介紹萬向風車

bdlhz618

有機會交流研究.請教.
若是需要開模有認識.
我的炫風爐風孔模具已開好.
姜姜好 發表於 2013-7-16 01:46

能否製造一台2~10千瓦的調槳長的萬向風車樣機，如能製造成功，我們平分專利權如何？估計有10萬（rmb)就可以。

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　　調槳長的萬向風車專利
　　進入實質審查階段
　　調槳長的萬向風車專利已進入實質審查階段。
　　
　　專利法第三十五條
　　發明專利申請自申請日起三年內，國務院專利行政部門可以根據申請人隨時提出的請求，對其申請進行實質審查；申請人無正當理由逾期不請求實質審查的，該申請即被視為撤回。
　　國務院專利行政部門認為必要的時候，可以自行對發明專利申請進行實質審查。
　　
　　專利法實施細則第九十六條
　　當事人請求實質審查或者復審的，應當在專利法及本細則規定的相關期限內繳納費用；期滿未繳納或者未繳足的，視為未提出請求。

姜姜好

121# bdlhz618
目前很忙.要等冬季才有時間.詳談.

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121# bdlhz618
目前很忙.要等冬季才有時間.詳談.
姜姜好 發表於 2013-7-24 07:53

好的,冬季更好，看来你还有兴趣，非常好！

bdlhz618

　　怎樣才能更好的利用風能
　　對於利用風能的好處和意義，我們已經說得夠多了，不光生產企業為了推銷產品在說，專利申請人在風電專利的說明書中在說，就是政府職能部門為了鼓勵風電發展也一直在說……。其實，風能是潔淨的可再生能源，為了節能減碳，保護地球家園，應該大力發展風電——這些話對於風電發展來說並不特別重要，說得多了還會給人被忽悠的感覺。重要的是怎樣才能更好的利用風能？要知道，就是一件好處和意義再大的事情，如果做得不好，也可能成為適得其反的，勞民傷財的壞事情。
　　那麼，怎樣才能更好的利用風能呢？
　　在現有技術中，因為風車的輸出功率 P==0.6SV3  
　　所以輸出功率與掃風面積成正比；與風速的立方成正比；
　　這樣一來，在現有技術中，為了更好的利用風能就不得不採用兩種方法，一是增大掃風面積，也就是增加槳葉長度，增大槳葉收集的風能，這就使得槳葉越來越長，風車越來越大。
　　具報導： 韓國南方電力公司(SSP)和三星重工欲聯手打造韓國首個離岸風電場。該專案包含12座7兆瓦的風力發電機，安裝工作預計將於2015年啟動，選址位於朝鮮海峽。    該專案的破紀錄之處在於其世界最長的葉片長度。風力發電機的直徑達到171.2米，單只葉片長達83.5米，相當於十個倫敦巴士首尾相連。第一支樣機葉片日前在德國Fraunhofer研究院接受的全面測試。這支樣機受三星重工委託，由韓國南方電力公司(SSP)設計督造，設計時著重考慮了減輕品質、保障穩定性、延長生命週期。
