葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于風力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，包括拉線盤設(shè)置在地面、拉線盤上設(shè)置拉線、拉線的另一端連接抱箍、抱箍設(shè)置在立桿上，立桿上端設(shè)置葉輪軸，葉輪軸上設(shè)置上下圓盤，上下圓盤的底面固定葉片支架，葉片支架上設(shè)置風力板，風力板包括兩個葉片和一個轉(zhuǎn)軸，兩個葉片一個為固定葉片，一個為動葉片，動葉片繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，葉片支架的最外端邊線的中心位置設(shè)置懸線，懸線的另一端設(shè)置在葉輪軸最上方，本實用新型與現(xiàn)有風力發(fā)電機相比實現(xiàn)了葉片的自動開閉，降低了成本，提高了發(fā)電效率。
【專利說明】
葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于風力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種葉片自動開閉的立軸風力 發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 在日趨嚴峻的環(huán)保壓力下，可再生能源的大量使用已是大勢所趨，綠色發(fā)展是國 家發(fā)展戰(zhàn)略的核心，不斷增強風力發(fā)電是國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整的重點方向，限制煤電或逐步淘汰 煤電不僅有政策的需求，還必須有經(jīng)濟上的優(yōu)勢，風力發(fā)電在成本上也要有與煤電相競爭 的能力才行，不僅在風資源的一、二類區(qū)域，而且要在三、四類等外區(qū)域都有發(fā)展?jié)摿Σ判校?國內(nèi)風力發(fā)電規(guī)模與風資源的利用水平還有很大的拓展空間。然而我國有一項對風力發(fā)電 發(fā)展不利的指標就是平均棄風率達10.5%，原因在于所在風區(qū)網(wǎng)架負荷低;制約風力發(fā)電的 另一個瓶頸是成本，風電場投資造價高是主要原因。目前我國所采用的風力發(fā)電機多為水 平軸風力發(fā)電機和立軸風力發(fā)電機，水平軸風力發(fā)電機的功率已經(jīng)大型化和成熟化，在此 基礎(chǔ)上已不能再大幅度降低造價;立軸發(fā)電機的研究起步較晚，目前還沒有大型的立軸風 機，立軸風力發(fā)電機多為阻力型立軸風力發(fā)電機，立軸風力發(fā)電機的葉片有Φ型、:A:型、舅 型、:菽型，主要考慮是葉片乘風時兜風增大出力，逆風時順風降低阻力，對于固定的阻力型 葉片，要增大葉片的面積來增加功率的同時，逆風阻力也隨著增加，為解決這對矛盾，有人 提出對葉片進行機械控制的具有葉片開閉功能的阻力型立軸風力發(fā)電機。其原理是葉片在 乘風區(qū)段葉片支架上的數(shù)個單葉片閉合形成整體風力板，達到最大乘風出力，而在逆風區(qū) 段，單個葉片打開形成順風通道，逆風阻力最小化，依次來獲得氣流的最大功率，而機械裝 置的投入也增大了立軸風力發(fā)電機的成本。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供的一種葉片自動開閉的 立軸風力發(fā)電機，實現(xiàn)了葉片的自動開閉，提高了風力發(fā)電機的發(fā)電效率，減少了成本的投 入。
[0004] 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：一種葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，包括拉 線盤設(shè)置在地面、拉線盤上設(shè)置拉線、拉線的另一端連接抱箍、抱箍設(shè)置在立桿上，其特征 在于:立桿上端設(shè)置葉輪軸，葉輪軸上設(shè)置上下圓盤，上下圓盤的底面固定葉片支架，葉片 支架上設(shè)置風力板，風力板包括兩個葉片和一個轉(zhuǎn)軸，兩個葉片一個為固定葉片，一個為動 葉片，動葉片繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，葉片支架的最外端邊線的中心位置設(shè)置懸線，懸線的另一端設(shè)置 在葉輪軸最上方。
[0005] 所述的上下圓盤的形狀和質(zhì)量相同。
[0006] 所述的葉片支架的形狀和質(zhì)量相同，葉片等間距分布在上下圓盤上，葉片支架成 對出現(xiàn)。
[0007] 所述的風力板固定在葉片支架的距離相等，風力板在葉片支架上的位置相同，風 力板數(shù)量由葉片支架的長度確定。
[0008] 所述的固定葉片與動葉片的形狀和質(zhì)量相同。
[0009] 所述的固定葉片之間的距離小于動葉片的寬度。
[0010] 在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)同氣流的作用與自身離心力的作用相配合的動葉片自動轉(zhuǎn)動， 形成乘風區(qū)內(nèi)動葉片關(guān)閉，逆風區(qū)內(nèi)動葉片打開，從而實現(xiàn)風力板在乘風區(qū)的最大出力，在 逆風區(qū)的最小阻力，使得風力發(fā)電機獲得有效的風功率提取。葉片自動開閉的立軸風力發(fā) 電機的功率簡化推算如下：
