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基本信息

項目名稱：
三戟立軸風(fēng)輪微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡介：
三戟立軸微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)是在國家發(fā)明專利基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化而研制出的原創(chuàng)科技產(chǎn)品。其由風(fēng)輪總成、傳動裝置、發(fā)電機(jī)、負(fù)載和測試電路等組成。采用全新的三戟內(nèi)腔二次驅(qū)動風(fēng)能傳遞技術(shù)，創(chuàng)立了與三戟立軸風(fēng)輪同軸的具有交變磁路結(jié)構(gòu)的低速永磁風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，改善了傳統(tǒng)的葉片式結(jié)構(gòu)、懸臂梁受力狀態(tài)、傳動裝置的加工瓶頸等技術(shù)和加工及維護(hù)難題。使得立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
本作品是在河科大系統(tǒng)科學(xué)與工程研究所獲得省科技成果（9412009Y0420）的基礎(chǔ)上，對已授權(quán)國家發(fā)明專利（ZL 2008 1 00495174）進(jìn)行不斷的技術(shù)完善、功能改進(jìn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化而研制出的原創(chuàng)科技產(chǎn)品原型。三戟立軸微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)輪總成、傳動裝置、發(fā)電機(jī)、負(fù)載和測試電路等組成。本創(chuàng)新作品改善了傳統(tǒng)的葉片式結(jié)構(gòu)、懸臂梁受力狀態(tài)、傳動裝置的加工瓶頸等技術(shù)、加工和維護(hù)難題。采用全新的三戟內(nèi)腔二次風(fēng)能傳遞技術(shù)為垂直軸風(fēng)輪風(fēng)能傳遞提供了新的設(shè)計理念和技術(shù)手段；根據(jù)永磁發(fā)電原理創(chuàng)立了與三戟立軸風(fēng)輪同軸的具有交變磁路結(jié)構(gòu)的低速永磁風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，為低速永磁發(fā)電提供了新的設(shè)計思路和方法，使得立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

作品圖片

  • 三戟立軸風(fēng)輪微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)
  • 三戟立軸風(fēng)輪微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)
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  • 三戟立軸風(fēng)輪微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)
  • 三戟立軸風(fēng)輪微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：通過流體力學(xué)分析和風(fēng)洞實驗，研發(fā)出一套能夠利用微風(fēng)發(fā)電的三戟立軸風(fēng)輪風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，并應(yīng)用于工程實際中。 基本思路： 根據(jù)流體力學(xué)理論、永磁發(fā)電原理和能量傳遞機(jī)理對風(fēng)輪進(jìn)行優(yōu)化，并對系統(tǒng)的傳動方式和其他部件進(jìn)行合理設(shè)計，捕捉最大風(fēng)能點(diǎn)，實現(xiàn)風(fēng)能-機(jī)械能-電能較高的轉(zhuǎn)化效率，從而提高總的風(fēng)能利用率。 創(chuàng)新點(diǎn)：在風(fēng)輪迎風(fēng)凹面板處導(dǎo)入風(fēng)能集流通道而形成三戟形閉合腔內(nèi)部的二次風(fēng)能驅(qū)動，最大限度利用有效風(fēng)能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)薩布紐斯式垂直軸風(fēng)輪的不足，提高風(fēng)能利用率。 技術(shù)關(guān)鍵：通過三戟立軸風(fēng)輪原創(chuàng)性設(shè)計和結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化來解決傳統(tǒng)阻力型垂直軸風(fēng)輪風(fēng)能利用率低的問題，提高風(fēng)能利用率。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.通過對三戟風(fēng)輪參數(shù)（凹面曲率半徑R1、凸面曲率半徑R2、風(fēng)能集流通道長度及位置）的優(yōu)化達(dá)到最高的風(fēng)能利用率。 2.通過指導(dǎo)踐行分析使得系統(tǒng)輸出功率最大。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本項目研發(fā)的三戟立軸風(fēng)輪的葉輪在旋轉(zhuǎn)的過程中，其受力情況優(yōu)越于水平軸風(fēng)機(jī)，由于慣性力與重力的方向始終不變,所受載荷變化幅度小,因此疲勞壽命要比水平軸風(fēng)輪長。從空氣動力學(xué)上分析,物體速度越快,外形對流場的影響越大。對于水平軸風(fēng)輪來講,當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在戶外運(yùn)行時,葉片上不可避免的受到污染,這種污染有可能改變?nèi)~片的形狀甚至損壞葉片。同時這種外形變化即使非常微小,也大幅度地降低了風(fēng)輪的風(fēng)能利用率。而三戟立軸風(fēng)輪由于設(shè)計剛度高、對外界敏感程度低,使得風(fēng)輪的氣動性能保持良好狀態(tài)且延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命。 三戟立軸風(fēng)輪與三葉風(fēng)能傳遞腔式風(fēng)輪相比具有更高的功率系數(shù)，且結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀、運(yùn)行可靠。三戟立軸風(fēng)輪的主要幾何構(gòu)件僅為簡單板件和盤形板件，風(fēng)輪本身沒有任何動件，運(yùn)動中也不需配備任何其它調(diào)整機(jī)構(gòu)，安裝維護(hù)方便，相對于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，三戟立軸風(fēng)輪具有設(shè)計方法先進(jìn)、風(fēng)能利用率高、起動風(fēng)速低、無噪聲等眾多優(yōu)點(diǎn)。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

