因此出风口和入风口之间存在势能变化，根据伯努力方程，封闭管道内流体的动能、势能和压力能之和为一个常量，因此，由聚风箱1的入风口和出风口之间的落差产生的势能会转化为出风口处的动能和压力能，由于势能的量值与截面尺寸的立方成正比，而风中的动能与截面尺寸的平方成正比，势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机的功率越大势能转化效果越明显；
在聚能方面：聚风箱1的出风口高度比入风口高度小得多，入风口的截面积远大于出风口截面积，因此，聚风箱1的出风口出的气流会被浓缩和加速；
在导流方面：由于聚风箱1顶部斜板的遮挡，自然风不会吹向水平滚轮的上半部，聚风箱1的出风口正对着风轮组件2的下半部，自然风经聚风箱1汇聚、势能转化和导流后全部吹向风轮组件2的下半部，从而实现导流的作用；
在叶片方面：由于自然风经聚风箱1汇聚、势能转化和导流后全部吹向风轮组件2的下半部，风轮组件2的上半部叶片不接受风能，薄板形叶片也只是单面接受气流的冲击，因此，薄板形叶片没有必要做成复杂的流线型截面，只是薄板即可，为了便于平衡和减小噪声，叶片数量宜采用5片或7片。

Claims (10)

1.一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，所述势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机包括聚风箱(1)、风轮组件(2)、发电机主体(3)和立柱(5)，其特征在于：风轮组件(2)水平设置在聚风箱(1)一端的出风口处，风轮组件(2)的轮轴通过增速机构与发电机主体(3)的输入轴传动连接，聚风箱(1)通过轴承安装在立柱(5)上，聚风箱(1)可以绕着立柱(5)旋转，聚风箱(1)的另一端为入风口，聚风箱(1)的入风口与聚风箱(1)的出风口之间设有高度差，风轮组件(2)的最高点低于或等于聚风箱(1)的入风口的最高点，风轮组件(2)的上半部被聚风箱(1)遮挡，聚风箱(1)的出风口与风轮组件(2)的下半部正对设置，聚风箱(1)的入风口与聚风箱(1)的出风口的风口面积比为1：2～5，自然风经聚风箱(1)汇聚，自然风通过势能转化和导流后全部经出风口吹向风轮组件(2)，驱动风轮组件(2)转动，从而带动发电机主体(3)发电。
2.根据权利要求1所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：聚风箱(1)的轮廓呈楔形，入风口与出风口的轮廓均为矩形。
3.根据权利要求1或2所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：聚风箱(1)的宽度与风轮组件(2)的叶片的总长度相等设置。
4.根据权利要求3所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：风轮组件(2)上设置有多个薄板形叶片，多个薄板形叶片沿风轮组件(2)的圆周方向均布设置，薄板形叶片的数量为3～7片。
5.根据权利要求4所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：薄板形叶片为矩形直板叶片。
6.根据权利要求4所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：薄板形叶片的横截面呈圆弧状或渐开线状，薄板形叶片的凹面为迎风面。
7.根据权利要求4所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：薄板形叶片为螺旋形叶片，薄板形叶片的螺旋凹面为迎风面。
8.根据权利要求3、4、5、6或7所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：风轮组件(2)由多个风轮单体串联而成，风轮组件(2)的两端安装在两个风轮支撑上，相邻两个风轮单体之间设置有中间支撑，相邻两个风轮单体的叶片之间错开一定的角度。
9.根据权利要求8所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：聚风箱(1)为小型时，聚风箱(1)通过轴承安装在立柱(5)的上部，立柱(5)位于聚风箱(1)的对称面上且靠近聚风箱(1)的入风口处。
10.根据权利要求8所述的一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机，其特征在于：聚风箱(1)为中、大型时，聚风箱(1)通过轴承安装在立柱(5)上，立柱(5)位于聚风箱(1)的对称面上且靠近聚风箱(1)的入风口处，聚风箱(1)及风轮组件(2)的下端通过多个万向支撑轮(4)支撑在地面上。
CN202010293675.5A 2020-04-15 2020-04-15 一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机 Pending CN111456903A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010293675.5A CN111456903A (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010293675.5A CN111456903A (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111456903A true CN111456903A (zh) 2020-07-28

