CN101225801A - H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法及发电机组 - Google Patents
H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法及发电机组 Download PDFInfo
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Abstract
一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法及发电机组，涉及风力发电技术领域，在于上、下两个发电机的上、下两端内转子(25)分别连接第一组风车(26)的上长斜拉梁(4)、下长斜拉梁(18)，其两个发电机的另一端内转子(25)分别连接第三组风车(22)的上短斜拉梁(8)、下短斜拉梁(20)在风的作用下使其能够同步进入一个旋转方向；第二组风车(21)带动发电机的外转子向另一方向旋转，内转子、外转子磁力线同时被切割；三组风车分别由H加风帆机翼形叶片组成；本发明可使发电机的发电曲线快速变得饱满，磁力线切割的更快。
Description
技术领域
本发明属于风力发电设备技术领域，尤其是涉及一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法的发电机组。
背景技术
我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的年平均风速都在每秒5米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。
世界上最早的垂直轴风力发电机是一种圆弧形双叶片的结构，即Φ型或称为达里厄，由于其受风面积小，相应的启动风速较高，一直未得到大力发展，我国也在前几年做了一些尝试，但效果始终不理想；它的技术原理是采用空气动力学原理，针对垂直轴风车的风洞旋转模拟实验，选用了飞机机翼形风叶，在风车旋转时，风叶不容易变形而改变风力效率；它用垂直机翼风叶由3-5个叶片组成一组风车，由叶片连接连杆组成的风车，带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行输配控制，送电将发出的电快速送入电网；该技术原理根据空气动力流体理论，实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算，按叶片实际尺寸，每个叶片的旋转轴心距离为N米；用CFD技术进行模拟气动系数计算，计算原理采用离散数字方法求解翼形断面的气动力，用网格方法对雷诺数流动涡量分布比较形成高雷诺数下对Navier-Stokes方程进行数字模拟计算的原理结果。
然而另一种H型风力发电机的原理，风车的转速上升速度提高较快，力矩上升速度快，它的发电功率上升速度也相应变快，发电曲线变得饱满。在同样功率下，垂直轴风力发电机的额定风速较现有水平轴风力发电机要小，并且它在低风速运转时发电量也较大，但是在大型风力发电中却恰恰相反。
采用稀土永磁材料发电的原理，配套与空气洞力学原理的风轮，采用直驱式结构进行旋转发电。
纵观国内外的风力发电设备后发现，目前为止尚未有人大胆的提出过采用H加风帆机翼形风叶的三组风车，逆向旋转的风力发电的设计方案。
发明内容
本发明的目的是通过H加风帆机翼形叶片组成三组风车，内、中、外按大小不同设计结构形式的三组风车，在受风后所产生逆向旋转高效发电的原理，提供一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法及发电机组；本发明的H加风帆机翼形三组风车逆向旋转带动发电机逆向旋转发电的发电方法；单层固定架内安装了第一组风车、第二组风车、第三组风车；第一组风车、第三组风车同时带动上下两个发电机的上、下两端的内转子；第二组风车带动上下发电机的外转子，向另一方向旋转；可使发电机的发电曲线快速变得饱满，更快的切割磁力线；在三组风车同受风力作用时，其发电机组所产生的电能是单独的任何一种风力发电机发电量的2.0-2.5倍之间，也是单独的H型风力发电机发电量的3.0-3.5倍之间。
本发明实现上述风力发电方法的具体内容为：
一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法在技术解决其运行方法中的技术特征在于；
1)、H加风帆机翼形叶片组成的风车提高了受风面积；
2)、单层固定架是由单层固定架内的上固定盘、下固定盘组成，在固定盘内的上下两端安装两台发电机；