本項目的前期研究于2008年10月通過河南省科學(xué)技術(shù)廳組織的科技成果鑒定，鑒定結(jié)果為：“該研究在三戟消渦垂直軸風(fēng)輪結(jié)構(gòu)、低速永磁風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和電壓控制器等方面均有原始創(chuàng)新，達(dá)到同研究領(lǐng)域國際領(lǐng)先水平”。2009年河南省科技成果登記：9412009Y0420。 2011年河南省第九屆“挑戰(zhàn)杯”競賽中榮獲一等獎。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

自行設(shè)計研發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，直接銷售市場。

作品可展示的形式

模型和現(xiàn)場演示

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

使用說明：外來風(fēng)能進(jìn)入集流通道,戟型蓋板和風(fēng)葉板組合閉合腔。氣流將從集流通道流入閉合腔，經(jīng)過內(nèi)腔二次驅(qū)動,增大風(fēng)輪的驅(qū)動力矩。風(fēng)輪通過齒輪傳動帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。 技術(shù)特點(diǎn)：1、本作品逾越了阻力型風(fēng)輪的先天性缺陷，開創(chuàng)了阻力型風(fēng)輪風(fēng)能傳遞新的途徑和技術(shù)手段，研發(fā)出了相應(yīng)的風(fēng)能傳遞裝置。2、本項目使用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型簡捷型風(fēng)洞試驗裝置，可以模擬不同工況下的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的垂直軸風(fēng)輪的動力學(xué)特性。3、三戟立軸內(nèi)腔二次驅(qū)動風(fēng)能傳遞技術(shù)具有渦流損失低、功率系數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠和外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。 適用范圍和推廣前景：適用于邊防哨所、牧民家庭、海島用戶以及公共供電事業(yè)中發(fā)揮作用，如: 1、庭園風(fēng)電照明系統(tǒng)（10～90W） 2、路燈風(fēng)電照明系統(tǒng)（100～500W） 3、微網(wǎng)風(fēng)力供電系統(tǒng)（1000～5000W） 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：此裝置的問世具有革命性創(chuàng)新。如果按輸出功率為3KW、單價為2.1萬元的小型風(fēng)機(jī)裝置、年產(chǎn)量為2000臺的規(guī)模來生產(chǎn)，風(fēng)機(jī)制造產(chǎn)值將達(dá)到四千萬。

同類課題研究水平概述

國內(nèi)外同類課題研究水平 近年來，垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究取得了極大的進(jìn)展，很多形象各異的商用小型垂直軸風(fēng)力機(jī)(Vertical AxisWind Turbines,VAWT)已成功投入市場。國外大的公司有加拿大的Cleanfield Energy公司，主導(dǎo)產(chǎn)品是額定功率為3.5kW，升力型葉輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)，整套系統(tǒng)由玻璃鋼纖維和鋼材組成，約重181.4kg，葉輪高3m，輪輻直徑2.5m；美國Mag-Wing公司，主導(dǎo)產(chǎn)品MW1100的額定功率為5kW，額定風(fēng)速12.5m/s，發(fā)電量在平均風(fēng)速5.8 m/s 的條件下為1100 kWh/月，該機(jī)啟動風(fēng)速低于2.3m/s，最高風(fēng)速45m/s；美國PacWind公司，整套系統(tǒng)的葉輪高1.22m，直徑0.76m，重2.7kg，葉輪轉(zhuǎn)速0~1200轉(zhuǎn)/min，發(fā)電機(jī)高0.15m，直徑0.45m，質(zhì)量3.6kg。 2006年7月，中國垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗基地在內(nèi)蒙古化德縣正式啟動運(yùn)行，由國務(wù)院三峽辦牽頭組織，哈爾濱工程大學(xué)，中國航天研究三院，哈爾濱電機(jī)集團(tuán)公司，河南許昌繼電器廠等單位參與研制開發(fā)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是我國自主研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。與常規(guī)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，單位千瓦能力投資可下降50%左右，且具有地面維護(hù)，易檢修，壽命長等特點(diǎn)。麟風(fēng)風(fēng)電設(shè)備公司主導(dǎo)產(chǎn)品為H 型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該公司在大型垂直軸風(fēng)機(jī)上采用了變“攻角”技術(shù),該技術(shù)使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動過程中,當(dāng)葉片處于不同位置時根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向的變化情況，使葉片的“攻角”保持受控變化，使其始終處在最佳的“攻角”位置，從而達(dá)到最大的風(fēng)能利用率。這項技術(shù)在世界上首次使大型升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速為2m/s時就可以帶負(fù)載自啟動，同時在額定風(fēng)速下獲得比水平軸風(fēng)力機(jī)更高的風(fēng)能利用率。而且在高風(fēng)速環(huán)境下運(yùn)行噪聲小，在風(fēng)速超過額定風(fēng)速后繼續(xù)保持穩(wěn)定的輸出功率。這將使大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有比大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)更高的商業(yè)開發(fā)價值。 面對復(fù)雜的工程實際應(yīng)用，項目組成員還將針對作品的工程可用性、實驗數(shù)據(jù)可靠性以及產(chǎn)品適用性等做進(jìn)一步的探索研究，使作品日趨完善。
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