[实用新型]全反差笼式立轴风力发电原动装置

说明书

一种全反差笼式立轴风力发电原动装置，属于风力发动机技术领域，用于风力发电机的原动力。

随着矿物燃料贮存量的不断减少，世界性能源危机的出现，近年来世界各国对太阳能和风能的开发利用越来越重视，特别是对风力发电更加关注，如美国加州，仅一个州就已安装风能发电机组二万余台。目前风力发电机的种类很多，但按其结构来分，大致可分为两大类：一类为水平轴风力发电机，另一类为立轴风力发电机。前者是以各种不同形式的螺旋浆叶作为原动力装置，用挡风尾叶进行气流导向，它的叶面受风力作用产生的转矩小，效率低，且运行时因导向滞后于风向的变化，加上风叶、立杆受风力作用产生弯矩，因而整机振动，磨损和噪音都很大，一般每使用一、二年就需大修；后者按其受力方式又可分为两种：一种是升力式，另一种是差力式。升力式效率较高，但启动转矩小，二、三级风时无法启动；差力式启动转矩较大，但效率较低。为了充分开发利用丰富的风力资源，必须设计新的风力发电原动装置。

本实用新型的目的在于提供一种结构比较简单，易于保养维修，使用寿命长，既保留立轴风机的全部优点，又具有较大启动转矩和更高效率，风对转子基本上只产生推力而不产生阻力的全反差笼式立轴风力发电原动装置。

根据风对转子能形成全反差状态的基本要求，和空气动力学基本原理，针对已有技术中存在的主要问题，本实用新型的基本构思是：气流导向采用固定全方位式，即不管风从哪个方向吹来，也不管如何改变方向，都能使转子产生最大的推力差，即实现“全反差”，这部份主要靠导向板的形状、块数和偏转角度来实现；直接带动发电机的转子由和上述导向板块数相对应的以一定方向偏离直径且远离轴心的风叶组成，并在风叶形状上采用新设计；制动方式采取球式离心制动或附加另一发电机制动，从而实现设计目的。

本实用新型的特征在于所述的全反差笼式立轴风力发电原动装置由气流导向板、挡风板、转子风叶、法兰盘、制动部件和供安装上述各部件及与之配套的发电机用的支架构成，上述的气流导向板由以等量同向偏转角度且对称排列固定安装在转子外圆上的6～12块导向板组成，其作用是不管风从哪个方向吹来，也不管如何改变方向，都能使直接带动发电机发电的转子产生最大的推力差，即实现全反差；上述的挡风板由装于上述的每两块气流导向板之间上下两端各一块非等边空间四边形薄板组成，位于同一端的各挡风板相互连接成一多边形，起兜风作用，以增大对转子的推力；上述的转子风叶由装于转子外圆内的转轴上且远离轴心并以一前置角偏离直径，以轴心为中心对称排列的6～12个旋转变异翼形风叶组成，这样既有较大的转矩，又有良好的空气动力学特性，使之在顺风时对不同级别的风速均能产生较大的推力，而在逆风方向产生最小的“负压”；上述的制动部件为小球离心式制动件或附加另一台发电机，前者是利用当风机达到一定转速时，小球离心张开；合上离合器产生制动作用，后者是当风力大到一定程度时由离心式接触器再带动另一台发电机工作，既可增加输出功率又达减速之目的；上述的法兰盘共两个，分别位于上述的转子风叶转轴的两端和安装风叶用的扁钢管或角钢固定连接。上述的气流导向板对称排列安装的偏转角以70°～80°为最佳，因为太大了气流行进方向改变太大，流速会降低，流量减少，太小了会产生漏风，降低推力差。上述的转子风叶每叶均为其尾端斜向切除掉一部份的旋转机翼流线形。风叶偏离直径的前置角以40°～50°为最佳。上述各部件和与之相配套的发电机（数百瓦的小型发电机可用永磁式，一般的可采用市售柴油发电机）安装在上述支架上以后，小型的可用皮带轮传动，一般的可使用变速箱变速传动。

本实用新型的突出优点是：除保留了立轴风力发电机的不振动，噪音小，易维修，使用寿命长等优点以外，又由于本实用新型的气流导向板能产生全反差作用，故使风力发电的效率与同类S型或D型机相比可提高30～50％（若只按风叶直径和高度计算，效率可提高200％以上），由于转子风叶的形状，数量和安装方式科学合理，即既有较大的转矩，又有良好的空气动力学特性，故使该装置在顺风时对不同级别的风速均能产生较大的推力，而在逆风方向产生最小的负压，这样使用本装置利用风力发电就不受地区和风力大小的限制，另外本装置可与多种发电机配套使用，应用范围广。本实用新型推广后将使我国特别是沿海风力资源丰富的地区居民生活用电风力化，从而实现投资少，不需设电线杆，节省能源和电线电缆及变电设备，居民可不交或少交电费之理想。