專利名稱：聚能-遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電裝置，特別是一種適合任意風向的聚能一遮蔽可展曲面葉 片風力發(fā)電裝置。技術背景風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前 景的發(fā)電方式。1993年到2003年的IO年間，世界風力發(fā)電的年增長率達到29.7%。到 2003年末，全球風電裝機容量達到4，030萬千瓦，風力發(fā)電量占到世界總電量的0.5%。 其中歐洲總裝機容量為2， 871萬千瓦，占世界風電裝機容量的73%。 2003年德國風力 發(fā)電累計裝機容量達到1,461萬千瓦，占全世界的1/3以上。2003年印度累計風力發(fā) 電裝機容量也已達到213萬千瓦，排世界第5位，居發(fā)展中國家的首位。歐洲風能協(xié)會在 近期的一份報告中，用詳實的數(shù)據(jù)和精辟的分析描述了未來世界風力發(fā)電的情景，并預 計到2020年風力發(fā)電將占世界電力總量的12%。風能作為未來能源供應重要組成部分 的戰(zhàn)略地位受到世界各國的普遍重視。我國風能資源儲量豐富，據(jù)初步估算，我國陸上離地面10米高度層的風能資源可 開發(fā)量為2.53億千瓦；近海區(qū)域離海面10米高度層的風能儲量約為7.5億千瓦。從宏 觀上看，我國具備大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電的資源條件。到2004年底，我國風力發(fā)電累計 裝機容量達到76.4萬千瓦，國家發(fā)改委規(guī)劃2005年并網(wǎng)風電裝機將達到100萬千瓦， 2010年達到300萬千瓦，2020年達到3,000萬千瓦?，F(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機，如圖1是S型風輪，圖2是多S型風輪，圖3是杯翼型 風輪。對于這幾種風輪，當風向從左向右時，如圖l， A—O段與B—O段的受力Fi與 F2與風向都是一致的，A—O段運動方向與風向相同，是順風段，B—O段運動方向與 風向相反，是逆風段。A—0段"兜"住了風，B— 段"兜"不住風，因此，F(xiàn)^F2，對轉(zhuǎn) 軸0，形成一個扭矩，使得旋轉(zhuǎn)。A—O段對風輪是做正功的，但B—O段對風輪做了 負功，當風機工作時，正功大于負功，能夠驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；當轉(zhuǎn)過180度后，A—O段與B—O 段的做功情況剛好相反，如此旋轉(zhuǎn)就可以連續(xù)工作了。對于這幾種風輪，O點以上順風 段的風能做正功，O點以下的逆風段的風能做負功。圖4是遮蔽式板翼型風輪。這種風輪，使得風輪逆風段所對應風能不再阻礙的轉(zhuǎn)動，但這部分風能全部損失掉。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術存在的根本性的問題而提供一種聚能一遮蔽 可展曲面葉片風力發(fā)電裝置，能夠最大程度地收集風能，并提高風能利用率。為了達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案 一種聚能一遮蔽可展曲面葉片風力 發(fā)電裝置，包括立軸風輪及其驅(qū)動的發(fā)電機，其特征在于立軸風輪由一個內(nèi)圓筒固定連 接多個可展曲面葉片構成；立軸風輪的外圍裝有進氣導流裝置，進氣導流裝置由若干聚 能-遮風板繞立軸風輪中心對稱布置，構成進氣的收縮氣流通道；立軸風輪的順風側始 終位于該收縮氣流通道的下游處，而風輪的逆風側始終位于弧形遮風板下游處的無風 區(qū)。對于圖5的來流風向，板A與板B、板B與板C、板C與板D都形成收縮氣流通 道，聚集起來的風都被吹向風輪3的順風段。板C與板D同時起到遮蔽作用，使來流 風不會直接"吹打"在風輪轉(zhuǎn)子上，減小了風輪逆風段的阻力。風向改變時，每塊聚能一遮風板的作用會隨之改變。可展曲面葉片的風輪，其葉片曲面與轉(zhuǎn)子內(nèi)筒圓柱相切，葉片的水平剖面形狀可以是 直線或半徑為R的圓弧，轉(zhuǎn)子內(nèi)圓筒半徑為r時，R=1.01~100r，或者由若干條圓弧組 成，可展曲面葉片個數(shù)為2~1000個。