本发明专利技术涉及低速高效机翼型立轴风力发电机及其制备方法，其特征是采用低速高效飞机升力翼型，特点在于：转速低、无噪声、扭矩大、翼型采风效率高，电机发电能力强、整机使用寿命长。专利技术包括翼型设计、发电自动控制、增速器、交直流逆变、照明自动切换等核心技术，通过将新材料、新技术整合，构成一种具有全新内涵的发明专利技术专利。额定转速250rpm；风速3m/s，可以启动，12m/s满负荷，25m/s为最大风速。联杆长度600mm；额定输出功率1000w。采用空气动力学原理，针对垂直轴旋转的风动模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率等。它用垂直直线5个叶片组成，采风面积大切风速度快，五角形形状的轮毂固定，连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制，输配负载所用的电能。根据空气动力理论，实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算模型，按叶片实际尺寸，每个叶片的旋转轴心距离为N米；用CFD技术进行模拟气动系数计算，采用离散数字方法求解翼形断面的气动力，用网格方法对雷诺数流动涡量分布比较形成高雷诺数下对Navier-Stokes方程进行数字模拟计算结果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低速高效机翼型立轴风力发电机的制备方法。属于能源、电力、住宅、 建筑、材料、控制、空气动力学领域。
技术介绍
小型风力发电机已是成熟的产品，不存在应用上的瓶颈。由于风力发电具有成本低、利用的可持续性高等特点，使小型风力发电走向城市、走向家庭、走向了更巧妙的实用阶段是小型风力发电机日益普及的必然之路。在众多的小型风力发电机生产厂商中，一直在探索重量轻、体积小、噪声小、低转速的微风启动发电的小型风力发电机，解决这个问题的瓶颈在于风力发电机的结构、翼型、转速启动力矩等技术难题。经过几年的实际应用和国内外用户使用的反馈建议，我们在原小型风力发电机 (专利:200710193833. 4 ；200810136200. 4 ；200910151201. 0)的基础上，开发了出了低速高效飞机升力翼型立轴风力发电机。其特点在于转速低、无噪声、扭矩大、翼型采风效率高，电机发电能力强、整机使用寿命长，又适合用于欧、美和具有鸟保护法的国家。目前，生产该类型垂直轴风力发电产品最多的是日本(2002年开始研究)，还有英国、加拿大等国目前也在研制中，这些国家的大部分产品在风轮设计当中采用平行连接杆， 这种方式对发电机输出轴要求较高，并且结构相对复杂，现场安装程序也偏多。另外，从力学方面分析，H型垂直轴风力发电机功率越大、叶片越长、平行杆的中心点与发电机轴的中心点距离越长，抗风能力就越差，所以立轴风机的功率只能小于5KW。经济性和社会效益分析和未来前景低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机，以3级风(相当风速3.4-5.4m/s)以上的平均时间按12小时计算，低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机电能输出日发电量可达10 度以上，每度电1.2元计算，则每日可节约电费12元。低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机按8000元价格计算，则4年左右即可收回全部投资。如按每套使用20年计算的话，则可节约电费在6万元以上。按发1度电耗煤0. 4千克计算，如每套自备电站使用20年的话，则可相当节约煤炭40吨、减少二氧化碳排放1500吨。由此可以看出，立轴滚筒1000W风力发电机的电能输出的经济性和社会效益分析都是十分显著的。近年来，新兴市场的风电发展迅速。在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业也迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。2006年全球风电资金中9%投向了中国，总额达16. 2亿欧元(约162. 7亿元人民币)。2007年，中国风电装机容量已排名世界第五。中国巨大的风电市场以及廉价的劳动力成本，吸引了大量国外风电巨头纷纷在中国设厂，或采取与国内企业合资的方式，生产的产品都被贴上了中国制造的标签。中国制造的风电设备产品占据越来越大的市场份额，风机产品正在经历一个由全球制造向中国制造的转变。由于风电属于新能源范畴，无论是成本还是技术同传统的火电、水电相比还有较大的差距。中国正逢风电发展的大好时机，风电设备市场需求增加。小型风力发电机的市场增长潜力巨大。因此中国风电设备制造业景气持续。纵观风电发展迅速的国家如德国、西班牙、印度，无一例外地都要有自主产品，注重国内风电设备制造“两个字”，我们要发展民族产业、创造自主品牌。
技术实现思路
