一种正反转三角阵列风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种正反转三角阵列风力发电机。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，而风能因具有可再生、近乎不尽、分布广泛、干净环保等特性，受到世界各国的高度重视。全球小型风力发电机装机总容量持续上升，中国的总安装量占据全球领先，市场广阔，怎样提升风力机利用效率至关重要。

风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，其中垂直轴风力发电机风轮轴与风向垂直，风轮启动无需对风装置，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，垂直轴风力发电机的发展受到了限制。现在常见的垂直轴风力发电机多为H型与S型，H型风力发电机的叶片选用了飞机翼型形状，在风轮旋转时不会因变形而改变效率，但由于围绕着风轮产生不对称气流从而产生侧向推力，而S型风力发电机呈圆柱型，叶片有聚集风的作用，可以使转矩增大，但两侧受力不平衡使得转速低从而风能利用效率低。

目前，风力发电机在现实风电场中，当布机较密集时下游风力机受上游风力机尾流影响，导致风能利用效率下降，当布机间距大时又浪费土地资源，整体风能利用不高，使用寿命周期短。

近年来的研究发现，鱼群的游动对队伍后面的鱼前行有推动作用，从而减少前行的阻力，这是因为鱼群尾部摆动产生的顺时针和逆时针的涡，顺逆涡对形成反卡门涡街，对后面的流场有增益效应，将此运用到风力发电机中，将每个顺逆涡对视为一组反向旋转的垂直风力发电机。另外从天空俯拍发现，鱼群得到较高游动效率时的队形，如图1所示，像“钻石”形状的一个伸长四边形，其中“钻石”型排列的后半部分即鱼群呈“三角”阵型排列的方式巡游，将此运用到风力发电机，如图2所示，三角形每个顶点视为阵列中每台风力机所在的位置。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种正反转三角阵列风力发电机，本发明的发电机结构简单且不易变形，使用周期延长，成本低，降低了尾流影响，节约了土地资源，提高风力发电机的风能利用效率。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于包括第一风叶组件、第二风叶组件、第三风叶组件、第一连通杆、第二连通杆、第三连通杆及发电机，所述第一连通杆、第二连通杆及第三连通杆分别设有能够转动的第一风叶组件、第二风叶组件、第三风叶组件，三个风叶组件呈三角阵列排布于三个连通杆的端部，其中三个连通杆的交汇处与发电机相连接，所述第一风叶组件包括一组第一翼型叶片和设置于第一翼型叶片上下的第一圆环，所述第一翼型叶片沿第一圆环周向分布，所述第二风叶组件包括一组第二翼型叶片和设置于第二翼型叶片上下的第二圆环，所述第二翼型叶片沿第二圆环周向分布，所述第三风叶组件包括一组第三翼型叶片和设置于第三翼型叶片上下的第三圆环，所述第三翼型叶片沿第三圆环周向分布，设计第一翼型叶片的旋转方向与第三翼型叶片的旋转方向相反。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于所述第一连通杆的长度与第二连通杆的长度和第三连通杆的相等。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于上下两个第一圆环通过第一立杆支撑；上下两个第二圆环通过第二立杆支撑，上下两个第三圆环通过第三立杆支撑。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于所述第一圆环内设有第一承接杆，所述第一承接杆的中心设有孔，所述第一立杆的两端穿过第一承接杆中心的孔与两个第一圆环连接；所述第二圆环内设有第二承接杆，所述第二承接杆的中心设有孔，所述第二立杆的两端穿过第二承接杆中心的孔与两个第二圆环连接；所述第三圆环内设有第三承接杆，所述第三承接杆的中心设有孔，所述第三立杆的两端穿过第三承接杆中心的孔与两个第三圆环连接。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于所述第一承接杆的厚度小于第一圆环的厚度；所述第二承接杆的厚度小于第二圆环的厚度；所述第三承接杆的厚度小于第三圆环的厚度。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于所述第一风叶组件、第二风叶组件、第三风叶组件分别通过第一轴承、第二轴承、第三轴承与第一连通杆、第二连通杆、第三连通杆连接。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于包括支撑杆，所述支撑杆设置于三个连通杆交汇处，用于支撑发电机。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于包括底座，所述底座设置于支撑杆的底部。

所述的一种正反转三角阵列风力发电机，其特征在于所述第一风叶组件的个数、第二风叶组件的个数及第三风叶组件的个数均为3个。

与现有技术相比较，本发明的有益效果：

1）采用本发明的技术方案，本发明叶片采用翼型叶片，将三组风叶组件以三角阵列方式设置于三个连通杆的端部，其中通过不同的安装方式，使第一翼型叶片的旋转方向与第三翼型叶片的旋转方向相反，模拟鱼群的游动互相增益的原理，降低了尾流影响，提高风力机的风能利用效率；

2）本发明设置的第一圆环、第二圆环及第三圆环，一方面，主要起支撑翼型叶片的作用，另一方面，有聚风的作用；

3）本发明的叶片均采用翼型叶片，能够在风轮旋转时，不会因为其变形而影响风能的利用效率；

4）本发明中风力发电机的中心点形成三角形，当风向比较紊乱时也可较好的利用风能，同时整体坚固性好可以抵抗级数较高的风力；

5）本发明具有结构简单、稳定性高、用料少、使用寿命长，节约土地资源及成本低的特点。

附图说明

图1为鱼群游动示意图；

图2为本发明中风力机阵列示意图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图4为本发明中三组翼形叶片组件在圆环上的结构示意图；

