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  新型风能转化方式—径流双轮式风机           
新型风能转化方式—径流双轮式风机
作者:佚名 文章来源:不详 更新时间:2009-1-1 23:29:27

径流双轮式风机是一种应用径流双轮效应的新型风能转化装置。
  1、名称:一种主动利用风力的双轮式风轮。
  2、领域:风能转化装置。
  3、背景技术:影响立轴式风力机发展的关键在于其风轮技术。已有的立轴式风力机皆为孤立的单轮型。这种单轮型风轮的旋转方向相对于工作风向,其一侧是顺风的,另一侧是逆风的。其设计特点是被动地利用和接受风力,这种风轮属于少叶工作多叶空转,其回转复位耗能问题是其难以解决的难题,其风能的转换仅取决于风轮浆叶的流体力学形状。因此,它在风中所获得并输出的旋转力与复位需要消耗的动能之差值和比值都很小。限于单轮型风轮对浆叶形状的依赖,在出现了计算机辅助设计的时代,就已标志着这种单轮型立轴式风机发展的终结,也就是说单轮型立轴式风轮所要求的各种叶片浆叶可以实现穷尽化设计:既能够在叶轮顺风侧的叶片或浆叶可最大限度地捕捉风能推动风轮旋转,又可在回转复位时能很好地避风,消耗最小的动能,而这在技术上是相互影响相互制约和相互矛盾的,难以获得较大的动耗差值。受限于这种矛盾前提中所做的所有技术权衡和选择的合理性和正确性都是相对的,工作效率低,缺乏实用性,只在测风仪和相关教学中及小功率需要条件中使用。盲目追求单轮型立轴式风力利用技术,使问题复杂化,并无出路,也限制了立轴型风力机的发展;至今立轴型风机既不能做为水平轴风力机的辅助和补充而得到发展,更谈不上取而代之成为主流的产品。其应有的安全性、低成本、易制作等优点和特点也无从显现。
  4、本发明的目的是针对单轮型立轴式风轮存在的上述矛盾,依据立轴式风轮这种沿长轴布置浆叶直接利用风的冲力推动旋转工作的具体特点和工作条件,制作出一种可以减小叶轮回转复位时的能量消耗,增加其主动利用风力的能力,直接推动叶轮旋转做功的高效率大功率的新型双轮式风轮机。
  5、本发明的目的是通过设计一种同步而反向运转的一对风轮实现的。设立双风轮的结构为立轴式及这种延长轴布置浆叶直接利用风的冲力旋转工作如卧轴式风轮提供了宽阔的技术拓展空间:通过互相反转双轮的靠近安装,使双轮转至外侧的浆叶都顺风工作,同时捕捉风的推力和压力转为旋转力并相加;双轮转至内侧的浆叶合力克服逆风阻力完成回转复位;并依靠两轮内侧相对的同方向旋转,可以互相借助这种相对一致方向的扰动风压和气流互相推动带动;在两轮浆叶循环回转至逆风处时,又通过各自的叶轮将吹来的风流交替地分拨叠加于两轮的外侧,这就增加了两轮外侧风力。通过这种既积极减小风轮回转复位的功耗,又较主动利用风力的设计,就使同步运转的两轮输出的合力,可以远远大于独立的两个立轴或卧轴风轮输出的动力之和。
  增加独立风轮为双轮并立的组合风轮形式,用两风轮浆叶的互相插间的关系,使他们在同步而反向运转时,二轮的浆叶互相能交替地重合和互相跟进,互相遮挡,不仅减小了叶轮空转复位阻力和耗能,还巧妙利用回转复位的叶轮交替分拨风流与两侧工作浆叶上而增加了动力输出,这种通过变被动接受风力为主动利用风力,使立卧轴式风轮有了新的发展,其实现实用化大功率成为可能,使这类风轮的易制作调试,低制作成本低运行成本等明显特点,其重心下移,安全性好等优点都将得以体现发挥。
