[實用新型]一種階梯馬格努斯型風力葉片及風力機

有效

• 申請號: 201521086987.X
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN205277683U
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 魯錄義;王坤;劉雪晴
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;F03D3/06;F03D7/02;F03D7/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本實用新型屬于風力發電技術領域，更具體地，涉及一種馬格努斯型 風力葉片及風力機。

背景技術

可再生能源是解決能源危機的最佳途徑，而風力發電又是可再生能源 行業中發展最迅速、技術最成熟、前景最廣闊的行業。隨著科學技術的不 斷進步，風力發電的經濟性不斷改善，加之我國已把可再生能源作為我國 能源戰略的重要組成部分，風力發電擁有巨大的潛在市場。

風力機葉片是風力機組的核心部件，直接關系到風力利用的效率。現 代風力機的葉片多為傳統翼型葉片，基于來流風速均勻穩定的條件下設計 的，并未考慮大氣邊界層的風力梯度對效率的影響。而實際工作的風力機 大都工作在200米以內的大氣邊層內，由于地面粘度和地形粗糙度的作用， 使得靠近地面的大氣邊界層處存在較大的風力梯度，該梯度作用于葉片上 將產生葉片的轉矩變化和俯仰力矩，從而導致輸出功率的減少。因而迫切 需要一種能夠保證在大氣邊界層內輸出功率不發生損失甚至提升的風力 機。

馬格努斯型風力機的葉片是基于馬格努斯效應的風能葉片，可視為自 轉的圓筒葉片。當旋轉圓筒受到橫向流動的風作用時會受到垂直于流動方 向的升力，即所謂的馬格努斯力。馬格努斯型風力機的葉片與傳統葉片相 比，在相同的葉片表面積下，馬格努斯葉片的升力是傳統翼型葉片升力的 十倍以上，因此在發電效率上具有明顯的優勢。現有的馬格努斯型風力機 葉片為等徑設計的直圓筒型，在大氣邊界層剪切風作用下效率降低，而且 其材料強度要求高，不適應風力機大型化發展。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種新型風 力葉片及風力機，其目的在于提高葉片工作效率和風力機的輸出功率，由 此解決發電效率低的技術問題。

為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種階梯馬格 努斯型風力葉片，其特征在于，所述葉片為階梯圓柱形，分為若干圓柱段， 各段圓柱直徑，從葉片根部到葉片末端逐段變小；

所述圓柱段包括圓形內齒輪，其內腔均設有行星齒輪系統(4)，所述 行星齒輪系統(4)內腔居中設有太陽齒輪，各段太陽齒輪共軸；各太陽齒 輪與齒圈通過三個及以上行星齒輪嚙合，用于將齒圈轉動傳給太陽齒輪， 并實現各圓柱段的差速轉動。

基于上述葉片，本實用新型提出一種馬格努斯型風力機，包括塔架(5)、 發電裝置(1)和三個及以上所述的葉片，其特征在于：

所述葉片通過根部圓柱段與輪轂固定連接，相對于輪轂中心呈圓對稱 分布；所述輪轂內部設有電動機，用于驅動葉片根部圓柱段的圓形內齒輪 自轉，用于驅動其它圓柱段的轉動；

工作中，在風力的帶動下，各葉片旋轉，帶動輪轂旋轉，將風能轉化 為機械能，送入發電裝置。

進一步的，所述的馬格努斯型風力機中，在電動機(7)與根部圓柱段 之間，設有斜齒輪(8)，用于實現電動機與圓柱段圓形內齒輪之間的動力 傳送。

進一步的，所述的馬格努斯型風力機中，包括五個等圓角度分布的葉 片。

進一步的，所述的馬格努斯型風力機中，各圓柱段內行星齒輪系統中， 齒圈和太陽輪、行星輪的齒數比根據實際工況設計。

本實用新型是基于馬格努斯效應而設計，本實用新型提出的葉片，帶 有一定速度自轉。考慮到大氣邊界層存在風力梯度和結構強度的影響，將 每個葉片設計成若干段需要的圓柱形葉片段，通過行星輪系統使不同的葉 片段間以不同的速度自轉，調節不同圓柱形葉片段的轉速可以使整個葉片 在旋轉過程中都能以最優速度自轉，有效地降低葉片損失效率，提高機組 的輸出功率。

馬格努斯型風力機的工作原理：空氣以一定的風速流經階梯狀的自轉 圓柱形葉片，產生馬格努斯升力，推動葉片轉動，在氣流作用下產生力矩 驅動風輪轉動，通過一系列的傳動裝置將機械能送入發電裝置，供于發電。

馬格努斯型風力機的工作特點：馬格努斯型風力機可以在任意風速工 況下進行啟動，結構簡單，維修方便，發電效率高。而且此風力機易于制 造加工，重心較低，安全性好，運行成本低，維護容易，無噪音污染等明 顯特點。馬格努斯型風力機可以應用于水平軸和垂直軸上，可以在風力發 電機、高吸程水泵、空氣壓縮機等設備進行儲能使用。