一種垂直軸配重風力發電機的製作方法
2023-06-27 03:49:51
專利名稱：一種垂直軸配重風力發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電機，尤其是一種垂直軸配重風力發電機。
背景技術：
現在的風力發電機多採用水平軸結構，通過尾翼改變風輪方向，使風輪正面迎風旋轉，葉片在旋轉時產生較大的氣動噪音，對環境構成了嚴重的影響，而且往往只能通過加大風輪葉片以獲得較大的功率，導致了風輪抗風能力差，容易在強風時受到損壞，降低了使用壽命。目前市場上出現的垂直軸風力發電機有著噪聲低、抗風能力強、可接受任何方向的風力等優點，但是這種垂直軸風力發電機都存在發電效率低的缺點，類似地鐵和火車行駛、飛機起降所引起的風大多具有速度快、持續時間短的特點，如果使用這種垂直軸風力發電機，不能充分的將風能轉換成電能。當瞬時高速風來臨時，一般的垂直軸風力發電機的轉動慣量相對較小，會在瞬間有較大的轉速，產生過大的瞬時發電電壓容易導致電路、蓄電池燒壞，不能夠充分的將機場、火車軌道旁、地鐵隧道等場合豐富的瞬時高速風力資源利用起來。在專利號為ZL 200720174908. X的中國實用新型專利文件中公開一種發電機結構，該發電機具有數根支架，支架上分別固定設有葉片，葉片上設有用於放置配重的配重點。其配重主要的作用是用來調整風力發電機各張葉片間的重量分配，而達到風力發電機平衡運轉不晃動；且該發電機的配重點設置在葉片離立軸較近的內部邊緣上，這樣的結構設置使得配重的轉動半徑相對較小，不能使其產生的轉動慣量最大化。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種發電效率高、轉動慣量最大化、能夠避免瞬時發電電壓過大、適合在瞬時風速大的場合使用的垂直軸配重風力發電機。本發明的目的通過下述技術方案實現一種垂直軸配重風力發電機，包括葉片、立軸、發電機組，其特徵在於還包括配重，用來改變風力發電機的轉動慣量；所述配重通過焊接或者膠接方式安裝在所述葉片遠離立軸的外側邊緣，使其轉動半徑達到最大。優先地，每一張葉片上分別安裝有形狀、大小、數目、重量都相同的配重。優先地，所述配重和葉片緊密相貼，配重的形狀根據葉片的形狀作選擇，與葉片外緣的輪廓線相吻合。優先地，所述配重的材質為鋼材。優選地，所述葉片為雙層或多層排布，各層葉片之間設置有夾板，相鄰層的葉片呈交叉分布，葉片為圓弧形。優選地，所述葉片的圓弧形邊緣上有凸塊，所述夾板上有和圓弧形葉片上凸塊的數目、形狀、大小相對應的凹槽，葉片通過凸塊和凹槽相連接後固定在夾板上。
優選地，每一層各有三張葉片，三張葉片之間呈120°夾角分布。優選地，所述葉片材質採用鋁合金或樹脂材料製成。優先地，所述發電機組包括發電機、控制器和蓄電池，發電機通過控制器與蓄電池連接。本發明的主要原理(1)風力發電機的轉動慣量J J=E Λ( = 1,2,3)其中J1表示配重的轉動慣量J2表示葉片的轉動慣量J3表示風力發電機上除配重、葉片外其他物體的轉動慣量總和。配重的轉動慣量J1 J1 = m^!2其中Hi1是配重的質量；巧是配重和立軸的垂直距離，即為配重的轉動半徑。由上述和J1關係式可知當配重的轉動半徑巧一定時，增大配重的質量Hi1，使配重的轉動慣量J1增大，從而可使風力發電機的轉動慣量J增加。(2)風力發電機的轉動慣量J J=E mzrz2(z = 1,2,3...)mz是風力電機上產生轉動慣量的物體的質量；rz是風力發電機上產生轉動慣量的物體和立軸的垂直距離，即為該物體的轉動半徑。風力發電機的動能T :T = Yj ^mzvz2(z = 1,2,3...) ,vz =其中Vz是風力發電機上產生轉動慣量的物體的旋轉速度；ω是風力發電機的角速度。由上述關係式得出風力發電機的動能T :T = Yj (^mzrz2a2) ==^-Ja2 (ζ = 1,2,3 …)由上述T的關係式可知增加風力發電機的轉動慣量J，可使風力發電機的動能也相應增加。