在靠近立軸風輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓的一側，每個聚能一遮風板的切線與該處轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外 圓的切線所成夾角oc為5°~85°,且該切線方向與旋轉(zhuǎn)方向反向。每個聚能一遮風板的外 側的切線方向與進氣導流裝置外圓的法向相同。上述的立軸風輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓的半徑為0.001m 1000m，立軸風輪垂直高度為 0扁m 1000m。聚能一遮風板的個數(shù)為3 400個，板高為立軸風輪垂直高度的0.6—2.0倍,進氣導 流裝置的外徑為立軸風輪旋轉(zhuǎn)外圓直徑的1.1—10000倍。當某一地區(qū)風向變化不大時，聚能一遮風板或墻可以非對稱布置，即風輪下游的導 流板(聚能一遮風板或墻)可以去掉。上述立軸風輪電機組有上面板與下面板，聚能一遮風板焊接在上下面板之間。兩塊 面板之間安裝風輪,由普通軸承或磁懸浮支撐。上面板中心開比轉(zhuǎn)子直徑略大的孔,上端 蓋用螺絲固定于上面板上，便于轉(zhuǎn)子部分的安裝與維護。上述立軸風電機組也可以無上面板與下面板，聚能一遮風裝置可以是磚混結構或鋼筋混凝土結構的墻，風輪豎直安裝在鋼筋混凝土結構的基礎上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的實質(zhì)性突出特點和顯著的優(yōu)點 本發(fā)明提供的風力發(fā)電裝置，適用于任意來流風向，立軸風輪的順風段始終位于聚能一遮風板構成的收縮氣流通道的下游處，立軸風輪的逆風段始終位于遮風板或墻下游處的無風區(qū)，風能利用率高。


圖1是已有技術的S型風輪原理示意圖 圖2是已有技術的多S型風輪原理示意3是已有技術的杯翼型風輪原理示意4是巳有技術的遮蔽式板翼型風輪原理示意5是本發(fā)明聚能一遮蔽可展曲面葉片風輪的原理示意6是本發(fā)明聚能一遮蔽可展曲面葉片風輪電機組結構示意7是圖6中G—G處剖面圖。圖8是圖6中上端蓋剖面9是可展曲面葉片風輪截面具體實施方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是:參見圖5、圖6、圖7和圖8,本聚能一遮蔽可展曲面葉 片風力發(fā)電裝置，由立軸風輪3及其驅(qū)動的發(fā)電機6組成。立軸風輪3的外圍裝有進氣 導流裝置ll，進氣導流裝置ll由若干聚能一遮風板或墻1繞轉(zhuǎn)子中心對稱布置，構成 進氣的收縮氣流通道。立軸風輪3由可展曲面葉片15及內(nèi)圓筒16構成，其葉片曲面15 與轉(zhuǎn)子內(nèi)圓筒16相切，可展曲面葉片15的水平剖面形狀可以是直線或半徑為R的圓弧， 轉(zhuǎn)子內(nèi)圓筒半徑為r時，R=1.01~100r，或者由若干條圓弧組成，可展曲面葉片15個數(shù) 為2~1000個。立軸風輪3的順風側始終位于該收縮氣流通道11的下游處，而立軸風輪 3的逆風側始終位于聚能一遮風板1下游處的無風區(qū)。聚能一遮風板l為弧形的，每個 聚能一遮風板1內(nèi)側的切線與立軸風輪3轉(zhuǎn)子的外圓2切線4的夾角a為5° 85°，且該 切線4方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向5反向。每個聚能一遮風板1的外側的切線方向13與進氣 導流裝置11外圓14的法向13相同。立軸風輪3轉(zhuǎn)子的半徑為0.001m—1000m，立軸風輪3垂直高度為0.001m—1000m。聚能一遮風板1的個數(shù)為3 24個，繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中 心對稱分布，進氣導流裝置11的外徑為立軸風輪3直徑的1.1一10000倍。本裝置有固 定底座IO，其上是連接筒式安裝架7，筒式安裝架7上固定安裝一塊圓形下面板9，下 面板9的上方有一塊與其同樣形狀和大小的圓形上面板8，在上下面板8、 9之間焊接聚 能一遮風板l，上下面板8、 9中心區(qū)通過軸承安裝立軸風輪3，筒式安裝架7處于下面 板9下面的中心區(qū)，筒式安裝架7內(nèi)安裝立軸風輪3驅(qū)動的發(fā)電機6。上面板8中心開 比風輪轉(zhuǎn)子直徑略大的孔,由一塊上端蓋12用螺釘固定封住孔口，便于轉(zhuǎn)子部分的安裝 和維修。
