[发明专利]一种水平轴和垂直轴通用的风力发电机装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是风力发电机，具体为一种水平轴和垂直轴通用的风力发电机装置。

背景技术

风力发动机目前分为垂直轴和水平轴两种类型。在风力发电机中，可利用的风能是在切入风速到停机风速之间风速段的风能，这个范围内的风能就是有效风能，降低启动风速和切入风速，就能增加有效风能的利用量，在相同的风速下，提高输出功率，就能大大增加有效风能的利用率。目前水平轴风力发电机虽然在市场上占了95%市场份额，但由于其设计的缺陷，还存在有如下的问题。一是水平轴风力发电机的叶片由于每个截面的扭角，弦长以及尖速比都不同，其设计目前普遍采用的是动量—叶素理论，但是由于叶素理论忽略了各叶素之间的流动性干扰，同时在应用叶素理论设计叶片时都忽略了翼型的阻力，这种简化处理不可避免的造成了结果的不准确性，这种简化对叶片外形设计的影响较小，但是对风轮的风能利用率影响较大，而且风轮的迎风面不可能始终对着风，这就引起了“对风损失”，所以风能利用率只有30%左右；二是由于启动风速高使得所能利用的风速段变窄，降低了其发电效率；三是水平轴风轮的尖速比一般在5~7左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生很大的气动噪音，同时，很多鸟类在这样的高速叶片下也很难幸免。而垂直轴发电机风轮的叶片，虽然已经可以用CFD方法来设计，这种CFD技术完全能模拟在复杂外形下的复杂流动，这比叶素理论精确的多。但是气流的流动，会对像H型这样的垂直轴风轮的右侧和左侧叶片发生不平衡扭矩，这将会引起风轮发生比较大的晃动，会造成安全隐患。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种改进型的风力发电机装置，解决了以上风力发电机所存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种水平轴和垂直轴通用的风力发电机装置，包括与地面垂直或者平行的主轴，发电机装置、叶片，叶片为马鞍形曲线结构，叶片的两端直接与发电机的顶端等距离连接，而且主轴与地面平行，则成为类似纸风车式样的水平轴风力发电机，叶片的一端直接绕主轴等距离连接，另一端与之拉开直径间的一段距离直接绕发电机顶部等距离连接，而且主轴与地面垂直，则可以作为垂直轴发电机使用，叶片采用CFD方法设计，CFD技术完全能模拟在复杂外形下的复杂流动，这比叶素理论设计更为精确，叶片在旋转过程当中，叶片短的一侧，将把外侧发散出去的气流再次卷入到风轮内，这样可以减少风能的损失，则相当于增大了受风面积，提高了效率，叶片没有螺旋桨式叶片那样的尖端部，在风叶旋转切割气流时就不会形成尖端漩涡，不会产生气动噪音和振动，叶片没有连杆，旋转式所产生的气流的流动，不会像H型垂直轴风力发电机风轮的右侧和左侧叶片那样发生不平衡扭矩，不会引起风轮的晃动，提高了抗风能力，所述叶片的断面为机翼形、四方形、菱形、椭圆形、边缘弯曲成带钩形状、圆弧拱形，所述叶片组数为单数或者偶数倍，所述叶片是水平轴和垂直轴风力发电机通用的叶片。

附图说明

图1为本发明的正面图；图2为叶片侧面图。图中：符号1为叶片；符号2为风力发电机；符号3为主轴。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步描述，该实施例仅用于解释本发明，并不够成对本发明保护范围的限定。

参考图1所示：本发明涉及一种风力发电机，包括与地面垂直或者平行的主轴3，安装在主轴3上的发电装置2，三条马鞍形曲线结构的叶片1，所述三条叶片1不采用连杆，直接绕发电机2或者主轴3等距分布连接。

参考图2所示：本发明的叶片1为马鞍形曲线结构，叶片1的两端直接与发电机2的顶端等距离连接，而且主轴3与地面平行，则成为类似纸风车式样的水平轴风力发电机；叶片1的一端直接绕主轴等距离连接，另一端与之拉开直径间的一段距离直接绕发电机2顶部等距离连接，而且主轴3与地面垂直，则可以作为垂直轴发电机使用。

叶片1的马鞍形曲线结构，在旋转过程当中，叶片短的一侧，将把外侧发散出去的气流再次卷入到风轮内，这样可以减少风能的损失，则相当于增大了受风面积，提高了效率；由于叶片1没有螺旋桨式叶片那样的尖端部，在风叶旋转切割气流时就不会形成尖端漩涡，所以不会产生气动噪音和振动；叶片1可以用CFD方法来设计，比叶素理论精确的同时，也减少了设计所花费的时间，节约了时间成本；叶片1由于没有连杆，气流的流动，不会像H型垂直轴风力发电机风轮的右侧和左侧叶片那样发生不平衡扭矩，不会引起风轮的晃动，提高了抗风能力，减少了安全隐患的同时节约了生产成本。

经过理论的计算，本发明的风力发电机装置的叶片1的面积是同等功率发电机其螺旋桨叶片面积一半左右，由于没有连杆，其抗风性强，能低风速启动，无噪音,相比同类型风力发电机效率高出10~30%。由于叶片1水平轴和垂直轴通用，所以减少了风轮叶片生产线的投资成本，由于其旋转空间小、体积小发电效率高，这极大地提高了其在风电建筑一体化项目中的应用，达到节省电力资源的经济效益和减少二氧化碳排放的生态效益。