專利名稱：易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及的是易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)
背景技術(shù)：
風(fēng)能是潔凈的能源，取之不盡用之不竭。隨著人們認(rèn)識(shí)對(duì)燃燒 能源危害地球環(huán)境是對(duì)人類本身生存的挑戰(zhàn)。同時(shí)大規(guī)模使用的一次性礦物燃燒 能源也漸近枯竭，人們千方百計(jì)選擇能替代的并仍能維持社會(huì)不斷發(fā)展的能源。 首先熱中的便是風(fēng)力能。從近期國(guó)內(nèi)外風(fēng)能機(jī)械增長(zhǎng)速度看已呈現(xiàn)出相當(dāng)大的熱 情。由于風(fēng)能是隨著風(fēng)速的3次方正比變化，而風(fēng)輪獲取風(fēng)能的能力是隨其直徑 的2次方正比變化，為此風(fēng)能機(jī)械追趕風(fēng)速度化總是滯后一個(gè)檔次，必須丟掉一 些能量，因而風(fēng)能利用率不高，限制了風(fēng)能的利用。再由于風(fēng)能受環(huán)境阻力影響 大，風(fēng)速隨著高度而增大，且更加平穩(wěn)，因而要想獲取穩(wěn)定而又更大的風(fēng)力能， 其風(fēng)機(jī)的軸心高度必須向上發(fā)展，也就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率必須增大。由于現(xiàn)有 技術(shù)除風(fēng)葉漿距能變，發(fā)電機(jī)只能在兩種狀態(tài)變化外，其它都不能變化，為此造 成風(fēng)電初期投入大，成本居高不下，難以和水、火電抗衡，使用推廣有一定困難。 目前是靠政府政策維持才得以如此發(fā)展。再由于風(fēng)機(jī)功率增大必須增加風(fēng)葉長(zhǎng) 度，風(fēng)葉過長(zhǎng)對(duì)制造、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)都帶來很大困難，目前制造2兆瓦風(fēng)力 發(fā)電機(jī)已很困難，為了更大型或巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的開發(fā)，而發(fā)明易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明案采用主、輔兩發(fā)電機(jī)，主發(fā)電機(jī)為立式裝于塔架上部中 心，接受傘齒輪傳遞葉輪獲取的風(fēng)力能而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏δ?。主發(fā)電機(jī)可進(jìn)行多級(jí)功 率調(diào)整，以適應(yīng)風(fēng)速度化，而保持長(zhǎng)時(shí)間獲得最佳工況。輔助發(fā)電機(jī)為臥式水平 放置，全功率發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)沒有常規(guī)的定子，只有內(nèi)外轉(zhuǎn)子，也就是說工作 中，定子和轉(zhuǎn)子都在轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，因此，其發(fā)電轉(zhuǎn)速為內(nèi)外兩轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速之和，和常規(guī)全功率發(fā)電機(jī)相比，其轉(zhuǎn)速得到提高，發(fā)電機(jī)磁級(jí)將可減小， 發(fā)電機(jī)制造成本將會(huì)下降。輔助發(fā)電機(jī)外殼和主葉輪的軸合二為一，大傘輪安裝 于輔助發(fā)電機(jī)外殼上。機(jī)艙與齒輪箱合二為一。下部采用鋼性材料，上部蓋可采 用高強(qiáng)度復(fù)合材料，頂部加裝避雷計(jì)，以防當(dāng)兩葉輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)至水平位置而落雷 擊，機(jī)艙內(nèi)設(shè)三個(gè)軸承座，承擔(dān)兩個(gè)葉輪軸，中間軸承座承擔(dān)互相垂直的大軸小 和齒輪軸。
