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新结构可使风电效率倍增

2012-10-13  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:发明人:戚胜基 手机:13066577306 专利申请号201310109970.0邮箱:24147026@163.com
与现有技术比风轮直径相同,发电能力可提高10倍。因结构简单整机造价至少降低60%,1.5米/秒低风速即可切入的风力发电机,样机试制成功!

成功理由在于:打破现有三叶片格局,创新一种‘‘全叶尖’’风力发电机。全叶尖,就是相当于将整个叶片,分割成多段并变形为叶尖,均布在轮缘上。因为1、相同单位面积的叶片,所设位置不同效率可相差五倍。原理1、假如叶尖上有10公斤的作用力,叶片是80米长,相对于主轴的力钜就是800公斤。同样10公斤的作用力,作用与叶片长度的百分之八十处,相对于主轴的力扭就剩400公斤了……。也是同样10公斤的作用力,分散在现有技术的整体叶片上,相对于主轴的力扭就所剩无几了,因为筒形结构的叶根气动性为零,叶中的气动性远比叶尖差的多。原理2、由于轮缘的周长是现有三叶片轮毂的几十倍,可设叶片总体面积至少增加2倍。因此现有1.5兆瓦(直径85米左右)的风轮即可达到15兆瓦,轮径相同效率提高10倍。

注(轮缘的支撑是由水平轴两端上的牵引法兰,通过斜拉索与轮缘连接在一起,形成一个三角珩架轮体。直接将叶尖均布在轮缘上)。

这不是天方夜潭!本人试制了一台直径6米的小型样机,分别在轮缘上设置了三叶片、六叶片、九叶片,叶片单体面积0.4㎡(相当于现有技术叶尖三倍)其结果:三叶片在风速1.5 米/秒即可启动,增至六叶片、九叶片时叶轮扭矩成倍增加,证明了全叶尖(即多叶尖)技术,叶轮扭矩可成倍提高。

低风速启动意义在于:风电的间歇性得以改善、发电时长大幅度提升、适应区域更广泛。以发明人所居住沈阳市为例,从13年11月1日供暖至今(14年1月16日),风速均在3-4级有时6级,只有8天风速为3级以下,风速低于2级以下仅有1天,即便是2级风速也在1.6-3.3 m/s之间,气象条件可接近无间歇发电,足以为北方实施 以电 代煤供暖,提供切实可行技术支持。

按现有技术,叶片长度每增加20%扭矩可提高一倍,本专利就会增加多倍。因为现有三叶片无论是轮径増加多大,只有三个叶片在扩展,而本专利如15兆瓦叶轮是30个叶片,等于30个叶片均在扩展,由此可见风轮扭矩是以倍率在提升。

强度保障理由:1、变桨距功率调节方式:可根据风速不同,增减载荷,如弱风时30个叶片均处于迎风状态,(等于30个叶片在岀力)超低风速即可启动。强风时根据风速不同,处于迎风状态的叶片数量可调整至3、6、9……片不等,其余叶片处在顺桨状态。因此工作风速从1.5米/秒(轻风)至33.3米/秒=120 k/m(台风)之间确保安全运转。2、取消叶根及叶中的过渡支撑,叶轮实度可减小60%,(容积比)气流通过速度更快、更安全、更高效。3、斜拉索是以放射状,设置在中心轴两端上的牵引法兰与轮缘之间, 这种结构承载力均衡,叶轮旋转时围绕中心轴所产生的是离心力,是在轮缘保护范围内,因此可以安全抵消。只要设计的好!多叶片风轮会更安全可靠。

结构简单造价低理由:1、通过轮体结构创新,将多个叶尖直接均匀设置在轮缘上,因此15兆瓦超大型风机,叶片单体面积只有2平方米左右、厚度几毫米、一个平方几公斤,占整机造价百分之零点零几,微乎其微的造价,即设置在效率最高的位置。因此超大型风机叶片具有小型化、轻量化、又有韧性好的特点,是叶轮钢度最理想、最高效、结构最简单的设计方案。叶片小型化,从加工工艺、制造难度,所使用的材料、成本、吊装、运输等等均是根本性的改变。2、本专利除了叶片以小型化以外,轮缘、偏航平台等超大型部件均可分段制造现场组装。3、只要设计的好!叶片截取的风能,不需传递至根部(中心轴),直接在轮缘上设置传动圈。因此发电机设置有二种方案:方案1、(永磁直驱式发电机)在传动圈上设置永磁体,您可以视为发电机大转子,偏航平台上设有与转子弧度一至,一段开放式绕线组,可以视为发电机定子。由于转子轮径较大,所以它的切线速度快,这样就是叶片位其中、转子设边缘、线组只一段、一台理想化、超大型永磁直驱式风力发电机。并克服了现有机型,因转子直径小、转速又低,切割磁力线慢,所造成发电机低效,更简单高效、而且造价超低丶功率更大。

