基本信息
- 項目名稱：
- 垂直軸風力發(fā)電裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為了克服現(xiàn)有垂直軸風力發(fā)電機葉輪的捕風器在逆風方向有較大的投影面積，旋轉(zhuǎn)重心不固定等缺點，本發(fā)明提供一種高效的垂直軸發(fā)電裝置，其捕風構(gòu)件模仿自然界中魚類的外形，捕風構(gòu)件正面迎風時受到的旋轉(zhuǎn)阻最小，在其他方向都會受到一定的旋轉(zhuǎn)推動力，以達到最高效率。
- 詳細介紹：
- 本發(fā)明在垂直軸上端固定多個水平連接桿，每個連接桿連接一個捕風構(gòu)件。捕風構(gòu)件結(jié)構(gòu)為：在弧形導(dǎo)風板上、下端分別固定帶有一定弧度的紡錘形捕風片，弧形導(dǎo)風板前端設(shè)有一“V”形捕風片，“V”形捕風片與上下紡錘形捕風片連接，連接處無縫隙，這樣當不同方向的風吹向?qū)эL板時，氣流沿導(dǎo)風板到達“V”形捕風片和上下捕風片，產(chǎn)生推力，推動捕風構(gòu)件前進，并通過水平連接桿帶動垂直軸轉(zhuǎn)動；整個捕風構(gòu)件與魚的體形相似兩頭尖而中間凸呈紡錘形，這樣使得捕風構(gòu)件在旋轉(zhuǎn)過程中受到的旋轉(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、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 風能是空氣的動能，它是自然界存在的取之不盡的能源之一，對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能源的方法，而現(xiàn)有風力發(fā)電設(shè)備大都存在效率低，噪聲大等卻點，因此十分有必要設(shè)計一種高效，低噪聲的風力發(fā)電裝置。本發(fā)明根據(jù)形態(tài)仿生設(shè)計學(xué)原理，模仿自然界中魚類的外形，設(shè)計一種高效的垂直軸發(fā)電裝置。
科學(xué)性、先進性
- 本作品不同于戴瑞斯（Darrieus）式工作原理,無需外加動力，也不同于薩窩紐斯（Savonius）式工作原理，不依靠曲面構(gòu)成捕風構(gòu)件，而以魚類外形為參考，在軸上固定多組流線型捕風構(gòu)件，捕風構(gòu)件內(nèi)部為魚骨型結(jié)構(gòu)，以達到迎風面阻力小，逆風面捕風面積大的效果，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
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
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品提供一種高效的垂直軸風力發(fā)電裝置，該裝置安裝簡單，只需固定垂直軸，并將立桿與發(fā)電機連接即可工作。該作品的高效性為有效利用風力資源開創(chuàng)了新的途徑，隨著化石燃料資源減少，成本增加，風力發(fā)電則具備較強的市場競爭能力，2030年以后水能資源將大部分開發(fā)完，風力發(fā)電的前景巨大。
同類課題研究水平概述
- 中國風力發(fā)電裝機容量是345兆瓦，占世界風力發(fā)電總量24000兆瓦的1.43%。中國風電場總裝機容量占全國電網(wǎng)總?cè)萘康?.07%.目前國內(nèi)只有少量非并網(wǎng)的中小型風力發(fā)電機。中國是風力能豐富的國家,可利用風能約2.53億千瓦，平均風能密度為100瓦/平方米.在世界上風能工業(yè)年產(chǎn)值已達40億歐元, 發(fā)達國家風力發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電,達到4美分以下。 在國內(nèi)風力發(fā)電主要使用水平軸風機，垂直軸風機的研究還剛剛起步，2005年，國務(wù)院三峽辦聯(lián)合哈爾濱工程大學(xué)、中國機械科學(xué)院和哈爾濱電機集團等十多家單位，研制成功了我國第一臺完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的50kW垂直軸風電機組小型試驗機，該樣機已在內(nèi)蒙古化德縣調(diào)試安裝完畢并實現(xiàn)成功并網(wǎng)。目前在我國，兆瓦級垂直軸風電機組技術(shù)還是空白，50kW試驗機的研制和運行，為進一步研制兆瓦級垂直軸風機在技術(shù)和實踐上奠定了基礎(chǔ)。 水平軸風輪的起動性能好已經(jīng)是個共識，但是根據(jù)中國空氣動力研究與發(fā)展中心對小型水平軸風力發(fā)電機所做的風洞實驗來看，起動風速一般在4~5米/秒之間，最大的居然達到了5.9米/秒，這樣的起動性能顯然是不能令人滿意的。水平軸風力發(fā)電機的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所受的就是一個交變載荷，這對于葉片的疲勞強度是非常不利的，水平軸的發(fā)電機都置于幾十米的高空，這給發(fā)電機的安裝和維護檢修帶來了很多的不便。水平軸風輪的尖速比一般在5~7左右，在這樣的高速下葉片切割氣流將產(chǎn)生很大的氣動噪音。水平軸風機只有在迎風面與風向垂直時效率最高，這就要求風機安裝地點風向基本恒定，限制了其使用范圍。 而垂直軸風機可在不同風向環(huán)境中保持一個方向轉(zhuǎn)動，對各個方向的風能都可以利用。在受力方面垂直軸風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。同時，垂直軸的發(fā)電機可以放在風輪的下部或是地面，便于安裝維護。垂直軸風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)生氣動噪音，完全達到了靜音的效果。無噪音帶來的好處是顯而易見的，以前因為噪音問題不能應(yīng)用風力發(fā)電機的場合（如城市公共設(shè)施、民宅等），現(xiàn)在可以應(yīng)用垂直軸風力發(fā)電機來解決。因此，垂直軸風力發(fā)電機比水平軸實用效率高，有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