Family

ID=71684593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010293675.5A Pending CN111456903A (zh) 2020-04-15 2020-04-15 一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111456903A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR1010196B (el) * 2021-01-31 2022-03-17 Γεωργιος Διονυσιου Χαμψας Ηλεκτροπαραγωγος ανεμομυλος κρητικου τυπου

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1098168A (zh) * 1993-07-30 1995-02-01 北京市西城区新开通用试验厂 一种野外使用风力供电装置
CN201358884Y (zh) * 2009-01-19 2009-12-09 焦见宝 卧式风力机
WO2012152291A1 (en) * 2011-05-11 2012-11-15 Elgamil Mohamed Ahmed Wind turbines which reverse air flow discharge direction
CN106150909A (zh) * 2015-04-06 2016-11-23 张向阳 多轮聚风高效垂直轴风力发电机
CN109372699A (zh) * 2018-11-20 2019-02-22 程黎黎 高效率多电机电动车增程续航气流发电装置
CN110778457A (zh) * 2019-11-11 2020-02-11 史杰 一种风光互补的发电装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1098168A (zh) * 1993-07-30 1995-02-01 北京市西城区新开通用试验厂 一种野外使用风力供电装置
CN201358884Y (zh) * 2009-01-19 2009-12-09 焦见宝 卧式风力机
WO2012152291A1 (en) * 2011-05-11 2012-11-15 Elgamil Mohamed Ahmed Wind turbines which reverse air flow discharge direction
CN106150909A (zh) * 2015-04-06 2016-11-23 张向阳 多轮聚风高效垂直轴风力发电机
CN109372699A (zh) * 2018-11-20 2019-02-22 程黎黎 高效率多电机电动车增程续航气流发电装置
CN110778457A (zh) * 2019-11-11 2020-02-11 史杰 一种风光互补的发电装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR1010196B (el) * 2021-01-31 2022-03-17 Γεωργιος Διονυσιου Χαμψας Ηλεκτροπαραγωγος ανεμομυλος κρητικου τυπου

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10024302B2 (en) Vertical axis wind turbine
US8167533B2 (en) Wind energy system
US20130328319A1 (en) Impact Type Wind-Driven Power Generating Device
US11236724B2 (en) Vertical axis wind turbine
CN100453803C (zh) 屋顶风力发电装置
CN1380495A (zh) 集风式风力发电方法与设备
CN206785552U (zh) 一种发电机叶片系统和风力发电机
Golecha et al. Review on Savonius rotor for harnessing wind energy
CN109931214B (zh) 一种柔性摆动式导流型风轮机
CN210239906U (zh) 一种垂直轴风力节能发电机
CN202132178U (zh) 垂直式多层级风轮的风力发电机
CN110296050A (zh) 一种风力发电装置
CN111456903A (zh) 一种势能转化型自寻风水平滚轮式风力发电机
CN211549896U (zh) 一种基于城市风场非定常性的高层建筑屋顶风力发电系统
TW202233958A (zh) 能夠對移動體進行設置的風力發電裝置
CN207847850U (zh) 一种风力机叶片及风力机
CN221838464U (zh) 一种风力发电设备
TWM617596U (zh) 高效能風力發電機組
CN201661420U (zh) 螺旋式垂直轴风力叶轮
CN217518776U (zh) 热气球型风力发电装置
TW201341653A (zh) 風力發電裝置及其垂直軸風車
CN102691624A (zh) 多级垂直叶片风力发电机
CN220909892U (zh) 立式风动机系统及立式风力发电系统
CN214577515U (zh) 一种风力发电机用升力聚风罩及一种水平轴风力发电机
KR101125952B1 (ko) 물레형 풍차

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200728

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication