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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 三戟立軸風(fēng)輪微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 三戟立軸微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)是在國(guó)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(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、負(fù)載和測(cè)試電路等組成。采用全新的三戟內(nèi)腔二次驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)已授權(quán)國(guó)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(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、負(fù)載和測(cè)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(dòng)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(jì)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(jì)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
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、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(guò)流體力學(xué)分析和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(duì)風(fēng)輪進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式和其他部件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，捕捉最大風(fēng)能點(diǎn)，實(shí)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(dòng)，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(guò)三戟立軸風(fēng)輪原創(chuàng)性設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化來(lái)解決傳統(tǒng)阻力型垂直軸風(fēng)輪風(fēng)能利用率低的問(wèn)題，提高風(fēng)能利用率。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.通過(guò)對(duì)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(zhǎng)度及位置）的優(yōu)化達(dá)到最高的風(fēng)能利用率。 2.通過(guò)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(xiàng)目研發(fā)的三戟立軸風(fēng)輪的葉輪在旋轉(zhuǎn)的過(guò)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(zhǎng)。從空氣動(dòng)力學(xué)上分析,物體速度越快,外形對(duì)流場(chǎng)的影響越大。對(duì)于水平軸風(fēng)輪來(lái)講,當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在戶外運(yùn)行時(shí),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(shí)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(jì)剛度高、對(duì)外界敏感程度低,使得風(fēng)輪的氣動(dòng)性能保持良好狀態(tài)且延長(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)單板件和盤形板件，風(fēng)輪本身沒(méi)有任何動(dòng)件，運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jì)方法先進(jìn)、風(fēng)能利用率高、起動(dòng)風(fēng)速低、無(wú)噪聲等眾多優(yōu)點(diǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本項(xiàng)目的前期研究于2008年10月通過(guò)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(guó)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(jìng)賽中榮獲一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 自行設(shè)計(jì)研發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，直接銷售市場(chǎng)。
作品可展示的形式
- 模型和現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：外來(lái)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(guò)內(nèi)腔二次驅(qū)動(dòng),增大風(fēng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩。風(fēng)輪通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)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(kāi)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(xiàng)目使用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型簡(jiǎn)捷型風(fēng)洞試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)特性。3、三戟立軸內(nèi)腔二次驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)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(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：此裝置的問(wèn)世具有革命性創(chuàng)新。如果按輸出功率為3KW、單價(jià)為2.1萬(wàn)元的小型風(fēng)機(jī)裝置、年產(chǎn)量為2000臺(tái)的規(guī)模來(lái)生產(chǎn)，風(fēng)機(jī)制造產(chǎn)值將達(dá)到四千萬(wàn)。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外同類課題研究水平 近年來(lái)，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(chǎng)。國(guó)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(guó)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(dòng)風(fēng)速低于2.3m/s，最高風(fēng)速45m/s；美國(guó)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(guó)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)基地在內(nèi)蒙古化德縣正式啟動(dòng)運(yùn)行，由國(guó)務(wù)院三峽辦牽頭組織，哈爾濱工程大學(xué)，中國(guó)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(kāi)發(fā)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是我國(guó)自主研發(fā)，擁有自主知識(shí)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(zhǎng)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(dòng)過(guò)程中,當(dāng)葉片處于不同位置時(shí)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(xiàng)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(shí)就可以帶負(fù)載自啟動(dòng)，同時(shí)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(guò)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(kāi)發(fā)價(jià)值。 面對(duì)復(fù)雜的工程實(shí)際應(yīng)用，項(xiàng)目組成員還將針對(duì)作品的工程可用性、實(shí)驗(yàn)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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