低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机具备重量轻、体积小、噪声小、微风发电的能力。最早的垂直轴风力发电机是一种圆弧形双叶片的结构(Φ型或称为达里厄)，由于其受风面积小，相应的启动风速较高，一直未得到大力发展，部分厂家做了一些尝试，但效果始终不理想。为何当初采用φ型设计而没有用现在这种H型结构呢？实际上，由于H型垂直轴风力发电机的设计需要非常大量的空气洞力学计算以及数字模拟计算。为小型风力发电机投入巨大的成本不值得，再加上实验成本也相当高。我们专利技术的低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机的翼型是以航空动力学作基础理论结合立轴风力发电机力矩、转速要求的特点完成以下设计指标额定转速250rpm;风速3m/s可以启动，12m/s满负荷，25m/s为最大风速。联杆长度600mm;额定输出功率1000w。根据之前的理论分析，现初步设定叶片翼型设计的指标，如下最大升力系数CLfflax彡1. 5 ；失速迎角α | CLmax彡15° ；最大升阻比CL/Cd_max彡40 ； D 0.4。以上要求为风速10m/s时同时满足。本报告定义如下变量符号尖速比义二^〔[2,8]、cj=裝、有效拉力系数Ct = Cl Sina-Cd cos aV2Λ根据资料λ = 5时，风机的效率达到最大，接近0. 4。此时对应的风速V = 30m/ s。考虑性能要求，设定V = 10m/s。此时λ = 15。叶片弦长c = 0. :3m。现已确定的机械参数为R = 0. 6m ;Nb = 5 ； ω = 250rpm空气动力学参数为温度T = 288. 15K = 15°C ；空气密度 P=I. 225kg/m3 ；风速 V = 10m/s ；雷诺数 Re-^- = 20.5xl04。μ计算工具的说明及翼型选型计算结果通过求解NS方程来计算粘性流动下翼型的气动特性。并且通过相关程序的修改， 使之适应超低速下的翼型的气动计算要求。采用空气动力学原理，针对垂直轴旋转的风动模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率等。它用垂直直线5个叶片组成，采风面积大切风速度快，5角形形状的轮毂固定，连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制，输配负载所用的电能。该技术原理根据空气动力理论，实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算模型，按叶片实际尺寸，每个叶片的旋转轴心距离为N米；用CFD技术进行模拟气动系数计算，计算原理采用离散数字方法求解翼形断面的气动力，用网格方法对雷诺数流动涡量分布比较形成高雷诺数下对Navier-Stokes方程进行数字模拟计算的原理结果。具体实施例方式由于此种设计结构采用了特殊空气动力学原理、三角形向量法的连接方式以及增速结构的原理，风轮的受力主要集中于轮毂上，这种结构不可能轮毂有较快的转速，但是这种结构抗风能力较强，运转时无噪音以及电磁干扰小等特点，特别还体现在人类对自然环境的保护法上，未来的小型风力发电机应用，低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机是主流产品。使用低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机优越性非常明显，此种设计的瓶颈是风叶和电机，H型垂直轴风力发电机的电机必须是低速的，我使用永磁电机通过我设计的增速器以1 4的比值完成实验，当轮毂转动60转/min时，电机已进入满负荷的正常发电转速。风叶的材料是全铝合金拉伸工艺重量轻、强度高、互换性好，表面采用纯阳极氧化然后电泳处理，可在任何条件的自然环境下使用寿命达20年。低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机结构特点a.结构简单零部件少低速、高效、飞机翼型立轴风力发电机是按GB/T13981-1992设计。永磁风力发电机、铝合金风叶、增速器、中心旋转轴、铝合金风叶连杆，共五个大件。b.结构牢固运转灵活中心旋转轴轮辙与连杆是用螺丝相连然后加装锁紧丝母，连杆和轮辙都是铝合金结构既有强度又不会生锈，安装特别简单方便，连杆和轮辙牢固不会松动、不会位移。c.中心旋转轴中心旋转轴在支承座套中采用了两级不同类型的滚本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．本专利技术涉及低速高效机翼型立轴风力发电机及其制备方法，其特征是采用低速高效飞机升力翼型，立轴风力发电机特点在于：转速低、无噪声、扭矩大、翼型采风效率高，电机发电能力强、整机使用寿命长。其专利技术中包括翼型设计、发电自动控制、增速器、交直流逆变、照明自动切换等核心技术，通过将专利技术、新材料及通用技术进行有机的整合，构成一种具有全新技术内涵的专利技术专利。
【技术特征摘要】
1.本发明涉及低速高效机翼型立轴风力发电机及其制备方法，其特征是采用低速高效飞机升力翼型，立轴风力发电机特点在于转速低、无噪声、扭矩大、翼型采风效率高，电机发电能力强、整机使用寿命长。其专利技术中包括翼型设计、发电自动控制、增速器、交直流逆变、照明自动切换等核心技术，通过将专利技术、新材料及通用技术进行有机的整合，构成一种具有全新技术内涵的发明专利。2.根据权利要求书1所述的立轴风力发电机的翼型是以航空动力学作基础理论结合立轴风力发电机力矩、转速要求的特点完成以下设计指标额定转速250rpm ；风速3m/s可以启动，12m/s满负荷，25m/s为最大风速。联杆长度600mm ；额定输出功率lOOOw。采用空气动力学原理，针对垂直轴旋转的风动模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率等。它用垂直直线5个叶片组成，采风面积大切风速度快，五角形形状的轮毂固定，连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制，输配...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁树才，李青山，
申请(专利权)人：丁树才，
类型：发明
国别省市：13
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