CN1924350A - 超大功率悬浮切圆风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超大功率悬浮切圆风力发电装置。它由两个垂直相切的圆形扇叶与定轴焊接构成风叶组，风叶在风压作用下带动定轴旋转，将风能转化为机械能，从而带动定轴末端通过伞形齿轮或接头相连的发电机传动轴旋转，将机械能转化为电能；定轴与发电机传动轴均利用静磁悬浮技术做失重运动。本发明所提供的超大功率悬浮切圆风力发电装置彻底打破了传统的风力发电机模式，处于失重状态的圆形扇叶拥有理想的有效迎风面积，不受风力大小和方向的限制，能最大限度的利用风能，因而风能利用率极高。超大功率发电机安装在地面机房内或机房底座上，改变了传统水平轴风力发电机头重脚轻的状况，安装维修十分方便。这种装置风能利用率极高、工艺简单、安装维修方便、成本造价低廉，非常容易实现大型化。中国风电市场急需具有我国自主知识产权、性能优异、造价合理的新型风能设备；本发明将从根本上改变目前风力发电依赖进口、不能大规模、产业化的局面。

Description

超大功率悬浮切圆风力发电机
所属技术领域
本发明属于一种风能利用装置，涉及新能源领域，它特别涉及一种全新结构和运动方式的超大功率悬浮切圆风力发电装置。
背景技术
能源是人类社会进步和发展的物质基础。当前，世界范围内存在着化石能源日益短缺、环境严重污染的问题，由于能源和环境的危机，时代需要我们建立一个新型的能源系统以继续支撑人类文明的延续，而可再生能源势必成为其中关键的组成部分。风能和静磁是人类最早利用的能源，作为洁净的可再生能源，它们代表着21世纪能源的发展方向。随着技术的逐步成熟，风力发电必定会取代火电的优势地位，发展前景将十分广阔。
目前世界上用于发电的风机主要有两大类，一类是升力型水平轴结构，采用螺旋桨式叶片；一类是阻力型竖轴结构，采用风帆式或旋转翼板式叶片。风电的优势激励着人们不断探索更好的技术方案，但是由于升力型水平轴风机技术较为成熟而被广泛使用。自从1891年丹麦发明了世界上第一座用于风力发电的风机以来，风轮仍然延用着螺旋桨叶这一古老模式。传统螺旋桨式风力发电机存在三大问题：一、结构不合理导致风翼有效迎风面积小、阻力大、风能利用率低，而且制造大型螺旋桨难度大，对材料性能要求高，制造成本高。二、受风力因素制约，设计重心高，电机功率小，安装维修困难。三、机械构造复杂、体积庞大，稳固高大的塔架又将增加风机造价。而现有的竖轴风力发电机虽然不受风向的限制，但由于要克服逆风半周的阻力大大降低了风能利用率，而且叶片结构复杂，制造安装难度大，不利于大规模推广应用。正是现有风机发电效率低、造价高、安装难度大的缺点导致风电成本比火电高出近一倍，无法取代火电的优势地位。
发明内容
由于中国风电产业起步较晚，国产设备技术落后，目前风电市场所用设备多数依赖进口，造价昂贵，运输成本高，设备维修周期长，致使我国风电产业化程度低，不具备与火电竞争的能力，这也严重制约了我国风电产业的快速发展。中国风电市场急需具有我国自主知识产权、性能优异、造价合理的新型风能设备，本发明将从根本上改变目前风力发电依赖进口、不能大规模、产业化的局面。
本发明所提供的超大功率悬浮切圆风力发电机，彻底打破了传统的风力发电机模式，新型扇叶拥有理想的有效迎风面积，能最大限度的利用风能；扇叶组及发电机传动轴利用静磁悬浮技术做失重运动，发电效率极高，功率甚至可提高几十倍到上百倍，能很好地克服现有风力发电装置存在的缺陷。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一、扇叶为两个垂直相切的圆，扇叶边缘安装有定向风翼，扇叶与定轴焊接构成风叶组。当风压垂直作用在第一面扇叶上时，第二面扇叶与风向平行，第一面扇叶迎风面与背风面产生压差推动扇叶转动，当转至与风向平行位置时，第二面扇叶与风向垂直，作用在扇叶上的压差推动扇叶旋转，从而带动扇叶组做连续切圆运动，并带动定轴末端通过伞形齿轮啮合或接头连接的发电机传动轴转动。二、在扇叶定轴与发电机传动轴上安装静磁悬浮装置利用静磁力使整个扇叶组及其定轴、发电机传动轴做失重运动。三、发电机组建在地面或机房底座上。