图5为本发明风力发电机的阵列简化示意图；

图6为本发明风力发电机阵列上游和下游的功率比值图。

图中：1-第一风叶组件；101-第一翼型叶片；102-第一圆环；103-第一立杆；104-第一承接杆；2-第二风叶组件；201-第二翼型叶片；202-第二圆环；203-第二立杆；204-第二承接杆；3-第三风叶组件；301-第三翼型叶片；302-第三圆环；303-第三立杆；304-第三承接杆；4-第一连通杆；5-第二连通杆；6-第三连通杆；7-发电机；8-第一轴承；9-第二轴承；10-第三轴承；11-支撑杆；12-底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明所保护的范围不限于所述范围。

如图3-4所示，一种正反转三角阵列风力发电机，包括第一风叶组件1、第二风叶组件2、第三风叶组件3、第一连通杆4、第二连通杆5、第三连通杆6及发电机7，第一连通杆4、第二连通杆5及第三连通杆6分别设有能够转动的第一风叶组件1、第二风叶组件2、第三风叶组件3，本实施例中第一风叶组件1、第二风叶组件2、第三风叶组件3分别通过第一轴承8、第二轴承9、第三轴承10与第一连通杆4、第二连通杆5、第三连通杆6连接，三个轴承的结构相同和旋转方向相同，三个风叶组件呈三角阵列排布于三个连通杆的端部，其中三个连通杆的交汇处与发电机7相连接，本发明中发电机7的中心点形成三角形，当风向比较紊乱时也可较好的利用风能，同时整体坚固性好可以抵抗级数较高的风力。

本发明的一种正反转三角阵列风力发电机，第一风叶组件1包括一组第一翼型叶片、第一圆环102、第一立杆103及第一承接杆104，第一翼型叶片101的顶部和底部均设有第一圆环102，第一圆环102的内部设有第一承接杆104，第一承接杆104的中心设有孔，第一立杆103的两端分别穿过上下圆环中第一承接杆104中心的孔，用于支撑两个第一圆环102，第一翼型叶片101沿第一圆环的周向设置，本实施例中第一翼型叶片101的个数为3个。

本发明的一种正反转三角阵列风力发电机，第二风叶组件2包括一组第二翼型叶片、第二圆环202、第二立杆203及第二承接杆204，第二翼型叶片201的顶部和底部均设有第二圆环202，第二圆环202的内部设有第二承接杆204，第二承接杆204的中心设有孔，第二立杆203的两端分别穿过上下圆环中第二承接杆204中心的孔，用于支撑两个第二圆环202，第二翼型叶片201沿第二圆环202的周向设置，本实施例中第二翼型叶片201的个数为3个。

本发明的一种正反转三角阵列风力发电机，第三风叶组件3包括一组第三翼型叶片、第三圆环302、第三立杆303及第三承接杆304，第三翼型叶片301的顶部和底部均设有第三圆环302，第三圆环302的内部设有第三承接杆304，第三承接杆304的中心设有孔，第三立杆303的两端分别穿过上下圆环中第三承接杆304中心的孔，用于支撑两个第三圆环302，第三翼型叶片301沿第三圆环的周向设置，本实施例中第三翼型叶片301的个数为3个。

本发明中的叶片均采用翼型叶片，能够在风轮旋转时，不会因为其变形而影响风能的利用效率，将三组风叶组件以三角阵列方式设置于三个连通杆的端部，其中通过不同的安装方式，使第一翼型叶片的旋转方向与第三翼型叶片的旋转方向相反，模拟鱼群的游动互相增益的原理，降低了尾流影响，提高风力机的风能利用效率。

本发明的一种正反转三角阵列风力发电机，第一承接杆104的厚度小于第一圆环102的厚度；第二承接杆204的厚度小于第二圆环202的厚度；第三承接杆304的厚度小于第三圆环302的厚度，本实施例中第一连通杆4的长度与第二连通杆5的长度和第三连通杆6的长度相等。

本发明的一种正反转三角阵列风力发电机，设置的三个圆环，一方面，起支撑翼型叶片的作用，另一方面，能够聚风，提高了风能的利用率。

本发明的一种正反转三角阵列风力发电机，包括支撑杆11和底座12，支撑杆11设置于三个连通杆交汇处，用于支撑发电机7，底座12设置于支撑杆11的底部。

工作原理：将本发明的风力发电机置于风场时，第一翼型叶片101沿顺时针方向旋转，第二翼型叶片201沿顺时针方向旋转，而第三翼型叶片301沿时针方向旋转，三个风叶组件收集到风能将其转化为机械能，通过连通杆接至发电机7，将机械能转化为电能。

如图5所示，为了使阵列简易便于实际研究，从等腰三角形布局出发，将整个三风叶组件研究中简化成上半部分的两个风叶组件，其中R为两个风叶组件的距离，β为两个风叶组件的夹角，根据实际风况，调节两个风叶组件的距离和夹角。

如图6所示，为了研究风叶组件合理的布局，选取6D、8D、10D、12D四个不同间距，D为风叶组件的直径，探究在不同夹角工况下的阵列下游与上游的功率比值，其中P