設計理念:源于杠桿原理,特別是系統(tǒng)能繞共軸線旋轉(zhuǎn),相當于以軸心為支點,以輪緣半徑為省力杠桿,以均布在輪緣周邊上的多個小型葉片為動力的“全葉尖”葉輪結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。
基本結(jié)構(gòu)再描述:葉輪結(jié)構(gòu)類型選用,與目前三葉片大型風機相同的水平軸單支撐結(jié)構(gòu)?!叭~尖葉輪”顧名思義就是沒有葉中和葉根。輪轂與輪緣之間利用斜拉索交叉牽引(近似于自行車輻條編排方式)形成一個輪體,將多個(單體面積十平方米以下)的小型葉片均布在輪緣周邊。形象的比喻:就像在自行車輪的車圈外緣上安裝多個小型葉片(葉片總面積與相同輪徑的三葉片相等)。
利用杠桿原理可使葉輪扭距增加200%以上。假設,葉尖處有10公斤的力、葉尖距軸心支點(主軸)100米,相對于主軸的力矩就是1000公斤,同樣10公斤的力,葉尖距主軸80米,相對于主軸的力矩就剩500公斤了(減少一半),也就是說同等大小的力,距主軸越遠,葉輪獲取的力矩越大。
背景技術(shù):(如圖1所示)現(xiàn)有三葉片葉輪存在著以下缺陷:
缺陷1、整個葉輪只有三只出力葉片,啟動風速高、可利用小時少。
缺陷2、動力(風能)分散在整體葉片多處,并非集中在動力臂的遠端,發(fā)揮不出杠桿效率、四兩撥千斤的作用。
缺陷3、百米長、重達一、二十噸的大葉片只是靠葉根一端與輪轂連接,這種單支撐結(jié)構(gòu)(抗彎曲強度)可靠性極差,葉片材質(zhì)要求高。
通過以上兩種葉輪結(jié)構(gòu)對比至少有五大優(yōu)勢:
1、可見圖2多個小葉片總面積≈圖1三支葉片面積之合。葉片總面積相同,安裝位置不同,實現(xiàn)了讓更多的動力作用于動力臂遠端。充分利用了杠桿原理,具有科學依據(jù),(物理學杠桿定理是:動力×動力臂=阻力×阻力臂),又有實驗機的驗證。
2、小型化的葉片制造材料選擇范圍寬,可采用非復合材料制作,待風機服役期限結(jié)束后,可以回收利用。
3、與現(xiàn)有三葉片技術(shù)對比:經(jīng)過實驗機驗證,葉輪扭距至少可翻倍。這一結(jié)構(gòu)設計是未來大幅度提升葉輪效率最佳方案。目前三葉片10MW機組,葉輪直徑高達210米,如果采用全葉尖葉輪結(jié)構(gòu),同樣也是210米輪徑,單機容量可輕松突破30MW。假如單機容量不增加,輪徑可減小20%左右。
4、具有高可靠性:反觀現(xiàn)有三葉片技術(shù),百米長的大葉片只是靠葉根一端與輪轂連接,這種單支撐設計是抗彎曲強度,而全葉尖結(jié)構(gòu)是:輪轂與輪緣之間利用斜拉索(鋼纜)的拉力相互牽引,是抗拉強度。道理很簡單,一根筷子可輕易掰斷,要想拉斷確很難,存在著天壤之別。利用斜拉索替代了葉根和葉中的過渡支撐,輪體中間實度減少了70%左右,大型可超過摩天輪輪徑,載荷可達千噸。具有高可靠性、輕量化、重載荷、降本增效多重目的。
5、大幅度降低成本:幾厘米厚、幾平方米的小型葉片與桶形、半筒形的現(xiàn)有葉片比;從加工工藝、制造難度、所使用的原材料、成本、吊裝、運輸、疲勞壽命、重量等等,均是根本性的改變。多個小葉片造價之合,只是現(xiàn)有三葉片的百分之幾,葉輪總體造價至少降低50%。
6、根據(jù)風況變化,調(diào)整出力葉片數(shù)量。變槳機構(gòu)密封安裝在輪緣內(nèi)(加裝密封板后輪緣截面呈倒三角形)。采用雙軸變槳方式,可根據(jù)風況變化不同調(diào)整出力葉片數(shù)量多少。低風速時出力葉片多,高風速時關(guān)閉部分葉片,遇,極端風況時關(guān)閉所有葉片,葉片與輪緣合二為一,基本上只是輪體框架。具有優(yōu)越的抗臺風能力,適應海上、陸地等多種風力發(fā)電場所。
全葉尖葉輪設計,具有科學依據(jù)又有實驗機驗證,原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單。專利看什么?就是看結(jié)構(gòu),通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,使葉輪效率倍增、可靠性更高、造價更低、葉輪重量大幅度降低、啟動風速更低、年有效發(fā)電小時大幅度提升。全葉尖結(jié)構(gòu)設計,為更大兆瓦機型拓展提供了無限的可能。
相信不遠的將來風電一定會像光伏那樣,通過技術(shù)變革大幅度降低度電成本。
圖3-1 、3-2 序號說明:1葉片、 2 密封板、 3 輪緣、 4 斜拉索、 5 碟狀法蘭、 6 主軸、 7 葉輪、 8 變槳電機、 9 電動推桿、 10 通孔、 11 圓弧形導軌、 12 限位滑塊、 13 橫向支撐桿、 14 桿端軸承、 15 葉片翻轉(zhuǎn)連桿、 16 葉片支架、 17 中滑塊、 18 中間導軌。
7、輪體截面圖:3-1 局部放大圖:3-2
這不是天方夜譚,本人制作了一臺輪徑6米的小型實驗機(有視頻),實驗當天(霧霾)當風速達到0.8m/s時葉輪即可啟動(空載)其原因是:出力葉片多,而且葉片距離中心軸端遠,每只小葉片均處在輪體邊緣(葉尖位置),起到了四兩撥千斤作用。
為了務實合作:您可花很少的錢,先制作一個小型全葉尖葉輪(或計算機模擬)。然后用扭矩測試儀與同等輪徑的三葉片葉輪進行對比。不比不知道,經(jīng)過對比,您會深切的感受到它將改變風電歷史、具有革命性。
另外還有多項專利,尋:愿通過實施知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略,而求變的合作伙伴。
發(fā)明人:戚勝基
手 機:13066577306(微信同號)
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