本发明的有益效果是：一、圆形扇叶面受力面积远远大于普通螺旋桨叶，理想的有效迎风面积极大的提高了风能利用率，将风力因素的制约降到了最低；叶片结构简单，对金属材料要求低，取材容易，加工制造简单，生产成本低，易大批量生产。二、定向风翼保证扇叶在风向发生改变时仍能保持固定的旋转方向。三、扇叶定轴与发电机传动轴失重减小了轴承的摩擦阻力。四、超大功率发电机安装在地面或机房底座上，不需要建造塔架，改变了传统水平轴风力发电机头重脚轻的状况，安装维修方便，提高了使用的安全可靠性，非常容易实现大型化。五、根据地形、风向及实际建造的需要，有坐式、立式和卧式三种实施方案。在实际建造时，还可在扇叶组加装卸载自动保护装置以应对大风时的破坏作用，在定轴上加装刹车装置用于停机检修。
附图说明
下面结合附图本发明进一步说明。
图1是本发明实施方案一的立体结构图。
图2是本发明实施方案一显示机房内部结构的立体结构透视图。
图3是本发明实施方案一显示机房内部结构的主视图。
图4是本发明实施方案一的机房局部放大图。
图5是本发明实施方案一图3的A-A剖面示意图。
图6是本发明实施方案一的俯视图。
图7是本发明实施方案一的侧视图。
图8是本发明实施方案二显示机房内部结构的立体结构透视图。
图9是本发明实施方案二显示机房内部结构的俯视图。
图10是本发明实施方案三显示机房内部结构的立体结构透视图。
附图中，1.扇叶a，2.扇叶b，3.焊接口，4.定轴，5.铜套a，6.大伞形齿轮，7.小伞形齿轮，8.支撑体a，9.圆形动磁体a，10.圆形静磁体b，11.支撑体b，12.铜套b，13.圆柱形动磁体，14.U形静磁体，15.发电机传动轴，16.发电机，17.底座，18.轴承挡板，19.机房，20.接头，21.机房底座，22.风翼a，23.风翼b，24.风翼c，25.风翼d，26.延伸悬浮轴。
具体实施方式
下面结合附图及实施方案对本发明作进一步阐述：
实施方案一、一种超大功率悬浮切圆风能利用装置，属坐式结构，如附图1至附图7所示，圆形扇叶a(1)与圆形扇叶b(2)通过焊接口(3)垂直相切并与定轴(4)焊接构成风叶组。以圆形扇叶a(1)的纵向中轴线为对称轴，沿半圆边缘垂直安装风翼a(22)，并在沿纵向中轴线旋转180°的背面半圆边缘垂直安装风翼b(23)进行定向；以圆形扇叶b(2)的纵向中轴线为对称轴，沿圆形扇叶b(2)的半圆边缘垂直安装风翼c(24)，并在沿纵向中轴线旋转180°的背面半圆边缘垂直安装风翼d(25)进行定向。定轴(4)穿过铜套a(5)用键连接大伞形齿轮(6)，铜套a(5)与铜套b(12)保持定轴垂直。穿过定轴(4)并用键连接的圆形动磁体a(9)由支撑体a(8)连接支撑，穿过定轴(4)的圆形静磁体b(10)与支撑体b(11)连接，通过底座(17)固定在地面上。大伞形齿轮(6)与小伞形齿轮(7)啮合，小伞形齿轮(7)通过发电机传动轴(15)与发电机(16)连接，发电机传动轴(15)的另一侧末端成圆锥状顶住轴承挡板(18)。在发电机(16)两侧的发电机传动轴(15)安装圆柱形静磁体(13)，U形静磁体(14)位于圆柱形动磁体(13)的正下方，通过静磁力使发电机传动轴(15)悬浮。U形静磁体(14)及发电机(16)通过底座(17)固定在地面上。除风叶组外其它设备均建在机房(19)内。
