旋风式风力发电机的创新思路

旋风式风力发电机的创新思路

作者：粟鸣皋

来源：《发明与创新(综合版)》2005年第02期

现在普遍流行的风力发电机，其发电机安装在高高的立杆上，有三片叶片的风轮迎风旋转，在发电机的下部安装有回转盘，保证风轮能跟着风向的改变而转动；另一种较新的设计是将发电机立式安装，没有了回转盘，三片叶片水平式旋转，因为没有了回转盘，减少了维修，而且不惧暴风、紊流。

前一种设计，从目前来看，效果已接近极限，纵使有所提高也不会很明显。而且，它还存在三大不足之处：一是由于风轮巨大，风速太低，吹它不动，即启动风速较高；二是如果风速太高，如遇暴风，致使风轮高速旋转，产生的离心率可能损坏风轮；三是由于它的风轮必须朝向迎风面，整个发电机和风轮全靠回转盘跟着风向转，才能正常工作。一旦风向突然改变，即我们常说的紊流，回转盘未能及时跟上，也可能造成事故。欧盟地区风力发电较为普遍，达到全世界装机数的四分之三。那是因为欧盟地区风力较为稳定，很少暴风及龙卷风，而美、加地区多暴风及龙卷风，风力发电相对较少。

我看到这些材料后，当时想，能不能让风轮减小尺寸?能不能取消回转盘?我想到了风速计，能不能利用风速计的水平旋转带动发电机?于是我申报了水平旋转的风力发电机制作的风力电热水器。可是，后来我在网上看到了正如我设想的水平旋转风力发电机。我的风力电热水器的专利获得了批准，但我仍然放弃了。后来经过实验，我发现单纯水平旋转获得的电能不够大，因为水平旋转只能采用三月叶片，多了无益，而且真正能作有效功的还不到一片叶片的受风面积。我进一步思考，终于想到在风轮的外圈设计了“万向聚风盘”。最终设计了旋风式风力发电机。

我设计的旋风式风力发电机，由万向聚风盘、风轮、发电机组成。万向聚风盘固定在基脚上，是不动的。发电机也是立式安装，并与万向聚风盘连在一起，风轮与发电机连接。本技术的关键就是设计了万向聚风盘。它由上下两块盖板及十片以上的导风板组成。盖板可以制成圆锥形，也可以制成两块圆形平板，导风板均布并连接两块盖板，导风板与盖板的直径成一定夹角，如图右所示。这个极简单的装置作用可谓大矣。请看图，外圈是万向聚风盘，固定不动(未画基脚)。内圈是风轮，风轮至少是八片叶片。风轮与发电机连接。当风从某一方向吹来时，如图中箭头所示，万向聚风盘半个侧面，都是迎风面，风从多个进风口吹入，由于导风板与万向聚风盘的直径有一定的夹角，迫使风向一侧吹出，刚好吹在风轮的多片叶片上。这个吹压的作用力方向是促使风轮旋转的最佳方向，每片受力叶片都获得了最完善的作用力，转动力矩最大。由于它是多片叶片受力。与上述第二种风力发电机相比，即提高了数倍的发电能力。同时由于进风口大，出风口小，根据流体力学原理，可知风速都有所提高，可明显提高风轮的旋转速度，也即降低了发电机对自然启动风速和额定风速的要求。而月没有了风对叶片的负作

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用力。同样将叶片制成近似半球型，减少了空气阻力，整个风力发电机就能充分利用风能获得最佳的发电效果。

由于有了万向聚风盘，风轮的对径也可大大缩小。因此，此设计不惧暴风、龙卷风及紊流。所以此设计非常适用美、加地区及一切风力不稳定的地区。

在实际设计中，本技术在一定规格范围内，可将风轮统一尺寸，而采取改变万向聚风盘的尺寸实现达到额定功率。改变万向聚风盘的尺寸大小，就可以获得不同的可利用风力和风速。 同时可以将数个甚至十余个风力发电机重叠垒放建成大型塔式风力发电机组合，减少了占地面积，有利于利用适当地点获得更多的电力。风力发电机塔可以建成永久的钢筋水泥结构，即将万向聚风盘建成钢筋水泥结构，内部只要安装发电机和风轮即可。这样一个风力发电机塔就可获取大量的电能。