CN2324310Y - 高效风力发电装置 - Google Patents

Abstract

高效风力发电装置在主轴上装有风轮,主轴与发电机联结,其特征是:设有一个风力增强机构,该机构安装在竖轴上,为两块刚性曲面板,两板的凸面相向,构成风道,主轴及风轮安装在风道中。优化方案是在风轮或主轴上设置有类似机翼的提升机构,靠升力消除风轮自身重力。本技术方案能明显地降低最低启动风力的数值,并有效地减少或消除风力发电装置由自身重量造成的摩擦阻力,从而提高整台装置的发电效率。

Description

高效风力发电装置

本实用新型涉及一种高效风力发电装置。

现有的风力发电装置分为叶轮式，群锥体风轮式与板筒风轮式等不同结构，其中叶轮式风力发电机向大功率发展时受到较多限制，例如美国最大的叶轮式风机叶片长度这到5米，其功率却难以大幅度提高。大型风力发电装置较多采用板筒式结构和群锥体风轮结构，前者是在主轴上装有板筒式风轮，风轮上设置有若于块平板状或曲板状的风板，主轴与发电机联结。后者是在主轴上固定若干圆形框架，框架上固定有若干圆周状排列的圆锥体，主轴与发电机联结。风力吹动风板，或圆周状排列的圆锥体，使风轮和主轴转动，带动发电机发出电力。这种两种结构制造大型风力发电装置时，由于高度和宽度都可以造得较大，所以对风能的利用更充分，功率也可以较大。但由于大型装置自身重量大，其主轴两端(竖轴结构时主要是下端)轴承所承受的压力较大，因而摩擦阻力也较大。这部分摩擦阻力使得风力发电装置最低启动风力的数值增大，在风力等级较小时装置无法启动运行，造成年发电时(或年发电日)减少；同时，既使在风力较大能够发电的情况下，这部分摩擦阻力消耗风能，使整台装置的效率降低，发电量减少，因此在能源和装置利用率方面都造成浪费。

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种新结构的高效风力发电装置，该结构应能明显地降低最低启动风力的数值，有效地减少或消除风力发电装置由自身重量造成的摩擦阻力，从而提高整台装置的发电效率。

与现有技术相同的是：高效风力发电装置在主轴上装有风轮，主轴与发电机联结，本申请的特征是：设有一个风力增强机构，该机构安装在一个竖轴上，为两块刚性曲面板，两板的凸面相向，构成风道，主轴及风轮安装在风道中。这里的风轮可以是板筒式风轮，也可以是群锥体式风轮。风力增强机构还可设置风向标。运行时，风向标使该构在自身的竖轴上转向迎风方向，风力进入风道中。风道的截面积随两块曲板的曲率变化：风道入口和出口处截面积较大，中间部分较小，由于风道截面积与风速成反比关系，同样的风力进入曲面中间的风道以后，风力将明显增大，因而使自然界较小的风力在本装置中变大，达到降低发电装置最低启动风力的效果。当主轴安装在风道截面积最小的部位时，甚至可以成倍地提高风道中的风速。风向标可以是固定在风力增强机构任一部位的风向装置。不设风向标时，可以由风力增强机构本身作为风向标，例如其竖轴安装位置不设在曲面板长度的中点，而是略移向进风口，风力吹动曲面板可使其转动，并停在迎风方向，达到与风向标一样的作用。本设计的优化方案是在风轮或主轴上设置有提升机构。提升机构是利用伯努利原理在主轴或风轮上设置的各种形状的提升翼，例如：在风轮架上固定若干与飞机双翼类似的小旋转翼，其前缘朝向风轮转动方向，并有一个迎角(即与水平面有一个较小的夹角)；再如：可在主轴上设置与一只机翼类似的固定翼，其截面与机翼相同，其前缘朝向来风方向，并设有一个迎角。最简单的固定翼可以只是一片刚性薄片，靠迎角获得升力；提升机构还可以是在主轴上安装与直升飞机类似的大旋转翼。各种提升翼可以靠其戴面形状取得升力；也可以靠迎角取得升力；或同时靠两个因素取得升力。可在考虑成本因素作决定。当有风力吹过，在带动风轮与发电机运转的同时，也在小旋转翼、固定翼或大旋转翼上产生升力。设计时，使这个升力与风轮自身重力相同，风轮主轴即可处于无重力运行状态，从而减少或消除因自身重力产生的那部分摩擦阻力，不仅能进一步降低最小启动风力，并能提高发电效率。以上所说的三种提升机构可以分别单独采用，也可以同时采用其中的一种、两种或三种，构成组合式风轮。固定翼和大旋转翼，还可在风道上方起到封闭风道上平面的作用，可辅助提高风力。