　　風力發電機的設計包含了方方面面的考慮，其載荷、空氣動力性能、結構性能和材料選擇綜合決定了最終的產品品質。為達成這些目的，成型工藝和性能檢測至關重要。在給這支超長葉片設計幾何外形時，韓國南方電力公司(SSP)採用了空氣動力學設計和三維CAD建模技術。方案最終決定在最大弦長處採用flat-back翼型設計，整體結構選擇碳纖玻纖混編材料製造。戴鉑公司則提供了全部所需芯材，用的是其ProBalsa150和Divinycell H80產品。    在戴鉑技術的支持下，韓國南方電力公司(SSP)首支葉片樣機如期於丹麥工廠下線，隨後被運往德國Fraunhofer研究院進行產品檢測。檢測內容包含兩個月的靜態測試和一項以25年為目標的疲勞測試，總共為期約六個月。測試成功結束後，餘下三支樣機葉片的生產將即時啟動。（引自OFWEEK風電社區）
　　增加槳葉長度，固然增加了掃風面積，增大了輸出功率，但一定會帶來新的問題。這裏不對其做更多的評論，總之，這似乎是一個不得已的辦法，但不是一個聰明的好辦法。
　　為了更好的利用風能採用的第二種方法就是，“指望”風速能有一個更好的表現。這裏“指望”打了引號，是因為，自然風的風速是不受人們控制的客觀存在，並且忽大忽小，忽有忽無，如果把風電效率寄託在這樣的即不受控制，又不穩定的風速上，那你只有去祈禱吧。沒錯，風車的輸出功率與風速的立方成正比，這是一兩撥千斤的，巨大的影響輸出功率的參數，如果能把這一參數控制好，無疑能對風力發電產生巨大的效果，深遠的影響。可往往就是天不遂人願，風能是極不穩定的能源，風速就是難以控制的烈馬，把期望提高效率和提高經濟效益放在對風速的期望上，那只能海市蜃樓，最後落得像肥皂泡一樣破滅的。
　　讓我們再援引一段帖子，看看人們怎樣指望風速給我們帶來風電經濟效益。
　　“一般說來，3級風就有利用的價值。但從經濟合理的角度出發，風速大於每秒4米才適宜於發電。據測定，一臺55千瓦的風力發電機組，當風速每秒為9.5米時，機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時，功率為38千瓦;風速每秒為6米時，只有16千瓦;而風速為每秒5米時，僅為9.5千瓦。可見風力愈大，經濟效益也愈大。”
　　上面這些話，我們在風電論壇中經常可以看到，從字面上分析，沒有一點錯誤。但仔細分析一下就不難看出，所訴的這個有價值的經濟效益，是建立在想像當中的。3級風不是很大，但也絕不是何時何地都有。在貧風區，一年或許有一個月的時間，在這樣的地區搞風力發電，即使你建的風力發電機再大，也發不出多少電來（用現有技術）；在多風區，3級以上的風確實很多，但更大的9級10級風也不少，或許也有12級以上的颱風。在這樣的地區，小風機是根本不行的，裝小風機不僅發不了電，且無異於去燒電機，因為遇到大風，小發電機必燒無疑！那麼，大風機又怎樣呢？現在的風力是0~12米/秒，你怎樣選擇大風機呢？你按最大風速來選，而最大風速一年只有一兩次，用巨大的發電機，一年只發一兩次電，豈不是嚴重的大馬拉小車？選擇用中等的發電機？那必燒無疑！
　　由此看來，這種辦法是空中樓閣！
　　要更好的利用風能，只把目光盯在多風區是不行的，這不僅達不到目的，反而可能誤事。應該反其道而行之，把目光盯在貧風區，要是能做到0級風啟動，一級風發電，把“垃圾”風能都利用起來，才能達到節能減碳，保護地球家園的重大意義，才能真正發揮風能是潔淨的可再生能源，發展風電，造福人民的偉大目的。只要把貧風區的風能利用好，多風區就是水到渠成的事。
　　調槳長的萬向風車利用調節槳葉的長短，來收集範圍更大的風能，無疑可以做到這一點！要瞭解更多的有關調槳長的萬向風車的相關資訊，可看相關貼子。　　

