大型垂直轴可旋转叶片风力发电机的制作方法

本发明涉及风力发电领域，具体说涉及大型垂直轴固定叶片和可旋转叶片复合型风力发电。

背景技术：

1、如何降低风力发电成本是风电行业必需研究的重要课题，其主要路径是增加风力发电机的单机功率。水平轴风力发电机的主要技术方案是优化风电叶片外形设计，提高风电叶片的捕风效率和增加风电叶片长度，以此增加风电叶片的有效捕风面积和扭距，提升风电叶片的动能，达到增大发电机功率的目的。

2、所谓的风力发电，顾名思义就是以风的力发电，理论上，参于推动风电叶片旋转而发电的风越多发电功率越高，发电越多。因此要提高风力发电机的单机功率，就要增加风力发电机叶片的有效捕风面积，风电叶片面积越大，捕风面积越大，也就是参加发电的风越多，发电功率越高。而水平轴风力发电机由于受理论.设计.材料.工艺等诸多因素的限制，三个细长形叶片的设计注定其扫风面积大，捕风面积小，从而导致发电功率小。另外，由于水平轴风力发电机风电叶片的旋转方向与风向成90度夹角，根据力的分解原理，在叶片优化设计发挥至极致的状态下，理论上单位叶片有效面积的动能转化率低于50％。

技术实现思路

1、要降低风力发电的度电成本，就必须增加风力发电机的单机功率，也就是增加风力发电机的有效捕风面积，本发明通过增加风力发电机叶片面积使风力发电机提升功率，在同样风机高度同等叶片长度条件下，叶片有效面积增大至十倍以上。

2、与水平轴风力发电机相比，本发明通过改变风电叶片与风向的入射角，使风电叶片的转向与风向一致，提高风的动能转化率，由此风电叶片的动能转化率在百分之百至百分之七十之间转换，综合有效转化率达到85％。

3、本发明通过固定叶片的凹面对着来风，迟滞风在叶片凹面的散失，增加风对叶片凹面的压力；风力发电机可旋转叶片的来风面增设阻风装置，迟滞风在风电叶片叶面的散失，以此增加风对叶片叶面的压力，则风对叶片的动能转化率将超过85％。

4、本发明的风力发电机组在叶片的下方，上层只有风机叶片、叶片架和旋转轴等旋转体，本发明重心低的设计将更科学合理，与水平轴风力发电机相比，其重心低的特点将更利于海上安装；其大面积叶片且高效的设计同样适合于中低风速区的安装。

5、本发明由数个大小不同的发电机组组成，做到大风时多发电，小风时也发电，实验证明，三米每秒以上的风速便可正常发电；由于小风力发电是其它形式的风力发电机停止运行时所发的电力，当大面积风电机组停止运行时，电网只能以水电、核电、火力发电或储能电力等其它手段补充，实现电网的平衡，所以小风时所发的电力显得尤为重要。

6、本发明的发电机组在风机叶片的下方，与水平轴风力发电机相比，发电机组的安装将更简单，后期维护成本更低，安全性更高。

7、由于本发明为大型垂直轴风力发电机，当风推动一组叶片架时，叶片架对中心旋转轴会产生强大的侧向力，因此，本发明水平方向的每相邻两叶片架用无弹力、高强度、重量轻且耐久的结构件相连接，使风力推动一组叶片架旋转时，其它三组叶片架能同时受力，共同推动中心旋转轴旋转，进而消除中心旋转轴的侧向力，提高风力发电效率。

8、由于本发明为大型垂直轴风力发电机，叶片架只有一端与中心旋转轴相连，当叶片架过长时，叶片架的另一端会因叶片架和叶片的质量而产生下垂的力，因此，本发明在中心旋转轴的顶端且高于风机叶片架的位置，用无弹力、高强度、重量轻且耐久的结构件与叶片架上固定叶片的顶端位置斜拉连接，使叶片架产生下垂的力消除，保持风机的平衡。

9、水平轴风力发电机的叶片旋转时为垂直旋转运动，鸟类难以识别其运动轨迹，对鸟类易产生伤害；而本发明的风力发电机叶片的运动轨迹为水平向旋转，鸟类易识别，不易对鸟类产生伤害，因此，本发明还是环境友好型风力发电机。

技术特征：

1.一种大型垂直轴设计了固定式叶片和可旋转式叶片的风力发电机，其特征在于：叶片架、固定式空心半圆柱式叶片、可旋转式叶片、同一水平面的每相邻两叶片架的连接构件、中心旋转轴顶端且高于叶片架的位置与叶片架上固定式叶片顶端的斜拉连接构件。

2.叶片架，所述四组叶片架与中心旋转轴垂直相连，四个叶片架组间为每相邻两组互相垂直，每相隔一组在中心旋转轴的两侧，且在同一垂直平面。

3.固定式叶片，所述固定式叶片为空心半圆柱形结构，所述固定式叶片的两端固定于叶片架上，空心半圆柱形的凹面对着来风，中心旋转轴的另一侧半圆柱形叶片的凸面对着来风，半圆柱形叶片的两端和中间设置有数个半圆形隔板。

4.可旋转叶片，所述可旋转叶片的旋转轴两侧为尺寸不对称矩形，所述可旋转叶片在来风的面的四边及四边间的横向和纵向设置有垂直于叶面的数个带翻边阻风板的阻风装置；可旋转轴的两端有轴承和轴承座，轴承座固定在叶片架上，中心旋转轴的另一侧可旋转叶片旋转至顺风状态。

5.叶片架连接构件，所述叶片架连接构件为同一水平面的每相邻两叶片架用无弹力、高强度、重量轻且耐久的结构件相连接。

6.斜拉结构件，所述斜拉结构件位于中心旋转轴的顶端且高于叶片架的位置与叶片架上固定叶片的顶端位置相连接。

技术总结本发明公开了一种大型垂直轴固定叶片和可旋转叶片复合型风力发电机，其特征在于叶片架的长度与风机的高度的乘积就是风机的捕风面积，与水平轴风力发电机相比，其捕风面积增大至十倍以上。其中，固定叶片为空心半圆柱形，可旋转叶片为旋转轴的两侧不对称矩形，当固定叶片的凹面对着来风时，会迟滞风的散失，增加风对叶片叶面的压力，中心旋转轴另一侧，凸面对着来风，风会以最快的速度和最小的压力散失；可旋转叶片在来风面设置有阻风装置，阻风装置会迟滞风的散失，增加风对叶面的压力，中心旋转轴的另一侧，可旋转叶片旋转至顺风状态而不产生阻力，使中心轴的两侧形成强大的压力差，推动中心旋转轴旋转带动发电机发电。技术研发人员：缪德贵受保护的技术使用者：缪德贵技术研发日：技术公布日：2024/7/4