本發(fā)明案設(shè)主輔兩個(gè)葉輪，主風(fēng)葉輪的輪轂與輔助發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子外殼相連， 風(fēng)輪上裝有大小兩個(gè)葉片，大葉片為固定葉片，小葉片與伸縮桿相連，靠桿的伸 與縮。構(gòu)成活動(dòng)葉片，小葉片的形狀恰是兩葉片長(zhǎng)度相加后的總長(zhǎng)度葉片的上部 形狀，大葉片為其下部形狀。伸縮活動(dòng)葉片桿件，便能達(dá)到改變?nèi)~片數(shù)量及改變 葉輪掃掠面積的目的。假如我們選擇大小葉片長(zhǎng)度相等，當(dāng)活動(dòng)葉片的長(zhǎng)度(調(diào) 整后的葉輪半徑尺)，等于大小葉片長(zhǎng)度之和，忽略風(fēng)速對(duì)桿件的影響，則認(rèn)為 此時(shí)葉輪為一個(gè)葉片，當(dāng)R〈 (L!+L2)，則認(rèn)為葉片數(shù)〉1， R= (L—L2) /2則認(rèn)為 葉片數(shù)為1.5，當(dāng)活動(dòng)葉片長(zhǎng)度調(diào)后R〉 ( Li+L2)，其葉片數(shù)是否〈1，有待于今 后試驗(yàn)后而定。當(dāng)L產(chǎn)L2則風(fēng)葉掃掠面積隨著R值的調(diào)動(dòng)按^S^ =2"/^變化。
輔助葉輪與輔助發(fā)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子軸相連，并受到機(jī)艙上軸承限制，葉輪功能和
主葉輪相同，只是葉片要考慮主葉輪大、小葉片葉根，葉尖產(chǎn)生螺旋渦作用于對(duì)應(yīng)的輔助風(fēng)輪葉片處的特殊性，即能很好地吸納螺旋渦，而獲得最佳風(fēng)能利用。
輔助葉片角度必須使其轉(zhuǎn)向與主葉輪轉(zhuǎn)向相反。
本發(fā)明案風(fēng)機(jī)的理論風(fēng)能利用率<formula>complex formula see original document page 4</formula>
葉片采用充氣性葉片，調(diào)整夾層兩邊的氣體壓力，可對(duì)葉片外形有微小改變 以迎合風(fēng)速變而保持最佳工況，充氣壓力的增加可增強(qiáng)風(fēng)葉強(qiáng)度。如果充入氣體 選用特殊的比重小于普通空氣的氫或氦，其空氣浮力還可克服葉片的部分自重， 減少葉片轉(zhuǎn)動(dòng)過程消耗于自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。與其相連的輔助發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子的重量 較大、能起到葉片振動(dòng)阻尼作用。由于輔助發(fā)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子與主發(fā)電機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速方 向相反。其主、輔葉輪可以起到功率平衡作用，主葉輪迎面風(fēng)速提高，其轉(zhuǎn)速提 高，葉片產(chǎn)生的螺旋渦增大，輔助葉輪得到能量增大相反的方面轉(zhuǎn)速增大，主葉 輪負(fù)荷也有部分增大，為此其電磁力矩更進(jìn)一步阻尼了主葉輪在旋轉(zhuǎn)過程的振 動(dòng)。輔導(dǎo)葉片吸納的風(fēng)功率相對(duì)主風(fēng)葉輪要小得多，其振動(dòng)也受到主葉輪的阻尼。 為此，本發(fā)明案葉片振動(dòng)要比常規(guī)單葉片運(yùn)行振動(dòng)小。
主發(fā)電機(jī)需要和并網(wǎng)變壓器配合方能構(gòu)成多級(jí)功率調(diào)整的發(fā)、輸變電系統(tǒng)， 已另案申請(qǐng)了專利，可采用繞線式雙饋輸出，專子輸出電力徑逆變?nèi)刖W(wǎng)。可采用 同歩發(fā)電機(jī)，也可采用籠型發(fā)電機(jī)，建議提高輸出電壓等級(jí)以更利于做成多級(jí)功
率調(diào)整發(fā)電機(jī)。
輔助發(fā)電機(jī)發(fā)生出電力必須經(jīng)逆變電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為附合并網(wǎng)條件的三相交流 電輸進(jìn)電網(wǎng)，與主發(fā)電機(jī)可同用一個(gè)變壓器，發(fā)電機(jī)除采用主發(fā)電機(jī)同樣方式處， 還可采用永磁式發(fā)電極，永磁和鼠籠形發(fā)電機(jī)只需一個(gè)轉(zhuǎn)子設(shè)置發(fā)電繞組，發(fā)電 機(jī)制做要簡(jiǎn)單的多。


圖1為易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理示意圖，圖2為不同數(shù)量葉片風(fēng)能利 用特性圖。