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　　調槳長的萬向風車怎樣工作
　　調槳長的萬向風車通過葉槳頭對葉槳進行傾斜度、偏心度、安裝攻角的三維調節，使其效率最高，啟動力矩最大；通過槳長的調節，使其覆蓋的風速範圍最寬，轉換的電力最多。那麼，風車設計的特點是什麼？風車是怎樣工作的？
　　風車應該根據所處地區風力的不同，有不同的設計。一般可分為多風區和貧風區兩類不同機型，貧風區風速在1~6米/秒；多風區風速應在7~12米/秒。貧風區以3米/秒為額定風速；多風區以9米/秒為額定風速。槳長可做成三節可調，這樣可以達到最大的風速範圍，最大的電力輸出。下麵以貧風區為例，將總槳長、額定風速、額定功率列表如下：
總槳長
（米）        額定風速
（米/秒）        額定功率
（千瓦）        應用公式
35.1        3        10        W=0.6SV3
25.0        3        5        S=0.5a2
19.2        3        3       
11.1        3        1       
　　
　　
　　
　　
　　下麵以5千瓦為例，以3節8米槳長，將不同槳長時的風速、功率、槳長，列表如下：
槳長
（米）        風速
（米/秒）        輸出功率
（瓦）        應用公式
8        6.38        5000        V3=w/0.5
×0.6×a2
16        4.02        5000       
24        3.0        5000       
24        2.0        614.0        W=0.6×0.5×a2×v3
24        1.0        76.8       
　　
　　由上表中可看出，對於在貧風區額定功率5千瓦（額定風速為3米/秒）的風車來說，在風速由3米到6米之間，輸出功率都為5000瓦，這是由槳長在自動控制下進行連續PID調節實現的，其工作過程如下：
　　在風速為3米/秒時，風車為槳長24米，風車3節槳長全部伸展開不動。當風速增大後，輸出功率就會增大，儀錶檢測到功率增加，就發出指令讓槳長縮短，並保持功率仍為5000瓦不動。當風速為4.02米/秒時，縮為兩節16米；當風速為6.38米/秒時，縮為一節8米。如果風速再增加，那就要用刹車，來保證恒功率輸出了。
　　不難看出，調槳長的萬向風車通過槳長的調節，大大增加了覆蓋的風速範圍，增大了電力輸出。　