本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果(1)本發明通過在葉片上安裝配重來改變風力發電機的轉動慣量，將速度快、持續時間短的瞬時風力的能量轉移到風力發電機的轉動慣量上；配重安裝在葉片遠離立軸的外側邊緣，使其轉動半徑達到最大，從而使其轉動慣量最大化；通過增加配重的質量來增加風力發電機的慣性和轉動慣量，使葉片在強風停止後仍能持續轉動較長的時間，延長風力發電機的工作時間，將瞬時大功率轉換成延時、穩定的輸出功率；風力發電機的轉動慣量的增加使其動能也相應的增加，提高了風力發電機的發電效率；同時加上配重後可以降低風力發電機在高速風來臨時的瞬時轉速，避免因為瞬時發電電壓過大導致電路、蓄電池燒壞，充分的利用了地鐵和火車行駛，飛機起降等帶來的瞬時高速風力。( 本發明風力發電機的每一張葉片上配重的形狀、大小、數目、重量都是相等，使風力發電機加上配重後仍然可以保持平衡狀態。(3)本發明根據所用風力發電機葉片的形狀選擇相應形狀的配重，使配重和葉片緊密相貼，減少風力發電機的空氣阻力。
權利要求
1.一種垂直軸配重風力發電機，包括葉片、立軸、發電機組，其特徵在於還包括配重， 用來改變風力發電機的轉動慣量；所述配重通過焊接或者膠接方式安裝在所述葉片遠離立軸的外側邊緣，使其轉動半徑達到最大。
2.根據權利要求1所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於每一張葉片上分別安裝有形狀、大小、數目、重量都相同的配重。
3.根據權利要求1所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於所述配重和葉片緊密相貼，其中配重的形狀根據葉片的形狀作選擇，與葉片外緣的輪廓線相吻合。
4.根據權利要求1 3中任何一項所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於 所述配重的材質為鋼材。
5.根據權利要求1所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於所述葉片為雙層或多層排布，各層葉片之間設置有夾板，相鄰層的葉片呈交叉分布，葉片為圓弧形。
6.根據權利要求5所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於所述葉片的圓弧形邊緣上有凸塊，所述夾板上有和圓弧形葉片上凸塊的數目、形狀、大小相對應的凹槽，葉片通過凸塊和凹槽相連接後固定在夾板上。
7.根據權利要求5所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於每一層各有三張葉片，三張葉片之間呈120°夾角分布。
8.根據權利要求5 7中任何一項所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於 所述葉片材質採用鋁合金或樹脂材料製成。
9.根據權利要求1所述的一種垂直軸配重風力發電機，其特徵在於所述發電機組包括發電機、控制器和蓄電池，發電機通過控制器與蓄電池連接。
全文摘要
本發明公開了一種垂直軸配重風力發電機，它包括葉片、立軸、發電機組、配重、夾板。其中發電機組包括發電機、控制器、蓄電池。本發明通過在葉片上安裝配重來改變風力發電機的轉動慣量，將速度快、持續時間短的瞬時風力的能量轉移到葉片的轉動慣量上，使葉片在強風停止後仍能持續轉動較長的時間，從而延長風力發電機的工作時間，將瞬時大功率轉換成延時、穩定的輸出功率，大大提高了風力發電機的發電效率，適合在機場、火車軌道旁、地鐵隧道等瞬時風速大的場合使用。
文檔編號F03D3/06GK102562441SQ20121002221
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月1日 優先權日2012年2月1日
發明者劉思遠, 吳偉斌, 李庚鼎, 李 榮, 洪添勝, 羅朝軍, 羅澤欣, 陳海聰 申請人:華南農業大學