權利要求
1.一種聚能—遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置，包括立軸風輪(3)及其驅(qū)動的發(fā)電機(6)，其特征在于立軸風輪(3)由一個內(nèi)圓筒(16)固定連接多個可展曲面葉片(15)構成；立軸風輪(3)的外圍裝有進氣導流裝置(11)，進氣導流裝置(11)由若干聚能-遮風板(1)繞立軸風輪(3)中心對稱布置，構成進氣的收縮氣流通道；立軸風輪(3)的順風側始終位于該收縮氣流通道的下游處，而風輪(3)的逆風側始終位于弧形遮風板(1)下游處的無風區(qū)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的聚能一遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置，其特征在于立軸 風輪(3)的內(nèi)圓筒(16)與可展曲面葉片(15)是相切的，可展曲面葉片(15) 的水平剖面形狀是直線、或半徑為R的圓弧，轉(zhuǎn)子內(nèi)圓筒半徑為r就， R=1.01~100r，或者由若干條圓弧組成，可展曲面葉片(15)個數(shù)為2 1000個。
3. 根據(jù)權利要求1所述的聚能一遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置，其特征在于所述 的聚能一遮風板(1)水平剖面為弧形；在靠近立軸風輪(3)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓(2) 的外側，每個聚能一遮風板(1)切線與該處轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓(2)的切線(4)的 夾角a為5。 85。，且該切線(4)方向與旋轉(zhuǎn)方向(5)反向；每個聚能一遮風板(1)的外側的切線方向(13)與進氣導流裝置(11)外圓(14)的法向(13) 相同。
4. 根據(jù)權利要求l所述的聚能一遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置，其特征在于立軸 風輪(3)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓(2)的半徑為0.001m 1000m，立軸風輪(3)的垂直 高度為0.001m 1000m。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的聚能一遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置，其特征在于 聚能一遮風板(1)的個數(shù)為3 24個，板高為立軸風輪(3)垂直高度的0.6 2.0倍,進氣導流裝置(11)的外徑為立軸風輪(3)旋轉(zhuǎn)外圓(2)直徑的1.1 10000 倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚能—遮蔽可展曲面葉片風力發(fā)電裝置。它包括立軸風輪風力機及其驅(qū)動的發(fā)電機，立軸風輪由一個內(nèi)圓筒固定連接多個可展曲面葉片構成，立軸風輪的外圍裝有進風導流裝置，進風導流裝置由若干聚能—遮風板繞轉(zhuǎn)子中心對稱布置，構成進氣的收縮氣流通道以提高風速。風輪的順風側始終位于該收縮氣流通道的下游處，而風輪的逆風側始終位于遮風板下游處的無風區(qū)，減小了風輪運轉(zhuǎn)阻力，較大幅度地提高風能利用率。
文檔編號F03D3/06GK101235798SQ20081003410
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日2008年2月29日
發(fā)明者曹紫胤, 黃典貴 申請人:上海大學