[發(fā)明專利]聚能－遮蔽可展曲面葉片風(fēng)力發(fā)電裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810034101.5
• 申請日: 2008-02-29
• 公開（公告）號: CN101235798A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃典貴;曹紫胤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/06;F03D3/04
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置，特別是一種適合任意風(fēng)向的聚能—遮蔽可展曲面葉片風(fēng)力發(fā)電裝置。

技術(shù)背景

風(fēng)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10年間，世界風(fēng)力發(fā)電的年增長率達(dá)到29.7％。到2003年末，全球風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到4,030萬千瓦，風(fēng)力發(fā)電量占到世界總電量的0.5％。其中歐洲總裝機(jī)容量為2,871萬千瓦，占世界風(fēng)電裝機(jī)容量的73％。2003年德國風(fēng)力發(fā)電累計裝機(jī)容量達(dá)到1,461萬千瓦，占全世界的1/3以上。2003年印度累計風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量也已達(dá)到213萬千瓦，排世界第5位，居發(fā)展中國家的首位。歐洲風(fēng)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(fēng)力發(fā)電的情景，并預(yù)計到2020年風(fēng)力發(fā)電將占世界電力總量的12％。風(fēng)能作為未來能源供應(yīng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電的資源條件。到2004年底，我國風(fēng)力發(fā)電累計裝機(jī)容量達(dá)到76.4萬千瓦，國家發(fā)改委規(guī)劃2005年并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到100萬千瓦，2010年達(dá)到300萬千瓦，2020年達(dá)到3,000萬千瓦。

現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如圖1是S型風(fēng)輪，圖2是多S型風(fēng)輪，圖3是杯翼型風(fēng)輪。對于這幾種風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)向從左向右時，如圖1，A-O段與B-O段的受力F₁與F₂與風(fēng)向都是一致的，A-O段運動方向與風(fēng)向相同，是順風(fēng)段，B-O段運動方向與風(fēng)向相反，是逆風(fēng)段。A-O段“兜”住了風(fēng)，B-O段“兜”不住風(fēng)，因此，F(xiàn)₁＞F₂，對轉(zhuǎn)軸O，形成一個扭矩，使得旋轉(zhuǎn)。A-O段對風(fēng)輪是做正功的，但B-O段對風(fēng)輪做了負(fù)功，當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時，正功大于負(fù)功，能夠驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；當(dāng)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(fēng)輪，O點以上順風(fēng)段的風(fēng)能做正功，O點以下的逆風(fēng)段的風(fēng)能做負(fù)功。

圖4是遮蔽式板翼型風(fēng)輪。這種風(fēng)輪，使得風(fēng)輪逆風(fēng)段所對應(yīng)風(fēng)能不再阻礙的轉(zhuǎn)動，但這部分風(fēng)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(shù)存在的根本性的問題而提供一種聚能—遮蔽可展曲面葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，能夠最大程度地收集風(fēng)能，并提高風(fēng)能利用率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種聚能—遮蔽可展曲面葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，包括立軸風(fēng)輪及其驅(qū)動的發(fā)電機(jī)，其特征在于立軸風(fēng)輪由一個內(nèi)圓筒固定連接多個可展曲面葉片構(gòu)成；立軸風(fēng)輪的外圍裝有進(jìn)氣導(dǎo)流裝置，進(jìn)氣導(dǎo)流裝置由若干聚能-遮風(fēng)板繞立軸風(fēng)輪中心對稱布置，構(gòu)成進(jìn)氣的收縮氣流通道；立軸風(fēng)輪的順風(fēng)側(cè)始終位于該收縮氣流通道的下游處，而風(fēng)輪的逆風(fēng)側(cè)始終位于弧形遮風(fēng)板下游處的無風(fēng)區(qū)。

對于圖5的來流風(fēng)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(fēng)都被吹向風(fēng)輪3的順風(fēng)段。板C與板D同時起到遮蔽作用，使來流風(fēng)不會直接“吹打”在風(fēng)輪轉(zhuǎn)子上，減小了風(fēng)輪逆風(fēng)段的阻力。

風(fēng)向改變時，每塊聚能—遮風(fēng)板的作用會隨之改變。

可展曲面葉片的風(fēng)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(fēng)輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓的一側(cè)，每個聚能—遮風(fēng)板的切線與該處轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓的切線所成夾角α為5°～85°，且該切線方向與旋轉(zhuǎn)方向反向。每個聚能—遮風(fēng)板的外側(cè)的切線方向與進(jìn)氣導(dǎo)流裝置外圓的法向相同。

上述的立軸風(fēng)輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外圓的半徑為0.001m～1000m，立軸風(fēng)輪垂直高度為0.001m～1000m。

聚能—遮風(fēng)板的個數(shù)為3～400個，板高為立軸風(fēng)輪垂直高度的0.6-2.0倍，進(jìn)氣導(dǎo)流裝置的外徑為立軸風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)外圓直徑的1.1-10000倍。

當(dāng)某一地區(qū)風(fēng)向變化不大時，聚能—遮風(fēng)板或墻可以非對稱布置，即風(fēng)輪下游的導(dǎo)流板(聚能—遮風(fēng)板或墻)可以去掉。

上述立軸風(fēng)輪電機(jī)組有上面板與下面板，聚能—遮風(fēng)板焊接在上下面板之間。兩塊面板之間安裝風(fēng)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(hù)。