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    重庆时时彩代理: 一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合.pdf

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    一种 结构 及其 风力发电机 组合
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410446042.8

    申请日:

    2014.08.27

    公开号:

    CN104712495A

    公开日:

    2015.06.17

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):F03D 1/06申请日:20140827|||公开
    IPC分类号: F03D1/06; F03D1/02; F03D9/00 主分类号: F03D1/06
    申请人: 刘荣甫
    发明人: 刘荣甫
    地址: 255000河北省沧州市运河区黄河西路沧化宿舍13号楼5单-502
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410446042.8

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2015.07.15|||2015.06.17

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合,在发电机的前面装有一个小型的三片式风叶,可调节重量平衡与能量叠加,在发电机的后面装有多个大面积的弹性叶片,所以能够在较小风力时发电,弹性叶片是由拉筋、叶片膜和骨架结合而成的三角形稳定组合体,拉筋与水平轴固定;经向骨架与纬向弹性骨架交叉固定,又另外组成为一个新的三角形稳定整体,起到减轻材料重量和降低成本的作用,使得风叶总成本只有三叶式风叶1/4~1/6左右,弹性骨架能够随着风力的大小自动调节迎风的角度,不仅能够抵抗暴风,而且在强风时仍然可以发电。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合,包括塔架、发电机、可转动立轴、水平支架,水平轴、机前三片式风叶、弹性风叶等组成整体发电机;其特征在于弹性风叶是由多个叶片组成。 

    2.  根据权利要求1所述的三片式风叶,其特征是安装在发电机的前面。 

    3.  根据权利要求1所述的弹性叶片是由叶片膜、经向骨架、纬向弹性骨架和拉筋组成,其特征在于经向骨架、纬向弹性骨架交叉固定组成为一个稳定的整体,从而减少旋转受力的力矩,弹性叶片安装在发电机的后面。 

    4.  根据权利要求1所述的所述的弹性风叶整体与水平轴固定在一起,水平轴与发电机连接,同时被轴承座固定在水平支架上面。 

    5.  根据权利要求3所述的经向骨架固定在轴环上,轴环与水平轴固定为一体,经向骨架可以是弹性材料也可以是刚性材料,或者其根部为刚性端部为弹性的组合体。 

    6.  根据权利要求3所述的拉筋可以是柔性材料,也可以是刚性材料,每个叶片都有数量一定的拉筋,每个拉筋的一端固定在水平轴上,另一端与径向骨架固定,同时组成相互牵拉的三角形体系,该三角形的平面与水平轴平行 。

