[發明專利]旋帆式風力機

在審

• 申請號: 201710446505.4
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107313895A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 王茂友
• 申請（專利權）人: 王茂友;王樂;朱坤玲
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/02;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬風電技術領域和直接使用風能的領域。

背景技術

目前國內外風電技術領域均采用槳葉式風力機，槳葉的空氣動力學證實，槳葉捕獲風能的效果是很有限的，理想狀態下可能捕獲最大59％(理論值)的風能，實際應用中僅能達到40～50％，這就是槳葉風電技術難于開發大功率設備的主要原因。

利用風帆獲取風能的做法歷史悠久，盡管現代化的艦船已取代了古老的帆船，但是風帆捕獲風能的獨特效能確是槳葉無法相比的，由風帆的空氣動力學知道，當風作用于風帆時，帆的迎風面受到很大的推力，當風高速流過風帆時，其背風面的壓力會減小而產生吸力，其吸力非常之大，可比迎風面被風推的力量大一倍，相當于獲得三倍的推力，風帆如此高效捕獲風能的特點，正是我們夢寐以求的可利用風能資源。

本發明的主要任務就是，將風帆在風力作用下產生的直線運動，轉變成持續不斷的旋轉運動，設計出大功率、高效能的旋帆式風力機。

發明內容

1.旋帆技術

發明了旋帆技術，將帆葉固定在回轉主體上，帆的迎風面正對于風向，當受到風力時就會推動回轉主體旋轉，為了使帆葉迎風或避風，帆葉可繞帆軸上旋或下旋，以調節帆葉的迎風角度。

用途：將風帆受風力產生的直線運動轉變成回轉主體的旋轉運動。

帆葉結構：為旗形設計(如附圖)，帆軸與帆葉固定連接，為有效捕獲風能，帆葉設計成圓弧曲面。

2.旋帆式風力機的工作原理

假想過風力機的軸線，相對于風向畫一條直線作為分界線，將風力機旋轉時帆葉遠端的形成圓，分為前、后、左、右四個區域。

設定分界線前后兩側附近為A過渡區和B過渡區，進入A過渡區，帆葉的迎風面發生改變，由背面迎風變為正面迎風，帆葉繞帆軸順勢下旋，由水平狀態逐漸過渡轉換成垂直狀態。進入B過渡區，帆葉的迎風面又發生改變，由正面迎風變為背面迎風，帆葉繞帆軸順勢上旋，由垂直狀態逐漸過渡轉換成水平狀態。

設定左區域為帆葉的避風區，旋轉進入該區域的帆葉已調節并保持水平狀態，這樣帆葉迎風面積最小，受到的風力也最少。

設定右面區域為帆葉的迎風區，旋轉進入該區域的帆葉已調節并保持垂直狀態，這樣帆葉迎風面積最大，受到的風力也最大。

由于在迎風區和避風區帆葉受到的風力嚴重失衡，就能形成較為理想的旋轉力矩，帆葉自然會推動回轉主體持續的朝一個方向轉動。

3.關鍵技術

實現原理有兩個關鍵環節，即，帆葉由水平態轉換成垂直態，再由垂直態轉換成水平態，帆葉每繞軸線轉180°時就要完成一次姿態變換。關鍵技術，就是帆葉調姿時利用風力、帆葉重力、以及風力機旋轉時對帆葉所產生的慣性力、離心力的綜合作用，經帆葉姿態調節器調節定位實現。

4.重要技術說明

帆葉姿態調節器是旋帆式風力機的重要器件，作為一項專有技術在本說明書中只介紹其功能，不介紹結構和原理。

帆葉姿態調節器具有三個功能，其一，完成帆葉正常運行過程的姿態轉換調節。其二，當風速過快，超出正常值時，可適時調節帆葉迎風面的角度，減小風壓確保風力機安全運行。其三，在出現超級大風時，將所有帆葉調節至水平狀態，將迎風面減至最小，以安全避風。

5.本發明帶來的有益效果

①旋帆式風力機為垂直軸設計，工作時不受風向變化影響，與現行水平軸風力機相比設計更簡單、安全可靠。

②由于帆葉將風能轉化為機械能的效率非常高，在帆葉結構和材料滿足性能的條件下，其迎風面積盡可做大，隨著帆葉數量的增加，風能的轉化規模將有非常大的發展空間，所以，將為今后設計制造特大功率風力機提供技術支持，有望對我國乃至世界風電事業產生重要影響。

6.實驗驗證

按上述原理制造的小型實驗機已完成實驗驗證，證實旋帆式風力機的工作原理科學合理，風力機旋轉平穩，帆葉姿態調節順暢。

附圖說明

附圖-旋帆式風力機的工作原理圖

部件編號：

帆葉--(1、2、6、8) 回轉主體--3 帆葉軸--4 帆葉姿態調節器--5 基座--7

風力機相對于風向分為前、后、左、右四個區域，即：A過渡區、B過渡區、避風區和迎風區。

帆葉在各區域的狀態說明

帆葉1旋轉至B過渡區時，帆葉的迎風面發生改變，由正面迎風變為背面迎風，在風力、慣性力和離心力的作用下，按箭頭所示，逐漸上旋至水平狀態。

帆葉2旋轉進入避風區保持水平狀態，此狀態迎風面積最小可接受最少的風能。