[發(fā)明專利]捕捉風(fēng)力的葉片系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810217477.X
• 申請日: 2008-11-17
• 公開（公告）號: CN101713374A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢磊
• 申請（專利權(quán)）人: 畢磊
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/06;F03D11/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及風(fēng)能利用技術(shù)，尤其是一種風(fēng)能利用率高、有利于設(shè)備自啟 動的葉片系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】

作為獲取清潔能源的一種有效方式，風(fēng)能利用具有很大的發(fā)展空間。目 前，風(fēng)能利用的主要形式為將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)化為機械能，或借助風(fēng)力發(fā)電機將 大自然的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，在某些地區(qū)風(fēng)力發(fā)電甚至已成為主要的電力來源。

風(fēng)力渦輪機是目前商業(yè)化的風(fēng)力發(fā)電機的主要形式，大部分為水平軸式 的風(fēng)力渦輪機。水平軸渦輪機(Horizontal-axis?turbine)在運行過程中，風(fēng)葉 旋轉(zhuǎn)軸線為水平方向，風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)面的法向和風(fēng)力平行。

水平軸渦輪機存在的主要問題是：(1)在風(fēng)向經(jīng)常變化的情況下，水平 軸渦輪機無法正常工作；(2)水平軸渦輪機需要風(fēng)力糾偏系統(tǒng)(yaw mechanism)以使得風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)面能夠正向面對(或者反向面對)風(fēng)向，以捕 獲最大的風(fēng)能。設(shè)計糾偏系統(tǒng)時，必須考慮到驅(qū)動巨大葉片系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)所需 的動力、機械、檢測和控制系統(tǒng)，還必須考慮如何防止電纜的糾纏。這些使 得水平軸渦輪機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且生產(chǎn)和安裝成本高、維修困難。 另外，因為糾偏運行需要相當(dāng)?shù)哪芰浚瑴u輪機整體的機電能量轉(zhuǎn)換效率也就 降低了；(3)對于大型風(fēng)力發(fā)電機而言，水平軸渦輪機單扇風(fēng)葉必須很長。 為了適應(yīng)很長的風(fēng)葉，渦輪機塔身也必須很長，這造成渦輪機的運輸很困難， 運輸費在系統(tǒng)費用中占很高的比例；(4)因為塔身很高、風(fēng)葉很長，水平軸 渦輪機的發(fā)電機、齒輪以及糾偏系統(tǒng)必須安裝在塔頂，因此渦輪機的安裝非 常困難，需要許多大型安裝設(shè)備，安裝成本很高；(5)水平軸渦輪機的全部 葉片只靠風(fēng)葉的主軸支撐，而風(fēng)葉很長，使得運行時葉片會在風(fēng)力的作用下 產(chǎn)生多維的強力震動。這些震動會傳遞到與發(fā)電機串接的齒輪箱的軸上，使 得齒輪箱很容易損壞。齒輪箱的受損是水平軸渦輪機的主要故障之一。

為此，人們開發(fā)出了垂直軸渦輪機，這種垂直軸渦輪機的結(jié)構(gòu)如圖1和 圖2所示，6片風(fēng)葉21固定在主軸33上，主軸33與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸連接。 工作時，風(fēng)力(圖1和圖2中箭頭方向為風(fēng)力方向)作用于風(fēng)葉21上使風(fēng)葉 21帶動主軸33轉(zhuǎn)動，主軸33同時驅(qū)動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，發(fā)電機發(fā)電， 該過程就是作用于風(fēng)葉21上的風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為電能的過程。工作過程中，請參 見圖2，在風(fēng)力作用下部分葉片(圖2中a和b)產(chǎn)生使發(fā)電機轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn) 動的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、另外還有部分葉片(圖2中c和d)產(chǎn)生使發(fā)電機轉(zhuǎn)子逆時 針轉(zhuǎn)動的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，這兩個相反的驅(qū)動力矩將大部分抵消，使渦輪機總體的 風(fēng)力利用效率大大降低；同時，這兩個相反的驅(qū)動力矩之間的大小差別不大， 啟動時如果僅靠風(fēng)力難以使葉片及發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度達到發(fā)電所需的速 度，因此這種垂直軸渦輪機通常還需用其它手段來啟動。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)能利用率高、有利于設(shè)備自啟 動的葉片系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種捕捉風(fēng)力的葉片系統(tǒng)，包括葉片 和葉架；葉片樞接在葉架上且葉片可與葉架發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；葉片表面沿樞接 軸線被區(qū)分為大葉區(qū)和小葉區(qū)，大葉區(qū)的面積大于小葉區(qū)的面積；葉架上設(shè) 有可限制葉片旋轉(zhuǎn)極限位置的限位裝置。這里所說的樞接軸線即葉片與葉架 發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸。