[发明专利]一种挡风装置及方法及应用

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。

背景技术

[0002] 《科技日报》最近刊发《高效利用近海风能发电——美国重新评估竖轴风力发电机系统》（作者：该报驻美国记者 毛黎），文章主要内容摘录如下：

“在人们大力推广陆基水平轴风力发电机（HAWTs）系统的今天，美国能源部桑迪亚国家实验室风能研究人员则开始重新评估垂直轴风力发电机（VAWTs），目的是解决困扰利用近海微风发电中的难题。事实上，无论是桑迪亚国家实验室还是其他研究机构，在人们开始研究风力的时候，竖轴风力发电机就是关注的对象。

垂直轴风力发电机存在着三方面的优势，它们分别是发电机设备的重心低、构造相对简单、更容易向大尺寸发展。研究人员认为，垂直轴风力发电机重心较低意味着能够改善在海上漂浮的稳定性和降低重心疲劳负荷。此外，垂直轴风力发电机的动力传动系统接近海平面，有望更容易维修并更快被利用。竖轴风力发电机部件更少且疲劳负荷低和维修容易降低了维护成本。     结构简单     桑迪亚国家实验室研究项目负责人之一乔希·帕奎特说，从机械简明性的角度看，垂直轴风力发电机十分可取。因为它们发电时不需要将叶片指向风向的控制系统，所以它们的部件要少于常见的横轴风力发电系统。     重重难题     首先，垂直轴风力发电机系统必须解决叶片附加给动力传动系统循环荷载的问题。当风力稳定时，横轴风力发电机扭矩也保持稳定。竖轴风力发电机则不同，因为每个叶片有两个扭矩和动力“脉冲”，这取决于叶片是处于逆风还是顺风的位置。这种扭矩波动的结果给叶片带来了不稳定的荷载，能导致动力传动系统出现疲劳。研究人员将评估新的转子设计，了解在保持转子成本较少增加的情况下，能否消除周期性扭矩“脉冲”的影响。     其次，另一个挑战则是制动系统。过去的垂直轴风力发电机设计没有空气动力制动系统，仅仅依靠机械制动系统，这种系统与用于横轴风力发电机的空气动力制动系统相比，不仅不易维护，而且可靠性较差。     横轴风力发电机利用具有自动防故障能力的坠落叶片，能够在1至2秒钟内停止转动，同时不会损坏发电机。巴罗内表示，新的竖轴风力发电机设计需要稳固、可靠和成本低的空气动力制动系统，同时，与横轴风力发电机一样也需备有机械制动系统。” 

当风速过大时，垂直轴风力发电机的制动问题，是长期以来没有得到很好解决的一个问题；另外，周期性扭矩“脉冲”的问题，也是急需解决的一个问题；本发明很好的解决了这两个问题。 

公告号为：CN 201486752 U，公告日是2010年05月26日，发明名称：“一种遮流式垂直轴风力发电机”，公开了一套风力发电机，它在叶片外侧加装遮流罩，挡住吹向轴向叶片的气流，使叶片回旋时不受逆时针方向的阻滞回旋的负推力，可以提高风能利用效率。其不足之处在于，当风力过大时，不能解决发电机的制动问题。

公告号为：CN 201982245 U，公告日是2011年09月21日，发明名称：“一种聚风装置”，公开了一种聚风装置，所述装置包括风导流面，偏航装置以及支撑装置，所述导流面安装在风机风轮的逆向风部位的前面；所述装置不仅可以挡住吹向轴向叶片的气流，使叶片回旋时不受逆时针方向的阻滞回旋的负推力，并同时可以将这部分气流导向风机叶片的顺时针方向，使得本来产生负推力的风转而产生了正向风力，可以更大的提高风能利用效率。然而，其不足之处也在于，当风力过大时，不能解决发电机的制动问题。

本发明通过将一挡风物体安装在风机风轮的正向风部位的前面，当风力过大时，用以阻挡吹向风轮并使风轮旋转做正功的风力气流，从而实现为垂直轴风力发电机制动或减速的。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足，解决垂直轴风力发电机当风速超过设计所需风速或超过工作风速时的制动系统的问题，当超过安全风速时的对风机的强风保护问题以及在超强风力时仍然可以正常工作问题；本发明的另一目的是解决消除周期性扭矩“脉冲”的影响问题，并同时提高垂直轴风机或风力发电机的效率。

本发明的目的是这样实现的：