发电机设置方案:2、(双馈发电机)采用总功率分解的方法。例:总功率15兆瓦可以为3台5兆瓦,及一台备份发电机,4台发电机均设置在偏航平台上,传动圈直接啮合或紧配合发电机轮,因大圈带小轮调速范围宽,增速比在1:70-100之间。发电机均可随时切出、切入,大风时切入发电机多(增加载荷),弱风时切入发电机少(减少载荷),启动风速就低,可做到零载荷启动。不影响整机运转,即可将需维修的发电机随时切出,启用备份机。具有维修方便的特点。

本专利采用存油型,滑动轴、密封轴承座,轴与轴瓦是在润滑油中转动与外界隔离,不存在、不完整油膜。维护时只须排出污油、注入新油即可。由此您可联想到汽车发动机,凸轮轴(曲轴)与轴瓦之间就是在润滑油中高速长久运转而不易磨损,不但节省了几十万元的轴承费用,并且可终身使用(20-25年整机使用期限内)。

根据滑翔机之父:李林塔尔的曲面比平面升力更大这一定义,带折角的叶片,在其叶片宽度六分之一处设有一折角,并纵向延伸至叶片两端。目的在于,风作用与叶片时可产生一个切变,多了一个作用力。这种形状叶片及原理,您可联想到固定翼飞机起飞时,水平翼与襟翼之间形成一个角度,可产生巨大的升力。带折角的叶片与现有叶片比,升力更大。巧妙的将空气动力学原理运用于叶片设计、气动性能好。所以风轮转速及扭矩也明显提高、实验证明效果非常明显。

导流板可产生巨大能量,它设置在偏航平台上,是呈扇形结构。其目的(○)(1)、可将风轮中、下部风力提升至与中、上部风力基本接近,解决了因叶片所处上、下位置不同,风速不同叶片受力不均,所产生的抖动及噪声。(○)(2)、由于导流板有整流功能,又缓解了风电场,群机排列时,前机尾流对后机的扰动。(○)(3)、就是聚集更多的风能通过风轮作用与叶片,风轮扭矩可提升3%。导流板设置在偏航平台上,只有本专利可以做得到,因为本专利有这个偏航平台,现有技术风机做不到。是根据气流遇阻力体,形状不同而改变方向不同设计的。

只有结构简单可靠性才会提高,大幅度降低造价。本专利只是现有技术三分之一的造价(5兆瓦),10-15兆瓦造价更低。假如获取100%的利润,还有100%,假如获取200%的利润,我们依然有优势可言,如机械强度的保障,我们的大型化15兆瓦级,是别人望尘莫及做不到的。除全叶尖技术外,偏航、刹车、变桨均采用液压方式,其中液压管路是通过液压旋转接头,经空心轴导入旋转的叶轮至液压缸,液压缸活塞一伸、一缩即可完成变桨。

本发明的意义: 整机设计解决了风电领域多个难题,多个发明点显而易见,有理有据。专利看什么?就是看结构,只有在结构上有巧妙的创新,技术上才会有重大突破。

为了您投资安全丶可靠,建议您只需较少的投入,先试产样机。验证技术可行后,可采用无厂化、代工生产的运作模式。例如:美国耐克公司,中国的小米手机(年产均值超百亿)。因为有核心专利技术及专心打造自有品牌,可把研发基地直接设在别人工厂里,委托别人代加工生产,自己只是负责技术再研发和营销,打造品牌。不必承担设备折旧,以及自建工厂和生产管理的成本及风险,投资额度低(以确保质量为前提)有利于做大、做强。对于前两位参与样机试制成功者,给以最惠专利转让,真诚的合作不收取专利入门费。

更多发明请至电发明人。发明人:戚胜基 手机:13066577306 专利申请号201310109970.0邮箱:24147026@163.com

 
 

(来源:戚永维)

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