[0011]葉片在乘風區(qū)段內(nèi)的受風動能阻力及附加阻力求算如下：
[0012] 1、氣流單位質(zhì)量對葉片上的動能傳遞的壓力可用下式表達：
[0021 ] 2、單位氣流質(zhì)暈在兜風單位體積內(nèi)動能的附加壓力為：
[0022]
[0023] 3、乘風區(qū)內(nèi)葉片板受到正面與背面的氣壓差計算式為：
[0024]
[0025] 4、葉片在乘風區(qū)內(nèi)任意位置上受到單位質(zhì)量氣流的壓力：
[0026]
[0027] 式中:?為乘風區(qū)內(nèi)風力板與氣流方向的夾角。
[0028] 乘風區(qū)內(nèi)葉片面積上的質(zhì)量流及葉片受到質(zhì)量流的壓力；
[0029]乘風區(qū)氣流的質(zhì)量流：
[0030]
[0031] __
[0032] Η為板高，R為葉輪半徑。
[0033]
[0034] 5、乘風區(qū)內(nèi)葉片受到的質(zhì)量流的壓力：
[0035]
[0036] 6、乘風區(qū)內(nèi)風力板(一組葉片)對軸的力矩：
[0037] - r --------f
[0038] 式中:r為矢徑，Γ (疼），，為風力板到軸的平均半徑。
[0039] 7、乘風區(qū)內(nèi)單個風力板的功率
[0045][0046] 單個風力板在乘風區(qū)內(nèi)的平均功率求算：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0053]式中：η為葉輪上風力板的個數(shù)。
[0054] 9、葉輪的功率：
[0055]
[0056] 10、葉片自動開閉立軸風機的電功率：
[0057] ^ " ·
" "
[0058] 式中:負為葉輪的效率，一般備=現(xiàn)氣
[0059] :?為增速機發(fā)電機效率，取
[0060] 11、故立軸風力發(fā)電機發(fā)電功率完整表達式如下：
[0061]

[0068] 式中：辦為風速，，為乘風區(qū)的截面面積，舄為風力板三角形兜風體積，H:為風力 板個數(shù)，_為風力板的平均回轉(zhuǎn)半徑，t為風速與風輪線速度的比值，取優(yōu) 值= ?05，風場溫度變化不大取288k。
[0069] 給定風速和風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)以后，可求得葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機 的發(fā)電功率，通過理論計算表明：在相同尺寸上葉片自動開閉的立軸發(fā)電機比普通立軸風 力發(fā)電機的發(fā)電效率提高12%;在乘風面積和掠風面積相同時比水平立軸發(fā)電機高30%。
[0070] 本實用新型具有如下積極效果：
[0071] 1.葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機乘風出力的能力的設(shè)計理論的基本原則是:乘 風面積與乘風力矩是風機出力能力的最佳條件，立軸風力發(fā)電機的葉片排列的寬度、高度、 乘風力矩、風力板數(shù)量等參數(shù)變化極易拓展，風力發(fā)電機的出力能力空間易于提升，可實現(xiàn) 立軸風力發(fā)電機的大型化發(fā)展。
[0072] 2、葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機的設(shè)備較輕，葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機 的變速箱發(fā)電機在地面無需荷重的塔筒，支撐葉輪的立桿斷面尺寸大為縮小，葉輪的迎風 阻力僅為葉片的乘風阻力及過渡段的葉片斷面阻力，無需強大穩(wěn)固的地基投入，立桿的穩(wěn) 定可以使用拉索加固，自動回轉(zhuǎn)也減少了機械控制開閉的投入，設(shè)備成本大幅度降低。 [0073] 3、葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機的葉輪對來風的風向在360°內(nèi)均可，無需迎風 機構(gòu)，葉片形狀單一，單個葉片尺寸小，制造簡單，成組葉片安裝在葉片支架上，葉片支架荷 重小，并且通過葉輪軸上的懸線來支撐強化，葉片支架僅用于傳遞轉(zhuǎn)矩，對葉片支架承受風 力的彎矩要求降低，在葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機逆風區(qū)回轉(zhuǎn)阻力很小的條件下，乘 風區(qū)的出力幾乎全部轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力，在風資源較好風場，可獲得較高的單機功率，在一般 的風場中也可以獲得需要的單機功率，可滿足于各個風資源環(huán)境下的使用環(huán)境。