3)、每层固定架内设计安装三组风车；
4)、两台发电机的内转子、外转子、内转子分别连接三组不同型号的大小风车；
5)、在H风帆机翼形叶片的两端设置有H叶片自动转向调控器、风帆叶片通过转向调控器；实现风叶片在背面顶风时自动调节风叶片的迎风角度，最大限度的减少风叶负面风阻；
6)、三组风车在受风旋转运动的方向是逆向转动，形成互不干扰风能的旋转运动，可以最大限度的实现中心固定柱和整体风力发电机的稳定性的逆向转动方法；
7)、每层固定架内安装3组H加风帆机翼形叶片的风车，在风车受风后按设计的反方向运转程序，逆向运转带动内外转子逆向旋转发电的单层发电机组；
8)、本发明实现了多层多发电机组同时工作发电，在大功率数兆瓦级发电机组中实现了可调控多层多发电机组；
9)、可调控个别发电机停机不发电，其它发电机组可以正常运转发电，可实现大兆瓦级发电机组多层工作的多发电机组。
每层固定架内上、下固定盘上安装两个逆向旋转的发电机，上下两个发电机的上、下两端内转子分别连接第一组风车的上长斜拉梁、下长斜拉梁，上下两个发电机的另一端内转子分别连接第三组风车的上短斜拉梁、下短斜拉梁，在风车受风力作用下，使两组风车能够同步进入一个旋转方向；第二组风车的上下中斜拉梁连接上下两个发电机的外转子，带动发电机的外转子逆向运行，向相反方向旋转；发电机的内转子、外转子的磁力线在最短时间内进行最快切割发电。也就是说本发明中的发电机没有定子，是一种内外转子逆向旋转的高效能发电机；在本设计方案中，三组风车分别由H加风帆机翼形叶片组成，也就是说本发明中的第一组风车、第二组风车、第三组风车都是用H加风帆机翼形叶片组成的；中心固定柱穿在内转子内，利用设置在中心固定柱外部的轴承使其内转子转动，中心固定柱是多层多发电机组整体固定的中心。
该H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的方法，是在单层固定架内上下固定盘上安装两个发电机，其上部发电机上端的内转子连接外围的第一组风车的上长斜拉梁、上部发电机的上外转子连接第二组风车的上中斜拉梁、上部发电机下端的内转子连接第三组风车的上短斜拉梁；与其相对应安装在下部发电机上端的内转子连接下短斜拉梁，下部发电机的外转子连接第二组风车的下中斜拉梁，下部发电机下端的内转子连接下长斜拉梁。
本发明具有扩展结构，在两个发电机上、下端的内转子与外转子部分设置有轴承，当内转子与外转子快速相向转动时，可借助轴承防范不稳定因素的出现，在扩展结构的中心固定柱中同样设置有协助内转子转动的轴承，因此本发明的稳定性较为牢靠；中心固定柱的中间为空心结构，该空心结构可作为电能输送及人员上下检修设备所用。
按照本发明方法通过一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，三组风车是相反方向作工，逆向旋转带动发电机的内外转子逆向运转发电的发电机组；逆向旋转发电形式是该风力发电机组实现了利用风力的效率大大提高，用三组风车逆向旋转发电，是发电机组又提高了数倍发电功率，使风力发电成本大幅下降；该H加风帆机翼形叶片组合的三组风车，逆向旋转，带动风力发电机组运行发电；第一组风车、第三组风车的运行加上第二组风车逆向旋转运行及其内、外转子发电机的独特结构，实现了高效发电的目的；上固定盘的下部与中心固定柱的上端连接，在中心固定柱的上部设有两个上碟形刹车系统，两个上碟形刹车系统与上部发电机两端的内转子连接，在内转子的内壁设有轴承，上部发电机外转子两端的内壁设置有与内转子连接的外转子轴承；下固定盘与中心固定柱的下端连接，在中心固定柱下部发电机内转子两端设有两个碟形刹车系统，两个下碟形刹车系统与发电机两端的内转子连接，在内转子的内壁设有轴承，内转子的中部设置有下部发电机外转子，下部发电机外转子两端的内壁设置有与内转子连接的外转子轴承；在上部发电机的上内转子与上长斜拉梁连接，在下部发电机的下内转子与下长斜拉梁连接，在上长斜拉梁、下长斜拉梁的顶端部通过H叶片转向调控器连接H机翼形叶片；在上长斜拉梁、下长斜拉梁的前部，通过风帆叶片转向调控器连接风帆机翼形叶片，在上长斜拉梁、下长斜拉梁的端部、前部设置上下H叶片转向调控器和上下风帆叶片转向调控器，并分别连接H、风帆机翼形叶片的上下两端；上部发电机外转子、下部发电机外转子分别连接上中斜拉梁、下中斜拉梁，在上中斜拉梁、下中斜拉梁端部分别设有H叶片转向调控器、风帆叶片转向调控器，在上中斜拉梁、下中斜拉梁端部设置的上下H叶片转向调控器、风帆叶片转向调控器，并分别连接H、风帆机翼形叶片的上下两端；在上部发电机的下内转子、下部发电机的上内转子分别设有上短斜拉梁、下短斜拉梁，在上短斜拉梁、下短斜拉梁的端部，分别设有H叶片转向调控器、风帆叶片转向调控器，在上短斜拉梁、下短斜拉梁的端部设置上下H叶片转向调控器、风帆机叶片转向调控器，并分别连接H机翼形叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；在上固定盘与下固定盘的外围相对面分别设置有多根固定立柱。