具體實(shí)施圖l中，l主發(fā)電機(jī)，2、輔助發(fā)電機(jī)，3、主發(fā)電葉輪大葉片， 4、主發(fā)電葉輪小葉片，5、輔助葉輪大葉片，6、輔助葉輪小葉片，7、伸縮桿， 伸縮桿與小葉片構(gòu)成活動(dòng)葉片，大葉片均為固定葉片，8、機(jī)艙下部，9、機(jī)艙上 蓋，可用復(fù)合材料以減輕重量，10、大傘齒輪，11、小傘齒輪，12、輔助發(fā)電機(jī) 外轉(zhuǎn)子與小傘齒輪合用軸承支架，固定在機(jī)艙底座上，小傘齒輪采用雙端出軸， 目的是改變單端出軸的懸壁梁工作狀態(tài)易造成齒輪損壞的問題，13、外轉(zhuǎn)子滑環(huán) 是將外轉(zhuǎn)子發(fā)出電能輸出，并將發(fā)電之前主葉輪用電送入，14、內(nèi)轉(zhuǎn)子滑環(huán)，將 內(nèi)轉(zhuǎn)子上發(fā)出電能輸出，并將提供輔助葉片在發(fā)電前的用電，15、內(nèi)轉(zhuǎn)子軸，16、 輔助葉輪輪轂，17、塔架，18、避雷針。
本發(fā)明專利工作過程閘柱輔助葉輪，松開主葉輪閘，主葉輪在風(fēng)力的驅(qū)動(dòng) 下，開始轉(zhuǎn)動(dòng)，如果風(fēng)速小，使活動(dòng)葉片伸長(zhǎng)至最大位置，加速葉輪的啟動(dòng)，當(dāng) 葉輪轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)要求時(shí)，并網(wǎng)從最低功率級(jí)開始，依次上升，這樣發(fā)電機(jī)啟動(dòng) 電流對(duì)電網(wǎng)沖擊小，隨著風(fēng)速的增大發(fā)電機(jī)與變壓器的連接遂漸從低電壓到達(dá)額 定功率時(shí)的電壓值時(shí)，松開輔助葉輪制動(dòng)閘，輔助葉輪在主葉輪葉尖和葉根螺旋 渦的作用下，開始旋轉(zhuǎn)，輔助發(fā)電機(jī)也開始發(fā)電，此時(shí)主葉輪的轉(zhuǎn)速有可能下降' 如有轉(zhuǎn)速低至不能維持本級(jí)發(fā)電，主發(fā)電機(jī)便退下一級(jí)，維持兩發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)電 而變壓器輸入電網(wǎng)的電壓不變，如果風(fēng)速增大，發(fā)電機(jī)往高功率級(jí)切換，到達(dá)額 定功率時(shí)為止，如果風(fēng)速繼續(xù)增大，則收縮活動(dòng)葉片，使葉輪掃掠面積縮小，維 持額定功率下發(fā)電，當(dāng)葉輪掃掠面積調(diào)至最小時(shí)，風(fēng)速仍在增加，此時(shí)，主發(fā)電 機(jī)，可切換到超載工作，同時(shí)可適當(dāng)增加輔助葉輪直徑，阻尼制約主葉輪的轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)主葉輪調(diào)至最值小直徑，主發(fā)電機(jī)已調(diào)至最大輸出，輔助風(fēng)葉輪也已到 達(dá)極限，意味著整機(jī)已臨近為自保安全而離網(wǎng)時(shí)刻，當(dāng)超載發(fā)電時(shí)間達(dá)到規(guī)定值 時(shí)，則啟動(dòng)偏航系統(tǒng)駛向葉片O發(fā)電角度，下閘離網(wǎng)最終把兩葉輪葉片閘死在順 風(fēng)速水平位置，以躲避極限風(fēng)力的破壞。發(fā)電過程中，風(fēng)速下降，則操作程序相 反，活動(dòng)葉輪伸長(zhǎng)，伸完后風(fēng)速還在下降則功率切換向低級(jí)切換。
本方案和三葉片發(fā)電機(jī)相比較，明顯的優(yōu)勢(shì)是抵御極限風(fēng)力破壞能力強(qiáng)，當(dāng) 兩葉輪葉片固定在順風(fēng)水平位置時(shí)，反受風(fēng)力破壞的最大受風(fēng)面積僅為兩葉片最 大橫斷面積之和，而三葉片風(fēng)輪無論停在什么位置，其受風(fēng)面積也都是兩葉片最 大側(cè)縱斷面之和，再者，兩葉輪分置于塔架兩邊，相對(duì)較懸臂單葉輪平衡，在強(qiáng) 風(fēng)作用下，.對(duì)偏航及塔架的扭曲破壞要小。
