基本信息
- 项目名称：
- 垂直轴风力发电装置
- 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：
- 为了克服现有垂直轴风力发电机叶轮的捕风器在逆风方向有较大的投影面积，旋转重心不固定等缺点，本发明提供一种高效的垂直轴发电装置，其捕风构件模仿自然界中鱼类的外形，捕风构件正面迎风时受到的旋转阻最小，在其他方向都会受到一定的旋转推动力，以达到最高效率。
- 详细介绍：
- 本发明在垂直轴上端固定多个水平连接杆，每个连接杆连接一个捕风构件。捕风构件结构为：在弧形导风板上、下端分别固定带有一定弧度的纺锤形捕风片，弧形导风板前端设有一“V”形捕风片，“V”形捕风片与上下纺锤形捕风片连接，连接处无缝隙，这样当不同方向的风吹向导风板时，气流沿导风板到达“V”形捕风片和上下捕风片，产生推力，推动捕风构件前进，并通过水平连接杆带动垂直轴转动；整个捕风构件与鱼的体形相似两头尖而中间凸呈纺锤形，这样使得捕风构件在旋转过程中受到的旋转阻力最小，提高了叶轮的效率。
作品图片
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
- 风能是空气的动能，它是自然界存在的取之不尽的能源之一，对于能源日益枯竭的今天，人类必须找到一种合理有效利用风能源的方法，而现有风力发电设备大都存在效率低，噪声大等却点，因此十分有必要设计一种高效，低噪声的风力发电装置。本发明根据形态仿生设计学原理，模仿自然界中鱼类的外形，设计一种高效的垂直轴发电装置。
科学性、先进性
- 本作品不同于戴瑞斯（Darrieus）式工作原理,无需外加动力，也不同于萨窝纽斯（Savonius）式工作原理，不依靠曲面构成捕风构件，而以鱼类外形为参考，在轴上固定多组流线型捕风构件，捕风构件内部为鱼骨型结构，以达到迎风面阻力小，逆风面捕风面积大的效果，从而提高能量转换效率。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利权转让
作品可展示的形式
- 图片、录像、图纸
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
- 本作品提供一种高效的垂直轴风力发电装置，该装置安装简单，只需固定垂直轴，并将立杆与发电机连接即可工作。该作品的高效性为有效利用风力资源开创了新的途径，随着化石燃料资源减少，成本增加，风力发电则具备较强的市场竞争能力，2030年以后水能资源将大部分开发完，风力发电的前景巨大。
同类课题研究水平概述
- 中国风力发电装机容量是345兆瓦，占世界风力发电总量24000兆瓦的1.43%。中国风电场总装机容量占全国电网总容量的0.07%.目前国内只有少量非并网的中小型风力发电机。中国是风力能丰富的国家,可利用风能约2.53亿千瓦，平均风能密度为100瓦/平方米.在世界上风能工业年产值已达40亿欧元, 发达国家风力发电的成本已低于火力发电,达到4美分以下。 在国内风力发电主要使用水平轴风机，垂直轴风机的研究还刚刚起步，2005年，国务院三峡办联合哈尔滨工程大学、中国机械科学院和哈尔滨电机集团等十多家单位，研制成功了我国第一台完全具有自主知识产权的50kW垂直轴风电机组小型试验机，该样机已在内蒙古化德县调试安装完毕并实现成功并网。目前在我国，兆瓦级垂直轴风电机组技术还是空白，50kW试验机的研制和运行，为进一步研制兆瓦级垂直轴风机在技术和实践上奠定了基础。 水平轴风轮的起动性能好已经是个共识，但是根据中国空气动力研究与发展中心对小型水平轴风力发电机所做的风洞实验来看，起动风速一般在4~5米/秒之间，最大的居然达到了5.9米/秒，这样的起动性能显然是不能令人满意的。水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样叶片所受的就是一个交变载荷，这对于叶片的疲劳强度是非常不利的，水平轴的发电机都置于几十米的高空，这给发电机的安装和维护检修带来了很多的不便。水平轴风轮的尖速比一般在5~7左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生很大的气动噪音。水平轴风机只有在迎风面与风向垂直时效率最高，这就要求风机安装地点风向基本恒定，限制了其使用范围。 而垂直轴风机可在不同风向环境中保持一个方向转动，对各个方向的风能都可以利用。在受力方面垂直轴风轮要比水平轴的好的多，由于惯性力与重力的方向始终不变，所受的是一恒定载荷，因此疲劳寿命要比水平轴的长。同时，垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面，便于安装维护。垂直轴风轮的尖速比则要比水平轴的小的多，一般在1.5~2之间，这样的低转速基本上不产生气动噪音，完全达到了静音的效果。无噪音带来的好处是显而易见的，以前因为噪音问题不能应用风力发电机的场合（如城市公共设施、民宅等），现在可以应用垂直轴风力发电机来解决。因此，垂直轴风力发电机比水平轴实用效率高，有更广阔的应用领域。