单层风力发电机组的结构主要由上固定盘、下固定盘及其其中的三组风车、两个发电机、立柱等共同组成。
多层风力发电机组设计结构主要由，多个单层叠合过程中，每一个单层发电机组系统叠加后其上部设置的上固定盘自动成为上面发电机组系统的下固定盘，也就是说其上面发电机组系统的下固定盘自动成为下面发电机组系统的上固定盘。
上部发电机的内转子和下部发电机的内转子连接的上长斜拉梁、下长斜拉梁至少设置为三组。
上发电机外转子及其下发电机外转子连接的上中斜拉梁、下中斜拉梁至少设置为三组。
上部发电机内转子的下部及其下部发电机内转子的上部设置的上短斜拉梁、下短斜拉梁至少设置为三组。
上固定盘与下固定盘的外圆连接的固定立柱至少设置为三根。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的发电方法及发电机组设计方案，不仅突破了传统的垂直轴风力发电机中心柱体随着风叶转动而消耗能量的问题，而且可以使风车在受风运行过程中更加稳定，由于风力被三组风车逆向旋转、左右分流，发电机组的中心部位形成类似真空的环境，风力几乎对中心固定柱及其中部的其它构件无任何大的影响，稳定性非常明显，在多层风车运行时，由于本发明所设计的风力发电系统每个单层的高度可以设计为15-30米甚至更高，所以风车叶片所受的扭力较小，安全系数要远高于其它类型的风力发电系统。
附图说明
图1为本发明的三组风车启动运转及发电机发电运行方向示意图。
图2为本发明的单层风力发电机组结构示意图。
图3为本发明的多层风力发电机组结构示意图。
图4为本发明的风帆机翼型叶片和自动调控器立体结构示意图。
图5为本发明的H机翼型叶片和自动调控叶片方向立体结构示意图。
在图中：1-上固定盘；2-中心固定柱上端；3-轴承；4-上长斜拉梁；5-上中斜拉梁；6-上外转子；7-外转子轴承；8-上短斜拉梁；9-上碟形刹车系统；10-中心固定柱；11-下碟形刹车系统；12-下外转子；13-H叶片转向调控器；14-风帆机翼形叶片转向调控器；15-立柱；16-下固定盘；17-中心固定柱下端；18-下长斜拉梁；19-下中斜拉梁；20-下短斜拉梁；21-第二组风车；22-第三组风车；23-控制系统；24-机房；25-内转子；26-第一组风车；27-H叶片；28-风帆机翼形叶片。
具体实施方式
参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，本发明并不局限于这些实施例的组合方式。
在图1中，一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，逆向旋转的形式实现该风力发电机组利用风力效率提高数倍，可使风力发电成本大幅下降。该H加风帆机翼形叶片组合的三组风车逆向旋转风力发电发电机组，尤其是第一组风车26、第三组风车22的运行加上第二组风车21逆向旋转运行及其发电机逆向运转发电的独特结构来实现。
在图2中，上固定盘1的下部与中心固定柱10的中心固定住上端2连接，在中心固定柱10的上部设有两个上碟形刹车系统9，两个上碟形刹车系统9与发电机两端的内转子25连接，在内转子25的内壁设有轴承3，上外转子6两端的内壁设置有与内转子25连接的外转子轴承7；下固定盘16的上部与中心固定柱10的中心固定柱下端17连接，在中心固定柱10下部设有两个下碟形刹车系统11，两个下碟形刹车系统11与发电机两端的内转子25连接，在内转子25的内壁设有轴承3，内转子25的中部设置有下外转子12，下外转子12两端的内壁设置有与内转子25连接的外转子轴承7；在上外转子6上部的内转子25与上长斜拉梁4连接，在下外转子12下部的内转子25与下长斜拉梁18连接，其上长斜拉梁4、下长斜拉梁18的端部与分别设有H叶片转向调控器13、风帆机翼形叶片转向调控器14，其设置在上长斜拉梁4、下长斜拉梁18端部的两对H叶片转向调控器13、风帆机翼形叶片转向调控器14分别连接H叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；上外转子6、下外转子12的外部分别设有上中斜拉梁5、下中斜拉梁19，在上中斜拉梁5、下中斜拉梁19端部与分别设有H叶片转向调控器13、风帆机翼形叶片转向调控器14，其设