本案選擇傘齒輪做為升速器件也深知傘齒輪的一些弊端，常規(guī)傘齒輪單端出 轉(zhuǎn)，其受力近似懸臂梁齒輪易壞，為此本案?jìng)泯X輪均為兩端出軸，使傘齒輪受力 有所改善，小傘齒輪選用高強(qiáng)度材料，并進(jìn)行精密熱處理，大傘輪因只是一個(gè)齒 圈，可選用球墨鑄鐵，因球墨鑄鐵有自潤(rùn)滑功能，強(qiáng)度以球墨鑄鐵為基準(zhǔn)，并滿 足服務(wù)年限要求，則小傘齒輪強(qiáng)度富裕量將很大，假如速比在10左右，因單葉 片葉尖速比可以很高，葉輪轉(zhuǎn)速假如在30 50轉(zhuǎn)/分，小傘輪轉(zhuǎn)速也只在300 500轉(zhuǎn)，主發(fā)電機(jī)磁極數(shù)也只在24 36間，其發(fā)電機(jī)較全功率發(fā)電機(jī)要小得多， 1.5兆全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)重量已超過50T,球墨鑄鐵如果滿足不了潤(rùn)滑要求，則 可設(shè)置間隙向嚙合前的齒面噴灑乳化液，即潤(rùn)滑又冷卻，成本也低。但要在傘齒 輪下部設(shè)置收集淋灑液體的裝置，以便循環(huán)使用。
如果兩發(fā)電機(jī)功率選擇相等，兩葉輪轉(zhuǎn)速絕對(duì)值相等，則主葉輪所承擔(dān)負(fù)荷 為75%,輔助葉輪將承擔(dān)25%，輔助發(fā)電機(jī)造價(jià)較高，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸較粗。如主發(fā)電 機(jī)承擔(dān)70%，輔助發(fā)電機(jī)承辦擔(dān)30%，那么主葉輪承擔(dān)負(fù)荷85%，而輔助葉輪承 擔(dān)15%負(fù)荷，為此具體設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)多方因素通盤綜合考慮，力求即經(jīng)濟(jì)又合理的 最佳效果。
該發(fā)明案易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)的視覺效果，正面看近似一座時(shí)鐘的時(shí)分針在不停 的轉(zhuǎn)動(dòng)，側(cè)面看好象一個(gè)巨人在做搖擘運(yùn)動(dòng)。給人的視覺感并不令人討厭。
噪音問題是本案的最大問題，也是最難解決的問題，如果風(fēng)輪最大半徑在百 米以上，轉(zhuǎn)速在30 50之間，其葉尖線速已相當(dāng)高，其嘯叫之音肯定會(huì)很大，
由于本人能力有限，實(shí)在無法解決，但曾有一個(gè)想法，想請(qǐng)音樂家、聲學(xué)家、樂 器大師們，借助于口琴、風(fēng)琴原理，發(fā)明一種裝置即解決葉片避雷問題，雙能在 高風(fēng)速下產(chǎn)生一種簡(jiǎn)單音樂，以替蓋嘯叫之音，如能發(fā)明在不同風(fēng)速下，發(fā)出不 同弦律的音樂，以報(bào)告風(fēng)力級(jí)別，那便更美妙了，發(fā)明權(quán)屬他們自己，人們還會(huì) 感謝他，尊敬他，我將首先向他鞠躬致謝。
權(quán)利要求
1、易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于它由主葉輪、輔助發(fā)電機(jī)、主發(fā)電機(jī)、輔助葉輪、大傘齒輪、小傘齒輪機(jī)艙、塔架構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)力要求1所述易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于發(fā)電機(jī)具有內(nèi)、外兩 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)子。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于輔助發(fā)電機(jī)外殼和主 葉輪軸為一體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特在于大傘齒輪裝于輔助發(fā)電 機(jī)外殼上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于主、輔兩葉輪轉(zhuǎn)向相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特點(diǎn)是葉片形狀、葉片數(shù)量、葉輪掃掠面積、發(fā)電機(jī)功率都能隨著風(fēng)速變化而變化，使風(fēng)機(jī)一直工作于最佳工況下，易變風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用兩個(gè)葉輪，理論最大吸納風(fēng)能效率83.5％，具有抵御極限風(fēng)力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK101196172SQ200810000480
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者陳亞洲 申請(qǐng)人:陳亞洲