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　　“V”字形結構和調漿長
　　根據轉子相對地面的旋轉方向，當前可用的風力機的主要類型可分為兩類。 第一類：水準軸風力機；這是當前使用最普遍的一種機型，其轉子的轉軸保持水準，且平行於風的方向； 第二類：垂直軸風力發電機，所謂VAWTs； 其轉軸為縱軸，轉子的轉軸基本上保持與地面垂直，且垂直於風的方向。
　　垂直軸風力發電機雖然有轉子的轉軸為縱軸，轉軸基本上保持與地面垂直，且垂直於風的方向的共性，但也還有不同類型的特性，它們又可以被分為四個家族：1）“大流士”；2）“桶形”；3）“H”轉子；4）“V”轉子。這四種垂直軸風力發電機 基本上各有其不同的轉子葉片形狀和結構特徵，彼此相互區別。
　　其實，這四種不同的垂直軸風力發電機不是同時出現的，而是隨著風電事業的不斷發展而陸續出現的。
　　最早出現的是S型風輪（也稱桶形風輪、薩夫紐斯風輪），這種風輪是芬蘭工程師西吉爾特.薩夫紐斯（sigurt.savonius)於1924年發明的，1929年登記專利。基本結構是由兩個軸線錯開的半圓柱型葉片組成（屬阻力型風車）。
　　第二個出現的是達裏厄風輪（也稱大流士、Ф型風輪），是法國學者達裏厄（Darrieus)發明了這種類型的風輪，並於1931年獲得專利。風輪由固定連接在轉軸上的槳葉組成，繞垂直軸旋轉。翼型採用雙凸的對稱翼型。由槳葉掃掠的外表面有很多種形狀，可以是圓柱形、圓球形、圓錐形，或拋物面形。但不論外形如何，它們的工作原理都是一樣的。
　　值得注意的是，此一段時期內的達裏厄風輪，雖然有多種形狀，但並不包括後來出現的H形和V形，因為當時只是考慮怎樣方便使用風車頂端拉繩來固定風車，所以並不包括後來出現的H形和V形，因這兩種形狀不利於使用頂端拉繩。
　　在這一時期，許多國家對達裏厄風輪進行了多方面的深入細緻的研究。（主要有法國、美國、加拿大……。）特別是對於葉槳處於各個不同位置所受到的空氣動力的研究表明，幾乎在所有位置上的作用力都產生一個驅動扭矩，除非翼型的對稱面與風向平行或接近平行；研究還發現，相對風速與翼型之間的迎角，永遠不超過極限值。如果圓周速度比風速大的話，迎角都比較尖銳，這個事實說明，使葉槳所受空氣動力轉換為風力機的動力輸出是能夠實現的。但是，如果風輪靜止，相對風速與實際風速相同，系統的迎角就會很大，使啟動力矩很小，實際上，達裏厄風車完全不能自啟動。
　　追求性能更好，效率更高，是人們發明創新的永恆的主題。後來的人們考慮到，為了提高達裏厄風輪的啟動性能，不應該把葉片約束的太緊，應將葉片由固定連接的Ф型風輪中解放出來，這樣就更容易調整葉片的迎角，增大啟動力矩，所以就出現了“H”轉子風車。所以，
　　第三個出現的是直葉片垂直軸風輪（CYCLOGYRO或GYROMILL）
　　直葉片垂直軸風輪是具有活動葉片的另一種達裏厄風輪，葉片迎角的變化是用導杆或凸輪獲得的，實驗表明，在低速下，葉片垂直軸風輪的效率比傳統的達裏厄風輪高，還有容易自啟動的優點。
　　第四個出現的就是“V”轉子風輪。
　　還是那句話，追求性能更好，效率更高，是人們發明創新的永恆的主題。當人們發現傳統的風電技術中存在許多缺陷和不足的時候，人們就一定會去用創新和發明來改變它，所以，讓我們看到，現在的風車類型已經是五花八門，奇形怪狀，琳琅滿目……，可稱得起百花齊放百家爭鳴。由於去發明創新的人多了，那麼就一定會有人不辭辛苦，持之以恆，去偽存真，深入探索……，並有所發現。
　　其實，“V”轉子風輪絕對是達裏厄風輪的一種，在達裏厄風輪盛行時期一定有人也嘗試過，只是它不符合當時使用風車頂端拉繩來固定風車的潮流，而被忽略了。這就像一塊被石頭包裹的美玉，像被泥土掩埋的金子……。直到近期，國外才發現了“V”轉子風輪的許多優點，並肯定了v轉子風車自啟動容易，運轉平穩，葉槳可傾斜45度，可安裝2~4個葉槳……等等。
　　至於在國內是怎樣發現v轉子風車的優良性能的，我認為，這純屬偶然！說它純屬偶然，就是說，根本沒有有目的，有計畫地研究過程，沒有政府部門和媒體的大力支持，所以，至今也沒有得到更多人的認可，沒有說服更多的風電專家，也沒有風電企業的協助……。要問今後的路會怎樣？　　用一首歌中的話說：“你問我何時歸故里，我也輕聲的問自己，不是在此時，不知在何時，我想大約會是在冬季……。”
　　v轉子風車除了國外所肯定的自啟動容易，運轉平穩，葉槳可傾斜45度，可安裝2~4個葉槳以外，還有一個無可替代的好處，那就是使風車用調漿長的方法調節輸出功率和轉速成為可能。
　　採用V字形結構的第一個好處就是，V字形結構使兩葉槳萬向風車的掃風面積是以槳長為邊長的等腰三角形的面積，根據三角形面積公式，可以得到：
　　掃風面積=R2sinαcosα\r
　　其中R為槳長；α為傾斜角度；
　　由此可以看出，V字形結構使掃風面積與槳長的平方成正比。這樣一來，槳長的很小變化，就能獲得掃風面積的很大的變化，這就使調節槳長的效果更好，更靈敏。
　　可以這麼說，只有V字形結構使掃風面積與槳長的平方成正比；只有V字形結構才能使風車穩固；只有V字形結構才能使多個風車串聯，風車的輸出功率不受限制……；這是無可替代的。
　　
　　