置在上中斜拉梁5、下中斜拉梁19端部的两对H叶片转向调控器13、风帆机翼形叶片转向调控器14分别连接H叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；在上外转子6下部的内转子25、下外转子12上部的内转子25外部分别设有上短斜拉梁8、下短斜拉梁20，在上短斜拉梁8、下短斜拉梁20端部与分别设有H叶片转向调控器13、风帆机翼形叶片转向调控器14，其设置在上短斜拉梁8、下短斜拉梁20端部的两对H叶片转向调控器13、风帆机翼形叶片转向调控器14分别连接H叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；在上固定盘1与下固定盘16的外圆分别设置有多根固定立柱15；底部是控制系统23机房24。
在图3中，所述的采用H加风帆机翼形风叶的三组风车，逆向旋转发电的发电机组，其风力发电机组可以设计为多层叠合，其在多层叠合过程中每一个单层的发电机组系统叠加后其上部设置的上固定盘1自动成为上面发电机组系统的下固定盘16，也就是说其上面发电机组系统的下固定盘16自动成为下面发电机组系统的上固定盘1；底部是控制系统23机房24。
1)、H加风帆机翼形叶片组成的风车提高了受风面积；
2)、单层固定架是由单层固定架内的上固定盘、下固定盘组成，在固定盘内的上下两端安装两台发电机；
3)、每层固定架内设计安装三组风车；
4)、两台发电机的内转子、外转子、内转子分别连接三组不同型号的大小风车；
5)、在H风帆机翼形叶片的两端设置有H叶片自动转向调控器、风帆叶片通过转向调控器；实现风叶片在背面顶风时自动调节风叶片的迎风角度，最大限度的减少风叶负面风阻；
6)、三组风车在受风旋转运动的方向是逆向转动，形成互不干扰风能的旋转运动，可以最大限度的实现中心固定柱和整体风力发电机的稳定性的逆向转动方法；
7)、每层固定架内安装3组H加风帆机翼形叶片的风车，在风车受风后按设计的反方向运转程序，逆向运转带动内外转子逆向旋转发电的单层发电机组；
8)、本发明实现了多层多发电机组同时工作发电，在大功率数兆瓦级发电机组中实现了可调控多层多发电机组；
9)、可调控个别发电机停机不发电，其它发电机组可以正常运转发电，可实现大兆瓦级发电机组多层工作的多发电机组。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (7)
1.一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电方法，其特征在于；
1)、风车由H加风帆机翼形叶片；
2)、单层固定架是由单层固定架内的上固定盘(1)、下固定盘组成(16)，在固定盘内的上下两端安装两台发电机；
3)、每层固定架内设计安装三组风车；
4)、两台发电机的内转子(25)、外转子(6)、(12)、内转子(25)分别连接三组不同型号的大小风车；
5)、在H叶片(27)、风帆机翼形叶片(28)的两端设置有H叶片自动转向调控器(13)、风帆叶片通过转向调控器(14)；
6)、三组风车在受风旋转运动的方向是逆向转动，形成互不干扰风能的旋转运动；
7)、每层固定架内安装3组H加风帆机翼形叶片的风车，在风车受风后按设计的反方向运转程序，逆向运转带动内、外转子逆向旋转发电的单层发电机组；
8)、多层多发电机组同时工作发电，在大功率数兆瓦级发电机组中实现了可调控多层多发电机组；
9)、可调控个别发电机停机不发电，其它发电机组可以正常运转发电；
在上、下两个发电机的上、下两端内转子(25)分别连接第一组风车(26)的上长斜拉梁(4)、下长斜拉梁(18)，其两个发电机的另一端内转子(25)分别连接第三组风车(22)的上短斜拉梁(8)、下短斜拉梁(20)在风的作用下使其能够同步进入一个旋转方向；第二组风车(21)带动发电机的外转子向另一方向旋转，内转子、外转子磁力线同时被切割；三组风车分别由H加风帆机翼形叶片组成；中心固定柱(10)穿在内转子(25)内，利用设置在中心固定柱(10)外部的轴承(3)使其内转子(25)转动，而中心固定柱(10)处于固定状态；其发电方法是在单级固定架内上下固定盘上安装有两个发电机，其上部发电机上端的内转子(25)连接外围的第一组风车(26)的上长斜拉梁(4)、上部发电机的上外转子(6)连接第二组风车(21)的上中斜拉梁(5)、上部发电机下端的内转子(25)连接第三组风车(22)的上短斜拉梁(8)；与其相对应安装在下部发电机上端的内转子(25)连接下短斜拉梁(20)，下外转子(12)连接第二组风车(21)的下中斜拉梁(19)，下部发电机下端的内转子(25)连接下长斜拉梁(18)；在两个发电机上、下端的内转子(25)与外转子部分设置有轴承，当内转子(25)与外转子快速相向转动时，中心固定柱(10)中同样设置有协助内转子转动的轴承；中心固定柱(10)的中间为空心结构。
