基本信息
- 项目名称：
- 一种双垂直轴风力发电机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对现有的水平轴风力发电机风能利用率偏低，造价高，安装维护困难的缺点，设计了一种垂直轴风力发电机，能最大限度的利用风能，提高效率，并且结构简单、造价低。
- 详细介绍：
- 现有的垂直轴风力发电机由于叶片固定，叶片运动阻力较大，虽然有的叶片背部成流线型，但运动阻力仍不可小视，而本发明，叶片可以在风力作用下自动改变叶片的角度。迎风半周时，叶片垂直于风场，最大限度的利用风能，逆风半周时，叶片平行于风场，运动阻力极小，大大的提高了效率。此设计方案最大价值在于结构简单，造价低，风能利用率高，，可以大功率运行，效率高于现有的垂直轴风力发电机。 一种双垂轴（变矩）风力发电机，见设计图纸：包括发电机（7）、风轮毂（6）和叶片（1），叶片（1）通过支架与风轮毂（7）连接，所述支架是由风轮毂（6）向外伸展的上横梁（2）、下横梁（5）、垂直轴（4）和限定轴（3）组成，上横梁（2）和下横梁（5）上、下对应，在上横梁（2）、下横梁（5）之间固定有垂直轴（4）和限定轴（3），限定轴（3）在垂直轴（4）内侧，叶片（1）一端设有销孔，叶片（1）通过销孔与垂直轴（4）铰接，垂直轴中心线（8）和限定轴中心线（9）之间的间距a短于垂直轴中心线（8）与叶片自由端边线（10）的长度b。本实用新型具有受风阻力小，风能利用率高，结构简单，成本低廉，维护方便的特点。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：针对现有的水平轴风力发电机效率偏低，造价高的缺点，设计了一种垂直轴风力发电机，能最大限度的利用风能，提高效率，并且结构简单、造价低。 基本思路，创新点，技术关键：风轮和叶片是风力发电机发电效率大小的关键，此双垂直轴风力发电机可以在风力作用下自动改变叶片的角度，迎风半周时垂直于风场，最大限度的利用风能，逆风半周时平行于风场，运动阻力极小，大大的提高了效率。
科学性、先进性
- 现有垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机比较：通过CFD模拟结果来看，垂直轴风轮的风能利用率不比水平轴的低，国外也有机构经过实验表明垂直轴风轮的风能利用率在40%以上。另外，在实际环境中风向是经常变化的，水平轴风轮的迎风面不可能始终对着风，这就引起了“对风损失”，而垂直轴风轮则不存在这个问题，因此在考虑了对风损失之后，垂直轴风轮的风能利用率完全有可能超过水平轴风轮。本发明对比现有垂直轴风力发电机的优势：现有的垂直轴风力发电机由于叶片固定，叶片运动阻力较大，虽然有的叶片背部成流线型，但运动阻力仍不可小视，而本发明，叶片可以在风力作用下自动改变叶片的角度。迎风半周时，叶片垂直于风场，最大限度的利用风能，逆风半周时，叶片平行于风场，运动阻力极小，大大的提高了效率。综上所述，本发明要比各种类型的垂直轴风力发电机的效率高。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月10日在某机构由该机构专家组成的鉴定小组进行了会议鉴定。鉴定专家一致同意通过技术鉴定。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 商议
作品可展示的形式
- 模型，图纸，现场演示，图片，录像等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 风电发电技术是具强劲竞争力和发展前景的一项可再生能源技术，将在能源供应中发挥越来越重要的作用。所以设计性能优良的风力发电机显得尤为重要，此设计方案最大价值在于结构简单，造价低，风能利用率高，可以大功率运行，效率高于所有现有的垂直轴风力发电机。本项目目前处于中试阶段已完成发电机的框架模型，接下去的主要工作是将电机与框架模型结合进行试验。
同类课题研究水平概述
- 旋转轴是垂直的风力发电机叫垂直轴风力发电机。21世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机，有别于最早的垂直轴风力发电机（达里厄型），效率高于水平轴风力发电机，无噪音和转向机构，维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选，由于成本远低于目前的风力发电机，必将逐步取代水平轴风力发电机，成为世界新能源的主力军。 第一个优势就是良好的受风多向性，在风速不稳定、风向变化频繁的地方，垂直轴风力机有着更强的适应性。 第二个优势是恒定的受力特性优势。由于垂直轴风力机惯性力与重力的方向始终不变，所受的是一恒定载荷，因而叶片疲劳寿命相对长；而水平轴风力机叶片收到重力和惯性力的双重作用(重力方向不变，惯性力方向随时变化)，一方面对于叶片的疲劳强度非常不利，另一方面也制约着水平轴风力机叶片尺寸的进一步增大。可见，垂直轴风力机有着向兆瓦级大型风力机进一步发展的潜力。 第三个优势是发电机安装位置的优势。垂直轴风力机更容易实现直接驱动，并允许它的发电机安装在塔架的底部，方便安装、控制和维护，同时减轻了塔架的重量和结构负载；而水平轴风力机的发电机通常都置于几十米的高空，也给发电机的安装、维护和检修带来了诸多不便。可见，垂直轴风力机在安装和维护成本上也远低于水平轴风力机。 现有的垂直轴风力发电机由于叶片固定，叶片运动阻力较大，虽然有的叶片背部成流线型，但运动阻力仍不可小视，而本发明，叶片可以在风力作用下自动改变叶片的角度。迎风半周时，叶片垂直于风场，最大限度的利用风能，逆风半周时，叶片平行于风场，运动阻力极小，大大的提高了效率。综上所述，本发明比各种类型的垂直轴风力发电机的效率高