[0074] 4、葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機在葉片乘風區(qū)關(guān)閉，逆風區(qū)打開，從而實現(xiàn)乘 風區(qū)的最大出力和逆風區(qū)的最小阻力，在相同尺寸上比普通立軸發(fā)電機的發(fā)電效率高12%， 在乘風面積與掠風面積相同時比水平軸風力發(fā)電機的發(fā)電效率高30%。
【附圖說明】
[0075]圖1為葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0076]圖2為葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0077]圖3為葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0078]圖4為葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機的葉片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0079] 實施例1，如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機包括拉 線盤9和與拉線盤連接的拉線1，將拉線盤埋入土中固定，拉線1通過抱箍10與立桿2連接，立 桿2豎立在地面，拉線起到穩(wěn)固立桿2的作用，立桿2與葉輪軸4轉(zhuǎn)動連接，下圓盤3和上圓盤 5固定在葉輪軸4上，下圓盤3和上圓盤5形狀和質(zhì)量相同，將葉片支架6固定在上下圓盤上， 葉片支架6在圓盤上等間距對稱分布，將風力板8安裝在葉片支架上，風力板8由兩組葉片組 成，固定在葉片支架6上的葉片稱為固定葉片12,在固定葉片12-側(cè)有一個轉(zhuǎn)軸13,另一組 葉片繞轉(zhuǎn)軸13轉(zhuǎn)動，稱為動葉片11，固定葉片12和動葉片11形狀和質(zhì)量相同，固定葉片12與 相鄰固定葉片12之間的距離不得超過葉片的寬度，固定葉片的數(shù)量可根據(jù)葉片支架的長度 而定，且每個葉片支架6中風力板8的數(shù)量相同，安裝在葉片支架上的位置相同，通過懸線7 和葉片支架6來保證風力板8的平衡，懸線7的一端連接在葉片支架6的最外端邊線的中心位 置，另一端連接在葉輪軸4上。
[0080] 本實用新型在工作狀態(tài)時，如圖3所示，在乘風區(qū)段葉片，風力板8依靠轉(zhuǎn)動的離心 力自動關(guān)閉，關(guān)閉后的風力板8在乘風區(qū)段受到氣流的貼合在相鄰一組的固定葉片12上，在 逆風區(qū)段風力板8受到逆風氣流的正面沖擊力大于葉片的離心力，動葉片11與固定葉片12 合在一起，從而實現(xiàn)風力板8的自動開閉。在乘風區(qū)段內(nèi)風力板8關(guān)閉，逆風區(qū)段風力板8打 開，實現(xiàn)了風力板在乘風區(qū)段的最大出力，在逆風區(qū)段的最小阻力，獲得有效的風功率提 取。
[0081] 以上所述僅為實用新型的優(yōu)選實施例，并不用以限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所 作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，包括拉線盤設(shè)置在地面、拉線盤上設(shè)置拉線、 拉線的另一端連接抱箍、抱箍設(shè)置在立桿上，其特征在于:立桿上端設(shè)置葉輪軸，葉輪軸上 設(shè)置上下圓盤，上下圓盤的底面固定葉片支架，葉片支架上設(shè)置風力板，風力板包括兩個葉 片和一個轉(zhuǎn)軸，兩個葉片一個為固定葉片，一個為動葉片，動葉片繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，葉片支架的 最外端邊線的中心位置設(shè)置懸線，懸線的另一端設(shè)置在葉輪軸最上方。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，其特征在于:上下圓盤的形 狀和質(zhì)量相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，其特征在于:葉片支架的形 狀和質(zhì)量相同，葉片等間距分布在上下圓盤上，葉片支架成對出現(xiàn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，其特征在于:風力板固定在 葉片支架的距離相等，風力板在葉片支架上的位置相同，風力板數(shù)量由葉片支架的長度確 定。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，其特征在于：固定葉片與動 葉片的形狀和質(zhì)量相同。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片自動開閉的立軸風力發(fā)電機，其特征在于：固定葉片之間 的距離小于動葉片的寬度。
【文檔編號】F03D9/25GK205592064SQ201620178836
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】付紹豪, 劉建華, 付晶晶
【申請人】哈密市共創(chuàng)科技發(fā)展有限責任公司