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　　V字形結構和調漿長（二）
　　前面粗略地介紹了“V”轉子垂直軸風輪的發展歷程：由達裏厄Ф型風輪衍生，但因V形風輪不符合當時使用風車頂端拉繩來固定風車的潮流，而沒被重視。所以，“V”轉子垂直軸風輪沒有受到Ф型風輪和“H”轉子風輪那樣的深入細緻的研究，甚至在很長一段時間，在垂直軸風力機的名單上，只有S形、Ф型、H型，而V形都沒能佔據一席之地。
　　最早開始實驗“V”轉子垂直軸風輪的是英國OPEN大學代用技術組織泰勒（Dcrck.Taylor）等人，他們通過分析風力機各部份投資成本後，認為風力機的塔架成本要占風力機總投資的較大一部分，提出了低塔架、長葉片立軸V形風力機的新構思。而後又與倫敦大學夏普（D.J.Sharpe）博士合作對該機型進行了改進，發展成為如圖所示的形狀。
　　接著，研究者們就對立軸V形風力機進行了大量的理論研究，並根據空氣動力學一個重要的結論——對於一個前緣與鉛垂線斜交的葉片，其升力要按風速垂直於前緣的分速度來確定，迎角也確定在這個分速度的方向上，他們利用葉素法建立了立軸V形風力機的數學模型，進行空氣動力學分析，求出扭矩和功率運算式，再用貝茲理論得到微分方程。從而求出功率係數、扭矩係數……，繪出風輪的輸出特性曲線，並對風輪的性能進行數學分析。
　　我國科學家也曾於上個世紀九十年代對立軸V形風力機進行過深入研究。南京農業大學農業工程學院和江蘇工學院的何宗敬、吳相淦、鄭思，於1992年發表論文：《V形風輪氣動性能預測模型的建立》，講述了他們基於多流管理論的思想，將整個V形風輪劃分為許多微流管，並應用Glaucrt軸動量理論和牛頓第三定律得出V形風輪的微分方程，最後求出整個風輪的功率係數。
　　他們又通過V形風輪模型風洞試驗，得出了結論：“與達裏厄風輪氣動性能相比，V形風輪高速性能較差，而啟動性能有所改善的”，並繪出了輸出曲線。這無疑對V形風輪今後的發展和應用，具有重要意義。
　　毫無疑問，數學分析是當代科技發展的頂峰，是現代科技分析事物、認識事物的重要手段，是改革創新的良師益友。如果說，我們對客觀事物的感性認識，是比較粗造的，那麼，數學分析就能給我們更清楚更細緻的認識；我們可以從數學分析中，認清事物的規律，預測事物的發展，也能啟發我們創新發明的思路！當然，數學分析也不是萬能的，雖然數學分析需要數學知識的積累，需要方法和技巧，不是一般人能夠完成的，但它在創新發明方面，卻不能給我們提供創造性思維。這就好比一塊藏在石頭裏的寶玉，數學分析只是讓我們翻過來倒過去的觀察，卻不能讓我們打碎石頭，發現裏面的玉石。
　　以上科學家對V形風輪的研究就是這樣，沒有看到V形風輪的更優秀的潛能，沒有給出更好的修改建議，沒能把V形風輪推上更高的境界……，他們與V形風輪擦肩而過。
　　今天，我們要大力的推薦V形風輪，讓它承擔起開創風能利用新時代的重任。
　　（要瞭解更多V形風輪的有關資料，請查看調槳長的萬向風車相關帖子。歡迎轉載擴散）
　　
　　

