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10兆瓦風力發電機設計方案
2012-10-09 來源:中國風能設備網
 
 
一、創新技術:與現有技術比風輪直徑相同,發電能力可成倍提高。 超大型風輪鋼度,得到根本性解決。整機造價至少可降低50%。除此之外還有多項巧妙設計。這不是天方夜譚,只有在結構上巧妙創新,才能使風電技術有一個革命性的突破。此設計以獲國家發明專利授權,國家發改委將本專利入編《重點高新技術項目》之中。
二、背景技術:一個超大型葉片,長幾十米,重達十余噸,而且葉尖線速高達100m/s即時速360k/m。只是靠一端與輪轂連接,顯然是弱不禁風,力學結構也不合理。靠材料升級?更好的材料,只能讓葉片更加昂貴,葉片長度及強度卻很難有大的跨越。要想從根本上解決其鋼度問題,那就是結構必須創新,讓單一支撐葉片改變為雙支撐。葉片增加了一個支撐點,相比疲勞壽命及載荷能力可增加若干倍,可以輕而易舉突破現有技術長度。切底走出單一支點、一體葉片越作越大,材料不斷升級,強度確難以解決的死胡同。
三、葉片另一支撐點來自輪緣:(圖二5所示)它設置于葉片端部(葉尖),其強度保障及可行性,您可聯想到,大到摩天輪,小到自行車圈原理均是通過放射狀斜拉索或輻條,將輪緣承載力集中至之心軸上。(也就是將葉片中上部承載,通過斜拉索回歸中心軸套之上)。從古至今人們都是以這種方式,來保證輪體強度。發明人只是例舉摩天輪來論證這種結構與強度之間關系,您千萬別將其看成摩天輪那樣笨重。以北京朝陽公園,208米高的摩天輪為例,48個轎廂每個轎廂自重18噸加乘員之合,只是輪緣承重即可高達1000余噸。又因其載人,安全余量就更大。如此高大、重載、確保安全主因是結構合理。而結構原理相同的風輪是空載,因此輕便的風輪與笨重的摩天輪沒有可比性,(與現有風輪重量基本相當)。雙支撐葉片最大好處1、葉片內可貫穿鋼纜,兩端固定,是葉片鋼度最理想的解決方案。2、大風時葉片上百噸的風載可以抵消。原理是:三個葉片是等距分布于中心軸套與輪緣之間,風又是橫向作用與葉片,三個葉片受到等同的力就會被抵消。注:(在兩個支撐(連接)點之間會產生相互之間的拉力,)只有這種結構才能做到。而現有葉片巨大的風載,及自重只能靠增加葉片根徑來緩解。可見兩者載荷強度及疲勞壽命差異明顯,是有本質區別的。由于輪體有足夠的強度保障,切出風速及生存風速要遠高于現有技術。輪緣即可以為葉片提供離心力保護,又增加輪體慣性,受瞬間風力波動小。
四、由于設有輪緣:輪緣與中心軸套,為貫穿與葉片內鋼纜提供了兩個連接點。因此具有強度高、韌性好的葉輪,至少有七種設計方案。
方案一:蒙皮葉片;鋼纜固定中心軸套與輪緣之間做為縱梁,輕質合金制作肋梁、內設充氣氣囊或輕質添充物,外蒙韌性好耐腐蝕的尼龍布。
方案二:分段式葉片;在葉輪中間設傳動支撐圈。(圖二8所示)目的1、對超大型風輪中間提供了一個環形支撐,起到加固作用。2、它可以傳動發電機,由于大圈帶動小輪而無需變速齒輪箱,速比即可達到1:120-180。3、為二段葉片提供了一個連接與支撐點。因此超大型葉片可分段制造,在此連接。葉片可分段制造,從加工工藝、制造難度,所使用的材料、成本、吊裝、運輸等等均是根本性的改變。
方案三:增設副葉片:(圖二17所示)根據葉片寬度及葉片數量與轉速成正比,這一理論。輪緣與傳動支撐圈之間設有副葉片,目的在于不增加葉片長度,即可捕獲更多的風能。副葉片長度只是主葉片的50%,因其設置于葉輪中上部,所以可產生相當于主葉片80%的升力。
將副葉片設置于葉輪中上部又一因素,是為了不增大風輪中間阻風面積。背景技術:以現有2兆瓦為例;風輪直徑93米,周長就可達到300米左右。三個葉片,葉尖相隔100米,副葉片設置就是巧妙的利用了這一巨大的空間。因此與現有三葉片技術比較,與3兆瓦風輪直徑相同,即可做到10兆瓦,扭矩大幅度提高。
方案四:根據曲面比平面升力更大這一原理,帶折角的葉片。(本人另一發明專利圖中未示出)在其葉片寬度六分之一處設有一折角,并縱向延伸至葉片兩端。目的1、風作用與葉片時可產生一個切變,多了一個作用力。2、葉片反面減少阻力。3、折角可增強葉片鋼度。它結構非常簡單,與現有粗大葉根比,通體厚度只是幾厘米的玻璃纖維板。這種形狀葉片及原理,您可聯想到,固定翼飛機起、降時,水平翼與副翼之間形成一個角度,所產生巨大的升力。帶折角的葉片與現有葉片比,升力更大。巧妙的將空氣動力學原理運用于葉片設計,氣動性能好。所以風輪轉速也明顯提高、扭矩大,實驗證明效果非常明顯。是現有葉片重量三分之一、造價二十分之一、效率提升五分之一。
