基本信息
- 项目名称：
- 新型垂直轴风力发电机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 新型垂直轴风机采用H型叶片和S型叶片的组合结构，使用超越离合器连接两种类型的风叶。低风速时,S型叶片首先开始转动,通过超越离合器带动H型风叶启动。随着风速逐渐增大,H型叶片转速可能超过S型，此时超越离合器发挥作用，保证两类叶片同轴异速转动。此设计使风机在具有低启动风速的同时，具有较高风能利用效率。同时风叶结构简单，生产成本低，对风向无特殊要求，很好的切合了城市风电和偏远地区的风力发电要求。
- 详细介绍：
- 目前应用最广泛的小型风力发电机多为水平轴结构，因其自身的结构特点，在风向多变和低风速地区的应用受到了一定限制。本作品采用垂直轴风机结构，汲取了现有的两种垂直轴风叶的优点。不仅成功克服了水平轴风机无法很好处理的问题，其性能也较一般单翼型垂直轴风机优越。 新型风机以H型叶片为主体，在其上方安装了两组呈90度排列的S型叶片。两种类型的叶片使用超越离合器进行连接。当风速较低时，S型叶片可产生较大的转矩，带动其下方的H型叶片共同启动。当达到一定风速时，H型风机的转速将会超过S型。此时超越离合器发挥作用，使两种类型的叶片同轴异速转动。新型风机在结构上的设计使其能够在低风速下启动，并且在H型叶片转速较快时两种叶型的叶片自动分离，从而保证了风机整体拥有较高的风能利用率。 新型风机的安装简单，对场地的要求较低，可独立的在场地进行架设，也可以依附于楼宇、路灯灯杆安装。对架设处的风向没有特殊的要求，在风向较为多变的情况下，也仍可以有较高的风能利用效率。其低风速启动，多风向保持效率的特点很好的切合了城市及偏远地区风力发电的要求，拥有广阔的市场前景。
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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
- 在垂直轴风机叶型中，S型具有较大的启动转矩，H型具有较高的风能利用率，将两种叶型的优点结合起来，制作出一种启动风速低、风能利用率高的新型风力发电机；创造性的将两种不同特点的风机叶型按照设计构想进行了组合，并且在两种叶型之间采用超越离合器结构进行连接，在技术上保证了其能够低风速时同速旋转，高风速时异速旋转。
科学性、先进性
- [1]本作品在原理上结合不同叶型各自的优点，较好的解决了H型风机低风速下不能启动的问题，扩大了风速的利用范围。 [2]全方位接收来风，可应对风向多变的情况，无需偏航系统和调向装置，降低了架机难度和运行成本，同时也提高了总的风能利用率。 根据《小型垂直轴风力发电机在国外的新发展》、《垂直轴风力发电机的发展趋势和应用》等文章可知，现有的技术中主要是通过改变迎风攻角、采用特殊叶型、改进加工工艺以减小摩擦等方式来降低风机的启动风速提高风能利用率。但是由于这些风机本身的结构特点，在理论上就限制了启动风速的进一步降低。 根据《风力机的理论与设计》一书所提供的方法计算，可得知S风机具有较大的启动转矩，而我们的作品正是建立此基础之上，从原理上保证了新型风机的低启动风速性能。通过超越离合器结构的应用，使其也继承了H型垂直风机包括高风能利用率高在内的优点。
获奖情况及鉴定结果
- 参加2009年全国电工理论与新技术年会（浙江大学），并作学术发言，介绍该风力发电机的初步设计构想 参加2009年第二届全国大学生创新论坛（东南大学），进行展板展示并作学术发言，介绍该风力发电机的结构以及运行过程 2010年参展了“首届北京市大学生科学研究与创业行动计划项目成果展示与经验交流会”
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利实施许可
作品可展示的形式
- 模型、图纸、图片、实物
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
- 新型垂直轴风机具有启动风速低、风能利用率高的特点，能够在风向不定的情况下持续稳定运行，较一般风机对安装环境要求低，适应性强。可以应用于以下场合： *大型风场应用，适合较大面积，装机量较大的大型风场 *草原牧区和边远山区应用，适合于电网无法到达地区居民用电和哨所用电 *城市基础设备使用应用，适合用于居民用电，公共设施照明用电等 风机具有低启动风速，扩大了风能的利用范围，从而增加了总的发电量。同时也降低了风机对风速风向的要求，从而使风机对环境的适应性更强。 我国风能资源丰富，并拥有着大量的常规电网无法覆盖的偏远地区。在城市中，大量的基础照明和公共设施的用电正逐渐尝试由新型能源提供。随着偏远地区居民生活水平的提高和节能减排战略的实施，新型垂直轴风机将拥有大量的市场需求。加之风机生产成本较低，商品化后较易占据一定的市场份额，获得可观的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 垂直轴风力发电机的研究取得了发展，很多形象各异的商用小型垂直轴风力发电机已成功投入市场。国外比较大的公司有加拿大的Cleanfield Energy公司，主导产品：额定功率3.5kW；风轮高度3m，直径2.5m，升力型翼型；玻璃钢纤维和钢材材料；质量181.4kg。美国Mag—Wing公司，主导产品（如图3）：额定功率5kW；额定风速12.5m/s；启动风速2.3m/s；最高风速45 m/s。美国Pac—Wind公司，主导产品：发电机高0.15m，直径0.45m，质量3.6kg；风轮高1.22m，直径0.76，质量2.7kg。 国内麟风风电设备公司主导产品为H型垂直轴风力发电机。该公司在垂直轴风力发电机上采用了变“攻角”技术，使风轮在转动过程中，根据风速、风向的变化情况，叶片始终能处于最佳的“攻角”位置，从而提高了风能利用率。 2006年7月22日，中国垂直轴风力发电机试验基地在内蒙古化德县正式启动运行，50kW小样机组已建成投入运行，且开始发电。2007年9月，由陕西水电设备公司和哈尔滨发电设备研究中心联合开发设计的1.5MW垂直轴永磁风力发电机研制成功，并在张家口风电场安装运行。该发电机使用变速恒频技术，改变了目前风力发电机齿轮高速易损坏、难维护等缺点。