2.一种H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，尤其是第一组风车(26)、第三组风车(22)的运行加上第二组风车(21)逆向旋转运行及其发电机的独特结构来实现，其特征在于；上固定盘(1)的下部与中心固定柱(10)的中心固定住上端(2)连接，在中心固定柱(10)的上部设有两个上碟形刹车系统(9)，两个上碟形刹车系统(9)与发电机两端的内转子(25)连接，在内转子(25)的内壁设有轴承(3)，上外转子(6)两端的内壁设置有与内转子(25)连接的外转子轴承(7)；下固定盘(16)的上部与中心固定柱(10)的中心固定住下端(17)连接，在中心固定柱(10)下部设有两个下碟形刹车系统(11)，两个下碟形刹车系统(11)与发电机两端的内转子(25)连接，在内转子(25)的内壁设有轴承(3)，内转子(25)的中部设置有下外转子(12)，下外转子(12)两端的内壁设置有与内转子(25)连接的外转子轴承(7)；在上外转子(6)上部的内转子(25)与上长斜拉梁(4)连接，在下外转子(12)下部的内转子(25)与下长斜拉梁(18)连接，其上长斜拉梁(4)、下长斜拉梁(18)的端部与分别设有H叶片转向调控器(13)、风帆机翼形叶片转向调控器(14)，其设置在上长斜拉梁(4)、下长斜拉梁(18)端部的两对H叶片转向调控器(13)、风帆机翼形叶片转向调控器(14)分别连接H叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；上外转子(6)、下外转子(12)的外部分别设有上中斜拉梁(5)、下中斜拉梁(19)，在上中斜拉梁(5)、下中斜拉梁(19)端部与分别设有H叶片转向调控器(13)、风帆机翼形叶片转向调控器(14)，其设置在上中斜拉梁(5)、下中斜拉梁(19)端部的两对H叶片转向调控器(13)、风帆机翼形叶片转向调控器(14)分别连接H叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；在上外转子(6)下部的内转子(25)、下外转子(12)上部的内转子(25)外部分别设有上短斜拉梁(8)、下短斜拉梁(20)，在上短斜拉梁(8)、下短斜拉梁(20)端部与分别设有H叶片转向调控器(13)、风帆机翼形叶片转向调控器(14)，其设置在上短斜拉梁(8)、下短斜拉梁(20)端部的两对H叶片转向调控器(13)、风帆机翼形叶片转向调控器(14)分别连接H叶片、风帆机翼形叶片的上下两端；在上固定盘(1)与下固定盘(16)的外围相对面分别设置有多根立柱(15)。
3.根据权利要求2所述的H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，其特征在于；其风力发电发电机组可以设计为多层叠合，其在多层叠合过程中每一个单独的发电系统叠加后其上部设置的上固定盘(1)自动成为上面发电系统的下固定盘(16)，也就是说其上面发电系统的下固定盘(16)自动成为下面发电系统的上固定盘(1)。
4.根据权利要求2或3所述的H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，其特征在于；在上外转子(6)上部的内转子(25)外围及其下外转子(12)下部的内转子(25)外围设置的上长斜拉梁(4)、下长斜拉梁(18)至少设置为三组。
5.根据权利要求2或3所述的H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，其特征在于；在上外转子(6)外围及其下外转子(12)外围设置的上中斜拉梁(5)、下中斜拉梁(19)至少设置为三组。
6.根据权利要求2或3所述的H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，其特征在于；在上外转子(6)下部的内转子(25)外围及其下外转子(12)上部的内转子(25)外围设置的上短斜拉梁(8)、下短斜拉梁(20)至少设置为三组。
7.根据权利要求2或3所述的H加风帆机翼形三组风车逆向旋转发电的发电机组，其特征在于；在上固定盘(1)与下固定盘(16)的外围相对面之间设置的立柱(15)至少设置为三根。
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