  6、并立风轮实施例:本双轮立轴风轮机主要由风向调准所需要的能携带双轮公转也支撑双轮同步自转的内部活动框架和外支撑固定的门型框架组成。在内活动框架上装有调对风向的机电控制系统或简易的调向翼,两个垂直轴风轮由抛物线形的浆叶围成,两风轮靠近安装浆叶互相插肩,旋转方向分为左右向;两轮旋转时浆叶的展开方向是迎风方向,收拢方向是去风尾部。两轮由等齿对轮式齿轮或电子机电同步控制机构实现同步且互相反向运转,将两轮外侧捕捉的风能转换为旋转动力并相加。其动能经变速器、离合器、连轴器输出到发电机或其他需要拖动的机械上。
  图一、二分别为三浆叶和四浆叶组成的并立双轮立轴风轮及相互配置安装的示意图。其中图一ABCD线框为风轮机内活动框架示意图,O、O’两点分别为其上下轴承的支撑点,用于与门型外支撑固定框架联接。
  浆叶从轴心到外缘是适应运转时沿浆叶半径延伸出去的各点不同的线速度制成相应的抛物线形状卷曲成型,但两轮的浆叶旋转方向相反。可选用轻薄材料,如铝塑板、塑料板、玻璃钢板、甚至使用帆用塑布、帆布,亦可用金属板等制成,通过动平衡检验调整,安装使用。
  叶轮和轮轴框架等的具体参数依具体的风况使用功率、风轮转速等要求灵活地设计出各种类型的机型。叶轮的延长高度可以从地面以上至技术可以达到的高度。超过一定高度的双轴及浆叶和支撑固定框架,可以采用多层多节的结构,细分精制,联轴安装和固定。
  因为并立立轴风轮的相互作用和对风力的主动性利用,工作时风轮外缘的线速度不仅可以接近风速,而且可以超过风速,与水平轴飞机翼型浆叶的工作方式不同,立轴式风轮不经过复杂的角度变换,是直接利用风的推力压力,是以轴心为支点的杠杆形式工作,转换效率高,启动力矩大。
  并立两轮型立轴式风轮不仅只作为左右并立的立轴形式利用,其他直接利用风的推动力使沿着长轴布置浆叶的风轮旋转工作的风轮类型都可利用,因此这种双轮式技术还可以变化为上下布置的双卧式或其他双轴安装形式设计和制作。
  这种双轮型风轮可直接组成单台独立的风力机,也可以以其为一个子系统和基础单元,方便地组成多双轮系统、双轮阵列和双轮集成等,既可以作为立轴式风力机的辅助和补充,增加对空间的有效利用,也可以适应多种环境和场合独立使用和与其他类型风轮互补联合使用。
  7、摘要:本双轮式风轮机的发明为立轴式风轮等各种直接利用风的推动力使沿着长轴布置浆叶的风轮旋转工作的风轮类型提供了宽阔可行的技术拓展空间:利用双轮风叶动态结合关系,让两风轮的浆叶展开于外侧时,两轮的外侧同时捕捉风力做功;而在收拢回转时因同向运动能互相借力、互相推动,共同克服阻力;并在逆风处旋转时交替地分风流与两轮外侧,在外侧展开的浆叶便因得到一个叠加的风力而加速旋转。这种主动利用风力的设计基本解决了直接利用风的推力换能的立轴式卧轴式风轮机中风叶既要顺风做功又要回转复位避风而陷入的叶形难以设计等矛盾。两轮输出的旋转合力远超过两个独立的立轴或卧轴风轮的动力之和,动耗差值和比值得到扩大,效率提高,具有广阔的实用性。这一发明有多种变形及辅助设计,不仅可以独立安装运行,还易于与水平轴等其他类型的风轮机型互补组合和联合使用。

参考资料

http://www.naturalforces.cn/

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