帆式风力发电机演示.pdfVIP

帆式风力发电机 简介 专利持有人张晓鹤 1.帆式风力发电机简介 • 帆式风力发电机是不同于现有任何一种风力发电设备的具 有完全自主知识产权的风力发电设备。 • 它基于不同的理论基础、独立的设计方法，使得帆式风力 发电机具有卓越的性能表现。 • 它可获得更大的单机输出功率、更低的制造及安装成本、 更小的风场空间占有、更好的与风场的耦合性能以及更为 优越的抵抗灾害天气的能力。 帆式风力发电机 全景图 点击 此图 2. 目前的风力发电机现状 目前能作为风力场发电的风力发电机有以下几种形式： • 螺旋桨式风力发电机： 这是目前最为广泛使用的 主流风力发电形式。 •Darrieus式风力发电机： 较少采用，据称性能与 螺旋桨式风力发电机相比 略好。 3.与现有风力发电机的性能比较 在此我们以输出功率为1MW的风力发电机机型为基 准进行参数对比。 由于尚未进行实物验证，帆式风力发电机的参数 基于理论计算。 3.1迎风面积比较 •螺旋桨式风力发电机 *螺旋桨数为3片 *其单片螺旋桨长约为27米。 *运行时的直径即工作宽度为54米。 *迎风面积为2290平方米。 *运行最高点达到70米。 *做功面积与迎风面积相同。 •帆式风力发电机 相同的输出功率条件下，根据计算得到： *风帆数为6叶。 *风帆高为27米。 *垂直回转半径为9米 *迎风面积为486平方米，仅相当于螺旋桨式的21%。 *做功面积为1527平方米，仅相当于螺旋桨式的67%。 *运行时的工作宽度为18米，仅相当于螺旋桨式的33%。 *运行时的最高点约为40米，仅相当于螺旋桨式的57%。 帆式风力发电机具有比螺旋桨式发电机更容易从风场获取能量的 能力。 3.2叶尖线速度比较 •螺旋桨式风力发电机 *螺旋桨桨叶长度为27米。 *螺旋桨的旋转速度为25转/分 *螺旋桨桨叶的线速度处处不同，叶尖处为最大，达到71米/秒。 • 帆式风力发电机 *风帆的回转半径为18米。 *风帆的回转速度为45转/分 *风帆的线速度处处相同，达到42.5米/秒，仅相当于螺旋桨式的叶 尖线速度的60% 。 3.3风叶迎角与风力场耦合效果比较 •螺旋桨式风力发电机 为了适应不同的线速度，桨式风力发电机桨叶的迎风角沿 长度方向是连续变化的，根部最小而叶尖部最大，这是螺旋桨的 典型形态。通常它只匹配于某一特定风速，而且迎角的调节特性 是非线性的。让其进入失速状态虽然可以很好地简化调节方法以 适应不同的风速。但是桨叶尾流中的紊流加大，与风的耦合状态 变差，会增加风阻且效率降低，加大对风场的扰动，不利于集群 发电。 • 帆式风力发电机 帆式风力发电机的同一风帆长度方向运行线速度处处相等， 迎风角亦处处相等，与飞机的机翼相仿，因此可以通过调节迎角线 性地调节轴功率。出力调节特性好，风帆尾流中无紊流或紊流较小， 对风力场的扰动最小。 每一片风帆均处于塔体回转圆周的母线上，沿圆周线运行。 因此作用在风帆的风力对主轴出力的贡献达到最大化。风的耦合效 率最高，特别适合风力场集群发电。 3.4风叶的出力比较 •螺旋桨式风力发电机 桨式风力发电机桨叶距叶尖40%长度其覆盖的面积占到64%， 而距根部的60%长度其覆盖面积仅占36%。桨叶根部的60%长度以强度 为主从而抵抗空气强大的切变力和离心力并传递动力，而仅尖部的 40%长以叶形为主从而获得良好的空气动力学性能从空气中获得动力。 因此，桨叶做功的效率并不高。 • 帆式风力发电机 帆式风力发电机的同一风帆沿主轴运行圆柱的母线方向设置， 长度方向线速度处处相等，迎角亦处处相等，对主轴出力的贡