新结构的高效风力发电装置克服了现有技术的不足，能明显地降低最低启动风力的数值，并有效地减少或消除风力发电装置由自身重量造成的摩擦阻力，从而提高整台装置的发电效率。

现结合附图与实施例作进一步说明。

图1为风力增强机构侧面图；

图2为图1的俯视图；

图3为风轮上的小旋转翼结构示意图；

图4为固定翼示意图；

实施例1，参照图1、图2 ：高效风力发电装置设有一个风力增强机构，该机构安装在一个竖轴1上，为两块刚性曲面板2，两板的凸面相向，构成风道3，主轴4及板筒式风轮5安装在风道中。风轮上固定有若干片曲面板状的风板6。主轴4与发电机7联结。风向标8固定在曲面板上。参照图3：若干小旋转翼9固定在板筒式风轮的框架10上。该小旋转翼的截面形状与飞机机翼相同，跟随风轮旋转时，可产生升力，以抵销风轮自身的重力。运行时，风向标使风力增强机构在自身的竖轴上转到迎风方向，风力进入风道中。风道的截面积随两块曲板的曲率变化，主轴安装在风道截面积最小的部位。风力进入曲面中间的风道以后，风力将明显增大，因而使自然界较小的风力在本装置中变大，达到降低发电装置最低启动风力的效果。风力吹动曲板状的风板，使主轴转动，带动发电机发出电力。本实施例在高度与风轮直径均为2米时，额定风速6米/秒。风轮实际工作风速达到9米/秒。可将额定功率从现有技术的100W，提高到300-500W。

实施例2，基本结构与上例相同，但在主轴上设有固定翼，参照图4：固定翼11通过一个套轴12联结在主轴上，套轴使固定翼与主轴的转动互不干扰。在曲面板2的上沿，固定有限位器，限位器是固定在曲面板上的几个突起，它卡在固定翼的前、后边缘，使固定翼与曲面板保持相对固定的位置，其前缘保持迎风方向。固定翼的截面形状类似机翼，在风中产生升力，使主轴提升，减少或消除风轮重力造成的摩擦阻力。

实施例3，与上例基本相同，但固定翼改为大旋转翼，大旋转翼每个翼片截面均与机翼的曲线相同，并设有迎角，它与风轮同轴，跟随主轴旋转，产生升力。

Claims (8)

1、一种高效风力发电装置，在主轴上装有风轮，主轴与发电机联结，其特征是：设有一个风力增强机构，该机构安装在竖轴上，为两块刚性曲面板，两板的凸面相向，构成风道，主轴及风轮安装在风道中。

2、按照权利要求1所述的高效风力发电装置，其特征是：主轴安装在风道截面积最小的部位。

3、按照权利要求1或2所述的高效风力发电装置，其特征是：在风轮或主轴上设置有提升机构。

4、按照权利要求3所述的高效风力发电装置，其特征是：所说的提升机构是在风轮架上固定若干小旋转翼，各小旋转翼的前缘朝向风轮转动方向。

5、按照权利要求3所述的高效风力发电装置，其特征是：所说的提升机构是固定翼，固定翼通过一个套轴联结在主轴上，其前缘朝向来风方向，同时在曲面板的上沿，固定有限位器。

6、按照权利要求3所述的高效风力发电装置，其特征是：所说的提升机构是大旋转翼，大旋转翼与风轮同轴。

7、按照权利要求3所述的高效风力发电装置，其特征是：所说的提升机构是同时采用小旋转翼、固定翼及大旋转翼中的两种或三种。

8、按照权利要求1或2所述的高效风力发电装置，其特征是：在风力增强机构上设置有风向标。

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