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　　V字形減少了攻角變化
　　達裏厄升力型垂直軸風力機的出現，結束了阻力型垂直軸風力機的歷史，風電事業開始了升力型垂直軸風力機的時代。
　　阻力型的垂直軸風力機雖然簡單可靠，安裝維修方便，但其葉尖速比在0.5左右才能獲得較高的必v輸出，也就是說葉片速度較低，僅為風速的一半，若風輪直徑較大時，轉速會很低，再說阻力型的垂直軸風力機最大必v係數不超過15%，這就限制了阻力型風力機在大型風力機中的應用。目前大中型風電主要採用水準軸風力機，屬升力型風力機，具有轉速高、風的利用率較高的優點，其葉尖速比通常在4以上，轉速高，最大必v係數可達50%。
　　要瞭解升力型垂直軸風力機的工作原理，或者想改進升力型垂直軸風力機，提高它的轉換效率，就必須瞭解一個新的概念——攻角。
　　那麼什麼叫攻角呢？見圖一
　　
　　圖中角ㄖY為攻角，它是相對風速W與槳葉弦線的夾角。
　　不難想像，當風車在風力的作用下旋轉起來以後，這個攻角就會隨著槳葉弦線、風車轉速的不斷變化而變化（假定風向不變），弦線隨風車旋轉一周變化360度，槳葉的切線速度雖然大小不變可方向也變化360度，這對槳葉的升力大小和方向都會產生很大的影響。
　　那麼，有沒有什麼方法能減少這種變化呢？這就是我們今天要說的主題——V字形減少了攻角的變化。
　　現在就讓我們用定性的方法（不用定量的方法），來說明一下它的原理：
　　我們知道，升力型的垂直軸風力機的槳葉在工作時，要不斷的轉身360度，風車每轉一圈，槳葉就要旋轉360度，這就使得槳葉對升力貢獻最大的那個位置範圍很小，或者說只是一瞬。怎樣增大這個時間？就是問題的關鍵。
　　我們還知道，升力型的垂直軸風力機的槳葉在工作時之所以要轉身，是由於槳葉與風車的旋轉面是垂直的，如果像水準軸風車那樣槳葉與旋轉面平行，那就不用轉身了。
　　另外，如果升力型的垂直軸風力機的槳葉也與旋轉面平行（葉槳傾斜度為零），那麼槳葉也不必轉身，可此時風車槳葉已沒有掃風面積了，顯然，這也是不行的。
　　說到這裏，可能有人想到了：既然垂直不好，平行又不行，那就讓槳葉傾斜吧，能解決問題嗎？我說，回答完全正確！這就又回到了主題——V字形減少了攻角變化。
　　進一步分析可以看到，槳葉傾斜45度，是最佳位置。大於或小於45度，都會減少風能利用效率。（用定量的方法分析，就留給後來的研究者去實現吧！）
　　再用一個生活中的例子來說明一下，看能不能體會得更深。如果我們把一個長條的東西讓它在直立的情況下轉身，就顯得很突然，當然消耗也很大；而如果讓它傾斜，那就緩和多了，消耗也會減少。
　　所以，對達裏厄風車改革創新最好的是V轉子垂直軸風力機，而不是H型垂直軸風力機!你作為風電設備企業，你對新型風力機不敏感，對新技術表現遲鈍，你不趕緊去生產V轉子垂直軸風力機，你還在搗鼓你的那個水準軸，你就是不負責任！你就是失職！

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　　調槳長的萬向風車怎樣工作（二）
　　上篇文章講了調槳長的萬向風車在貧風區的設計特點和工作過程，風車應該根據所處地區風力的不同，有不同的設計。一般可分為多風區和貧風區兩類不同機型，貧風區風速在1~6米/秒；多風區風速應在7~12米/秒。貧風區以3米/秒為額定風速；多風區以9米/秒為額定風速。這樣一來，同一額定功率的風車在不同區域是不是就會有很大差別而不能互換？從而為風車製造造成了很大麻煩呢？
　　其實不是這樣的，風車都是一樣的，同樣的風車既可以在貧風區使用，也可以在多風區使用，這只要改變一下額定風速和額定功率以及電機就行了。而改變額定風速更簡單，這只是控制儀錶的給定值，可以在3~9米/秒之間任意設定，改變了額定風速給定值以後，再換上相應額定功率的電機就可以在當地使用了。這樣，風場風速超過額定風速以後，槳長就縮短，風速低於額定風速，槳長就伸長，儀錶控制著槳長的伸縮，即保證發電機滿負荷工作在額定功率下，又保證發電機不會超過額定功率而燒毀。
　　現舉例說明如下：
　　現以總槳長24米（3節每節8米）的風車為例，改變其額定風速給定值和相應的電機後，其輸出功率的變化見下表：
總槳長（米）        額定風速（米/秒）        輸出功率（千瓦）        應用公式
    24            3           5        W=0.3a2v3
    24            5           21.6       
    24            7            59.3       
    24            8            88.5       
    24            9            126.0       
　　
　　由此可以看出，調槳長的萬向風車可以很方便的根據當地的風力情況，確定其額定風速（3~9米/秒）和所用電機，並滿負荷的工作在額定功率下，這比水準軸螺旋槳風車優越得多了！