方案五:葉片斜拉索(圖一7所示)一端固定與中心軸套另一端斜拉至葉片中部。目的是通過斜拉索將三個主葉片中部承受力通過中心軸套,將其等距等同的力相互抵消。
方案六:(本人另一發明專利圖中未示出)由于設有輪緣,因此輪緣就可以設置永磁體,您可以視為發電機轉子,平臺上U型支架設有繞線組,可以視為發電機定子。由于輪緣直徑較大,所以它的切線速度高,這樣就是葉片位其中、轉子設邊緣,一臺理想化超大型永磁直驅式風力發電機。并克服了現有機型,轉子轉速低,切割磁力線慢所造成發電機低效,更簡單高效。
方案七、本專利采用含油型密封軸承座,軸承是在潤滑油中轉動與外界隔離,維護時只須排出污油,注入新油即可,由此您可聯想到汽車發動機凸輪軸(曲軸)與軸瓦之間就是在潤滑油中高速長久運轉而不易磨損,因此軸承可終身使用(20-25年整機使用期限內)。
綜上所述:本專利葉片具有大型化、輕量化、強度高又有韌性好的特點,海、陸皆宜。玻璃鋼制造足以,無需碳纖維,更不需要人們未來所期待的納米材料。超大型葉片是超大型風電機最基礎、最關鍵的控制性部件,可想超大型葉片設計、制造難度之大。本專利風輪設計必將對風電領域產生深運的影響。
五、關于風輪直徑相同,扭矩可成倍提高的理由。1、帶折角的葉片扭矩可提高10%。2、葉片增加寬度,扭矩可提高30% , 因為葉尖多10公斤的作用力,葉片長度是70米,相對主軸的力鉅就是700公斤。3、副葉片可提高80%風輪扭矩。4、聚風罩設計又有20%葉輪增效因素。與現有技術做個比較,葉片長度均是61米,現有技術為5兆瓦,本專利可達到15兆瓦。根據葉片長度每增加20%,發電能力提高一倍,這一原理。本專利葉片長度增加10%,至67.1米,單機容量超越20兆瓦,其葉輪強度也遠遠優于5兆瓦61米現有技術葉片。
六、整機結構概述:機座及偏航(本專利統稱轉盤式平臺圖一13所示)之上設有雙支撐水平軸風輪及設置發電機。發電機采用總功率分解的方法。例:總功率6兆瓦可以為3個2兆瓦,及一個備用發電機。4個發電機均設置在葉輪支撐架⑩中下部(傳動支撐圈直接嚙合發電機輪)可隨時切出、切入,大風時切入發電機多(增加載荷)。弱風時切入發電機少(減少載荷)。啟動風速就低,可做到零載荷啟動。有別于現有風機滿載荷啟動,啟動風速高這一缺點。不影響整機運轉即可將需維修的發電機隨時切出、切入,具有維修方便的特點。由于雙支撐風輪及發電機均設置于轉盤式平臺之上,注:(平臺高度略低于葉片最低點)將上百噸的重量下移幾十米(一個葉片高度),具有穩定性好的特點。可在地面基礎之上組裝后,借助于三點成一面的穩定性,三根塔筒可通過液壓裝置梯級自助升高,不受塔機吊裝高度極限制約。而現有技術塔架80米局限性,限制了大型風機的潛力,更高的塔架,應有更高效率,在極限高度基礎上在再提升幾十米,可以說輕而易舉。吊裝難度及成本大幅降低。高塔架優勢在于1、風輪高度每提升10米發電能力即可提高9%左右。2、風輪處于平穩的氣流中,少受地面風擾動,風輪效率及使用壽命均會大幅提高。
七、所述的聚風罩可產生巨大能量(圖一14所示)是呈半漏斗形。其目的1、可將葉輪中下部風力提升至與中上部風力基本接近,解決了因葉片所處上下位置不同,風的受力不均所產生的葉片抖動及噪聲。2、由于聚風罩有整流功能,又解決了風電場,群機排列前機尾流對后機的影響。3、就是聚集更多的風能通過葉輪作用與葉片。聚風罩設置在轉盤式平臺上,它結構非常簡單,就是斜拉筋上固定耐腐蝕、易成形的土工布。此時您可以聯想到風景區白色涼蓬,造價
 
只是整機的百分之零點幾,微乎其微的造價,且作用巨大,是根據氣流遇阻力體形狀不同而改變方向不同原理設計的。因此本專利設置較低即可獲取高效的風能。
整機設計解決了風電領域多個難題,多個發明點顯而易見,有理有據。專利看什么?就是看結構。只有在結構上有巧妙的創新,技術上才有重大突破。實現發電能力成倍的提高,以及整機造價、維護、運營成本大幅降低。本專利試產成功之日,就是我國風電技術領先世界之時。未來世界競爭就是知識產權競爭。專利技術可以壟斷市場。因為專利有排它性、獨占性,不存在國際市場反傾銷,國內市場低價惡意競爭,是您超前戰略選擇,可以說誰掌握了專利技術誰就掌控了市場。為了您投資的可靠性,經發明人書面同意,只需幾萬的投入,先試產一臺小型機,驗證技術可行后再談專利轉讓,此辦法投資風險極小,合作方式由您選擇,如您對本專利有合作意向,本人可提供詳細的專利文件,及技術咨詢。      手機:13066577306       郵箱:[email protected]
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