    7.  根据权利要求1所述的叶片与风向的夹角自动调整。 

    8.  根据权利要求3所述的纬向弹性骨架固定在与之相邻的2根经向骨架之间,组成了新的与水平轴垂直的互相稳定的三角形骨架结构。 

    说明书

    说明书一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合
    技术领域
    本发明涉及风力发电技术领域,即一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合。
    背景技术
    随着燃料能源的消耗与枯竭,风力发电机具有清洁、无污染等特点快速发展。风能是再生能源,然而成本则是风电发展的瓶颈。现有的风力发电机多为水平轴三叶式的风力发电机,这种风力发电机成熟可靠、转动速度快、成本相对低,所以被全世界普遍采用。目前水平轴风力发电机的叶片都做得很长,其目的为了提高发电机的输出功率,大功率的风机叶片的直径已经超过70米,塔体总体高度也随之超过百米,使得功率可以达到或超过MW的级别。但是这种结构设计并不完美,受运转状态、抗力矩方法和自身重量的约束等等,三片式风叶发电机存在的问题多,主要表现为叶片接受到的风能面积小、易折断和成本高等问题,表现如下:
    (1)截获到的风能面积太小,这是因为三片式风叶的面积本身就小,当然接收到的风能面积也就??;大家都知道风能与空气的质量和风速的平方成正比,用公式表示为E=1/2mv2,这里m是空气的质量(kg),v是风速(m/s),E为总风能;吹过风叶的空气质量m=空气密度×面积×风速,在海平面高度和15℃时干空气密度为1.225千克/立方米,综合为风力发电机获得的最大能量=1/2空气密度×面积×风速3(单位为瓦特),所以风叶获得的功率与风叶的面积成正比,只有加大风叶的面积才能够获得更大的风能。
    (2)由于叶片过长,容易造成变形破坏和易被折断的现象发生,这是因为风叶的长度越长,根部与端部的速度差就越大,其根部受到风力作用的弯曲力矩也越大,端部的颤抖作用也越严重;为了克服这些问题,人们需要增加材料的强度,这又使得重量加大;理论计算得出,风叶的长度每增加一倍,则风叶的重量和投资要增加7-8倍,而发电量却仅增加3-4倍左右(由实际宽度决定),这如同树木那样,如果树木高了一倍,则树的直径也会增加一倍左右,不然就抵抗不了大风,树木的截面积就增加约4倍,那么整个树干的重量约增加7-8倍。
    (3)叶片加长以后,塔架的高度必然随之增加,塔架所受到的力矩也增大,使得总体成本再次增加,另外过高的塔架和过长的叶片都不利于安装和运输。
    (4)叶片任何部位都存在着扭矩力,这是因为叶片与风向有一定的角度所致,越靠近根部其扭矩力越大,扭矩的存在对材料强度的要求再次提高。
    (5)刚性材料对于抵抗叶片的颤抖以及风暴的突然变化很差,实践证明相同的功率,弹性结构叶片的成本只有刚性结构叶片的1/2左右,但是弹性叶片存在着一系列难以解决的问题,例如叶片与塔架的碰撞问题,合理的结构设计与创新是解决弹性叶片问题的关键。
    综上所述,水平轴发电技术成熟,成本相对低廉,但风叶容易折断、三叶式风叶接收到的风能面积小、风轮漏风量大等缺点,使得投资大、成本高,生产、安装与运输都困难;另外在风速增至12-13m/s时开始弃风,一般到25m/s左右则风机将?;?,然而这却是风能最大的时候,使得发电率和平均小时利用率都大幅度降低。
    发明内容
    本发明的目的是提供一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合,克服现有技术中的不足,提高风能的利用率,降低成本。
    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括塔架、发电机、可转动立轴、水平支架,水平轴、机前三片式风叶、弹性风叶等组成整体发电机。其特征在于弹性风叶是由多个叶片组成,目的是增加风能的做功面积,相同的面积可以使叶片的长度缩短。
    所述的机前三片式风叶安装在发电机的前面,其体积较小,起着重量平衡与能量叠加的作用,还能够自动迎风的,当然如果不设机前三片式风叶同样可以达到降低成本的目的。
    所述的弹性叶片是由叶片膜、经向骨架、纬向弹性骨架和拉筋组成,其特征在于经向骨架、纬向弹性骨架交叉固定组成为一个稳定的整体,从而减少旋转受力的力矩,弹性叶片安装在发电机的后面。
    所述的弹性风叶整体与水平轴固定在一起,水平轴与发电机连接,同时被轴承座固定在水平支架上面。
    所述的经向骨架固定在轴环上,轴环与水平轴固定为一体,经向骨架可以是弹性材料也可以是刚性材料,或者其根部为刚性端部为弹性的组合体。
    所述的拉筋可以是柔性材料,也可以是刚性材料,每个叶片都有数量一定的拉筋,每个拉筋的一端固定在水平轴上,另一端与径向骨架固定,同时组成相互牵拉的三角形体系,该三角形的平面与水平轴平行,以增加抗风暴的能力;能够抗风暴的原因其一是稳定的三角形结构能够提高强度;其二是弹性骨架本身就具有抗风暴的能力,根据美国专家计算得出,在相同面积时,弹性叶片的成本只有刚性的1/2,因为弹性的稍微变形就可以化解暴风的弯折力和冲击力,起到减轻材料重量和降低成本的作用。
    所述的三角形结构能够消除了叶片扭矩破坏力的原因是:改变了受力状态,把对风叶的整体扭矩分解若干个小的拉力和压力,同时压力全部被拉力抵消,这样就成为了单纯较小的拉力,这种拉力又被拉筋得以?;?,所以大幅度降低了成本;同时叶片可以做的比较宽,以提高所接受到的风能面积,达到在较小风力状况时发电的目的;在相同风叶面积的情况下,风叶的长度缩短一倍,成本可以减少40%-50%,再次降低了成本。
    所述的叶片与风向的夹角自动调整,就像枝条那样会根据风力的大小自动调整与风向的角度,直到到合适的角度为止,进一步减小风力的破坏作用。 当风力增大时,骨架以及叶片的结合体,在风力作用下使得与风向的角度变小,接收风能的面积也相对减小,这样就不易被大风折断,发电机的塔架也减小了风力作用,不仅大幅度节省了材料成本,而且在暴风时仍然能够发电。
    所述的纬向弹性骨架固定在与之相邻的2根经向骨架之间,组成了新的与水平轴垂直的互相稳定的三角形骨架结构。
    综上所述,在发电机的前面装有一个小型的三片式风叶,可调节重量平衡与能量叠加,在发电机的后面装有多个大面积的弹性叶片,所以能够在较小风力时发电,弹性叶片是由拉筋、叶片膜和骨架结合而成的三角形稳定组合体,拉筋与水平轴固定;经向骨架与纬向弹性骨架交叉固定,又另外组成为一个新的三角形稳定整体,起到减轻材料重量和降低成本的作用,使得风叶总成本只有三叶式风叶1/4~1/6左右,弹性骨架能够随着风力的大小自动调节迎风的角度,不仅能够抵抗暴风,而且在强风时仍然可以发电。强度的提高有望制成大于5MW的世界最大的风力发电机。
    附图说明
    下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
    图1是本发明一种互稳结构的风叶及其风力发电机组合的正面结构图。
    图2是本发明的单片风叶平面结构。
    图3是图1的A-A剖面;反映了本发明的弹性风叶整体平面结构。
    图4是本发明的弹性风叶整体侧面结构。
    图中1.塔架,2.可转动立轴,3.水平支架,4.机前三片式风叶,5.发电机,6.水平轴,7.轴承座,8.叶片拉筋,9.经向叶片骨架,10-1是外层纬向叶片骨架,10-2是内层纬向叶片骨架,11.叶片膜,12.轴环。
    具体实施方式
    在图1中,发电机(5)与可转动立轴(2)以及轴环(12)固定为一体,在发电机的前面装有一个小型的机前三片式风叶(4);在发电机的后面装有大面积的弹性叶片,这种叶片与风叶拉筋(8)、经向叶片骨架(9)和纬向叶片骨架(10)组成完整的风叶。
    运行时,在风力的作用下与风向呈一定角度的大面积叶片(8)受风力的作用会带动水平轴(5)转动而做功,达到发电的目的;当风向与风叶不一致时,大面积风叶在风力的作用下会向下风方向移动调整,在风力杠杆作用下迫使可转动立轴(2)转动,弹性风叶到合适的下风位置停留。
    由于风叶的成本低,所以风叶的面积可以增大,在微风时更能够容易发电。
    当风力增大时,经向叶片骨架(9)和纬向叶片骨架(10)以及叶片(11)的结合体在风力作用下迫使与风向的角度变小,接收风能的面积也相对减小了,当然风力对塔架以及风叶的破坏作用就减弱,可以在暴风时继续发电。

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