实施方案二、一种超大功率悬浮切圆风能利用装置，属立式结构，如附图8、附图9所示，圆形扇叶a(1)与圆形扇叶b(2)通过焊接口(3)垂直相切并与定轴(4)焊接构成风叶组，以圆形扇叶a(1)的纵向中轴线为对称轴，沿半圆边缘垂直安装风翼a(22)，并在沿纵向中轴线旋转180°的背面半圆边缘垂直安装风翼b(23)进行定向，以圆形扇叶b(2)的纵向中轴线为对称轴，沿圆形扇叶b(2)的半圆边缘垂直安装风翼c(24)，并在沿纵向中轴线旋转180°的背面半圆边缘垂直安装风翼d(25)进行定向。定轴(4)穿过铜套(5)通过接头(20)与发电机传动轴(15)相连，发电机(16)竖向安装并由底座(17)固定支撑，穿过发电机轴承的圆形动磁体a(9)由支撑体a(8)连接支撑，穿过发电机轴承的圆形静磁体b(10)与支撑体b(11)连接并通过底座(17)固定在地面上。除风叶组外其它设备均建在机房(19)内。
实施方案三、一种超大功率悬浮切圆风能利用装置，属卧式结构，如附图10所示，圆形扇叶a(1)与圆形扇叶b(2)通过焊接口(3)垂直相切并与定轴(4)焊接构成风叶组，以圆形扇叶a(1)的横向中轴线为对称轴，沿半圆边缘垂直安装风翼a(22)，并在沿横向中轴线旋转180°的背面半圆边缘垂直安装风翼b(23)进行定向；以圆形扇叶b(2)的横向中轴线为对称轴，沿圆形扇叶b(2)的半圆边缘垂直安装风翼c(24)，并在沿横向中轴线旋转180°的背面半圆边缘垂直安装风翼d(25)进行定向。两组与定轴(4)焊接的扇叶分别穿过铜套(5)通过接头(20)与发电机两侧的传动轴(15)焊接，发电机(16)两侧的传动轴(15)上分别对称安装圆柱形动磁体(13)，并在其正下方安装U形静磁体(14)使发电机传动轴(15)处于失重状态。沿两组扇叶横向中轴线在圆形扇叶a(1)顶端对称安装延伸悬浮轴(26)，并在延伸悬浮轴(26)末端安装圆柱形静磁体(13)，其正下方安装U形静磁体(14)使定轴(4)及扇叶组处于失重状态，U形静磁体(14)通过底座(17)固定支撑在地面上。发电机组建在机房(19)内并由机房底座(21)支撑。

Claims (8)

1.一种超大功率悬浮切圆风力发电装置，由扇叶、定向风翼、定轴、伞形齿轮或接头、旋转的动磁体、由支撑体或底座支撑的静磁体、传动轴、发电机及机房构成。其特征在于：两个垂直相切的圆形扇叶与定轴焊接构成风叶组，风叶在风压作用下旋转带动定轴末端通过伞形齿轮或接头相连的传动轴旋转，将机械能转化为电能。定轴与发电机传动轴均利用静磁悬浮技术做失重运动。
2.根据权利要求1所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：所述的扇叶是在同一轴向上呈90°垂直相切的同形状等面积且中心对称的两个面为一组。
3.根据权利要求1或2所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：每个扇叶上有两枚定向风翼且分别位于扇叶的两面。
4.根据权利要求3所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：定向风翼是同一轴向上呈中心对称并与扇叶90°垂直的面。
5.根据权利要求3或4所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：定向风翼是同一轴向上沿扇叶半圆边缘安装呈半圆形的弧面。
6.根据权利要求1所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：利用同极相对的圆形动磁体及位于其正下方的大小相等的圆形静磁体产生的静磁力或同极相对的圆柱形动磁体及位于其正下方的U形静磁体产生的静磁力使扇叶及与其相连的定轴做失重运动。
7.根据权利要求1所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：利用同极相对的圆柱形动磁体及位于其正下方的U形静磁体产生的静磁力使发电机传动轴做失重运动。
8.根据权利要求1所述的超大功率悬浮切圆风力发电装置，其特征在于：超大功率发电机安装在地面机房内或机房底座上。
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