[发明专利]后掠扇叶式倾斜轴风力发电装置

说明书

后掠式扇叶技术，现有风力发电设备扇叶基本和转轴处于垂直状态。我的发明是把垂直扇叶改为后掠扇叶。坏处是同样扇叶长度，发电效率会略有降低。好处是利用后掠力矩能够自动寻风，减少额外对风设备，适用范围会大大增加。在山峰顶配置这套设备能有效降低塔筒柱体高度或配置更长扇叶长度。可变后掠角式扇叶技术，后掠角大小可以调节大小，搭配水平轴风力发电机，来应对不同风力等级匹配输出适当的风力来配合发电机发电。特别适合中小型风电设备。倾斜轴发电技术配合后掠式扇叶技术，降低甚至取消塔筒柱体高度，减少地基施工成本。这套体统结构简单，施工容易，维修简单，出错率低，可靠性高。特别适合大型巨型风电设备。可变轴倾角的倾斜轴技术，使主轴从水平轴，任意角度倾斜轴，垂直轴互相切换，调整迎风面，获取适当风力输入功率，匹配到发电机来发电。非常适合海上风力发电。

技术领域：

风力发电技术，功率调节技术，风力发电机组与地形匹配技术，工程学上更易施工安装，更易维护。

1.后掠式扇叶技术，现有风力发电设备扇叶基本和转轴处于垂直状态。我的发明是把垂直扇叶改为后掠扇叶。坏处是同样扇叶长度，发电效率会略有降低。好处是利用后掠力矩能够自动寻风，减少额外对风设备，适用范围会大大增加。在山峰顶配置这套设备能有效降低塔筒柱体高度或配置更长扇叶长度。

2.可变后掠角的后掠扇叶技术，后掠角大小可以调节大小，搭配水平轴风力发电机，来应对不同风力等级匹配输出适当的风力来配合发电机发电。更适合中小型风力发电机组过载保护。

3.倾斜轴发电技术，降低甚至取消塔筒柱体高度，减少地基施工成本。这套体统结构简单，施工容易，维修简单，出错率低，可靠性高。适合大型和巨型风力发电机组。

4.可变轴倾角的倾斜轴技术，使主轴从水平轴，任意角度倾斜轴，垂直轴互相切换，调整迎风面，获取适当风力输入功率，匹配到发电机来发电。非常适合海上风力发电。

后掠扇叶与轴垂面垂影的夹角叫做扇叶后掠角；倾斜轴与地平面上垂影之间的夹角我们称之为轴倾角，水平轴风力发电机的轴倾角为0度，垂直轴风力发电机的轴倾角为90度。倾斜轴与地面垂直轴的夹角定义为轴垂夹角，水平轴风力发电机的轴垂夹角为90度，垂直轴风力发电机的轴垂夹角为0度。轴倾斜角和轴垂夹角互切。可变倾斜轴技术，由于风是平行于地面方向吹的，调节轴倾角角度，扇叶迎风面也会发生变化，用这种方法也能控制风力输入功率，适合大型和巨型风力发电机组。扇叶倾斜状态下扫过风截面和扇叶垂直风向时扫过的最大风截面的比值称为扫风效率。

背景资料：

1.现有的风力发电技术，要么是水平轴要么是垂直轴。目前现有风力发电设备扇叶基本和转轴处于垂直状态，和风向处于垂直状态，以达到最佳拦风发电状态。但是这需要庞大的立柱支撑和庞大的辅助施工设备。先期施工和后期维护均不是很方便。

2.现有功率调节技术简介：功率调节是风力发电机组的关键技术之一。风力发电机组在超过额定风速(12～16m/s)以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出仍保持在额定值附近。这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机收到的冲击，从而保证风力机安全不受损害。功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距角调节和混合调节三种方式。

发明内容：

1.后掠式扇叶技术

图1后掠式扇叶风力发电机示意图；101支撑柱、102发电机水平轴、103垂直于轴方向的传统叶片位置、104后掠式叶片位置、105后掠角。我们常见的扇叶和设备主轴处于垂直状态，我这个发明是要扇叶和主轴不再垂直，而是增加一定的后掠角度。后掠式扇叶与垂直式扇叶相比，坏处是同样扇叶长度，发电效率会略有降低。好处是a.利用后掠力矩能够自动寻风，减少额外对风设备。b.对立柱要求大大降低，降低柱体成本和地基施工成本。c.在山峰顶配置这套设备能有效降低立柱高度或增加扇叶长度。

表1 不同扇叶后掠角度或轴倾角时扇叶扫风面积与发电效率关系表