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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 為了克服現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的捕風(fēng)器在逆風(fēng)方向有較大的投影面積，旋轉(zhuǎn)重心不固定等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高效的垂直軸發(fā)電裝置，其捕風(fēng)構(gòu)件模仿自然界中魚(yú)類的外形，捕風(fēng)構(gòu)件正面迎風(fēng)時(shí)受到的旋轉(zhuǎn)阻最小，在其他方向都會(huì)受到一定的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)力，以達(dá)到最高效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 本發(fā)明在垂直軸上端固定多個(gè)水平連接桿，每個(gè)連接桿連接一個(gè)捕風(fēng)構(gòu)件。捕風(fēng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)為：在弧形導(dǎo)風(fēng)板上、下端分別固定帶有一定弧度的紡錘形捕風(fēng)片，弧形導(dǎo)風(fēng)板前端設(shè)有一“V”形捕風(fēng)片，“V”形捕風(fēng)片與上下紡錘形捕風(fēng)片連接，連接處無(wú)縫隙，這樣當(dāng)不同方向的風(fēng)吹向?qū)эL(fēng)板時(shí)，氣流沿導(dǎo)風(fēng)板到達(dá)“V”形捕風(fēng)片和上下捕風(fēng)片，產(chǎn)生推力，推動(dòng)捕風(fēng)構(gòu)件前進(jìn)，并通過(guò)水平連接桿帶動(dòng)垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)；整個(gè)捕風(fēng)構(gòu)件與魚(yú)的體形相似兩頭尖而中間凸呈紡錘形，這樣使得捕風(fēng)構(gòu)件在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受到的旋轉(zhuǎn)阻力最小，提高了葉輪的效率。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 風(fēng)能是空氣的動(dòng)能，它是自然界存在的取之不盡的能源之一，對(duì)于能源日益枯竭的今天，人類必須找到一種合理有效利用風(fēng)能源的方法，而現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備大都存在效率低，噪聲大等卻點(diǎn)，因此十分有必要設(shè)計(jì)一種高效，低噪聲的風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明根據(jù)形態(tài)仿生設(shè)計(jì)學(xué)原理，模仿自然界中魚(yú)類的外形，設(shè)計(jì)一種高效的垂直軸發(fā)電裝置。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品不同于戴瑞斯（Darrieus）式工作原理,無(wú)需外加動(dòng)力，也不同于薩窩紐斯（Savonius）式工作原理，不依靠曲面構(gòu)成捕風(fēng)構(gòu)件，而以魚(yú)類外形為參考，在軸上固定多組流線型捕風(fēng)構(gòu)件，捕風(fēng)構(gòu)件內(nèi)部為魚(yú)骨型結(jié)構(gòu)，以達(dá)到迎風(fēng)面阻力小，逆風(fēng)面捕風(fēng)面積大的效果，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利權(quán)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片、錄像、圖紙
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品提供一種高效的垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，該裝置安裝簡(jiǎn)單，只需固定垂直軸，并將立桿與發(fā)電機(jī)連接即可工作。該作品的高效性為有效利用風(fēng)力資源開(kāi)創(chuàng)了新的途徑，隨著化石燃料資源減少，成本增加，風(fēng)力發(fā)電則具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，2030年以后水能資源將大部分開(kāi)發(fā)完，風(fēng)力發(fā)電的前景巨大。
同類課題研究水平概述
- 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量是345兆瓦，占世界風(fēng)力發(fā)電總量24000兆瓦的1.43%。中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量占全國(guó)電網(wǎng)總?cè)萘康?.07%.目前國(guó)內(nèi)只有少量非并網(wǎng)的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。中國(guó)是風(fēng)力能豐富的國(guó)家,可利用風(fēng)能約2.53億千瓦，平均風(fēng)能密度為100瓦/平方米.在世界上風(fēng)能工業(yè)年產(chǎn)值已達(dá)40億歐元, 發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)力發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電,達(dá)到4美分以下。 在國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電主要使用水平軸風(fēng)機(jī)，垂直軸風(fēng)機(jī)的研究還剛剛起步，2005年，國(guó)務(wù)院三峽辦聯(lián)合哈爾濱工程大學(xué)、中國(guó)機(jī)械科學(xué)院和哈爾濱電機(jī)集團(tuán)等十多家單位，研制成功了我國(guó)第一臺(tái)完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的50kW垂直軸風(fēng)電機(jī)組小型試驗(yàn)機(jī)，該樣機(jī)已在內(nèi)蒙古化德縣調(diào)試安裝完畢并實(shí)現(xiàn)成功并網(wǎng)。目前在我國(guó)，兆瓦級(jí)垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)還是空白，50kW試驗(yàn)機(jī)的研制和運(yùn)行，為進(jìn)一步研制兆瓦級(jí)垂直軸風(fēng)機(jī)在技術(shù)和實(shí)踐上奠定了基礎(chǔ)。 水平軸風(fēng)輪的起動(dòng)性能好已經(jīng)是個(gè)共識(shí)，但是根據(jù)中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心對(duì)小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)所做的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來(lái)看，起動(dòng)風(fēng)速一般在4~5米/秒之間，最大的居然達(dá)到了5.9米/秒，這樣的起動(dòng)性能顯然是不能令人滿意的。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時(shí)變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所受的就是一個(gè)交變載荷，這對(duì)于葉片的疲勞強(qiáng)度是非常不利的，水平軸的發(fā)電機(jī)都置于幾十米的高空，這給發(fā)電機(jī)的安裝和維護(hù)檢修帶來(lái)了很多的不便。水平軸風(fēng)輪的尖速比一般在5~7左右，在這樣的高速下葉片切割氣流將產(chǎn)生很大的氣動(dòng)噪音。水平軸風(fēng)機(jī)只有在迎風(fēng)面與風(fēng)向垂直時(shí)效率最高，這就要求風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)風(fēng)向基本恒定，限制了其使用范圍。 而垂直軸風(fēng)機(jī)可在不同風(fēng)向環(huán)境中保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)各個(gè)方向的風(fēng)能都可以利用。在受力方面垂直軸風(fēng)輪要比水平軸的好的多，由于慣性力與重力的方向始終不變，所受的是一恒定載荷，因此疲勞壽命要比水平軸的長(zhǎng)。同時(shí)，垂直軸的發(fā)電機(jī)可以放在風(fēng)輪的下部或是地面，便于安裝維護(hù)。垂直軸風(fēng)輪的尖速比則要比水平軸的小的多，一般在1.5~2之間，這樣的低轉(zhuǎn)速基本上不產(chǎn)生氣動(dòng)噪音，完全達(dá)到了靜音的效果。無(wú)噪音帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的，以前因?yàn)樵胍魡?wèn)題不能應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合（如城市公共設(shè)施、民宅等），現(xiàn)在可以應(yīng)用垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)解決。因此，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)比水平軸實(shí)用效率高，有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
