[实用新型]一种适用于小型风力发电机的双叶轮对转风轮结构

说明书

本实用新型涉及一种适用于小型风力发电机的双叶轮对转风轮结构，属于风能利用及风力发电技术领域。

风能作为可再生能源已经在全球范围内得到了越来越广泛的应用。为了提高风能的利用率，目前风轮机大多以三叶片水平轴类型居多，风轮尺寸均比较大，国内最大的风轮直径已经达到70米以上，但其风能利用率最高才0.4左右【张果宇.风力发电机整机气动性能数值模拟计算与仿真研究[D].武汉:武汉大学,2009】，远远低于Betz极限值(风能利用系数理论最高值为0.593)【苏绍禹.风力发电机设计与运行维护[M].北京:中国电力出版社,2003】。同时中国人多地少、风力资源分布不均、东西部发展不平衡的基本国情使得大型风力发电机组发电厂的建设、应用与并网发电都存在很大的局限性。但若减小风轮机的尺寸又会大大降低风力发电的效率，这对风力发电的家庭化、小型化、离网化应用是不利的。

本实用新型的目的是为了解决了传统小型风力发电机风能利用率低、发电量小、实用性差、家庭化困难等问题，提供一种适用于小型风力发电机的双叶轮对转风轮结构。

一种适用于小型风力发电机的双叶轮对转风轮结构，其特征在于，包括第一级叶轮、第二级叶轮、轴承支架、第一级轴轴承、第一级轴、第二级轴、第二级轴轴承；

第一级叶轮安装于第一级轴上，第二级叶轮安装于第二级轴上，第二级轴中空，内部设有第一级轴轴承，第一级轴沿第二级轴轴心通入第二级轴内，第一级轴与第二级轴同心，第二级轴安装在第二级轴轴承上；

第二级轴轴承通过轴承支架固定；

第一级轴和第二级轴上安装有传动装置与各自发电机相连。

本发明的优点在于：

（1）大大提升了单套风力发电设备风轮系统的风能利用率，在叶轮尺寸不变的前提下，风能利用率达到传统单轴单叶轮风力发电机的1.5倍以上；

（2）大大提高了单套小型风力发电设备的发电总量。发电总量的提升一方面是受益于风轮系统效率的提升，另一方面则是因为双叶轮对转结构使得风力发电设备在恶劣条件（如风速过大）下稳定发电能力大大提升，从而延长了有效工作时间；

（2）大大提高了单套小型风力发电设备的发电总量。发电总量的提升一方面是受益于风轮系统效率的提升，另一方面则是因为双叶轮对转结构使得风力发电设备在恶劣条件（如风速过大）下稳定发电能力大大提升，从而延长了有效工作时间；

（3）大大降低了风力发电小型化、家庭化的难度，使得家家户户用上风力发电成为可能。这是因为本实用新型只需在传统小型风力发电设备上稍作改进，不需升级原有生产线，也不需增加过高的设计和生产成本即可实现技术上的革新。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型图1中第一级叶轮、第二级叶轮局部安装示意图；

图3是本实用新型第一级叶轮、第二级叶轮的尺寸示意图；

图4是本实用新型第一级叶轮、第二级叶轮中叶片安装角的示意图；

图中：

1‑第一级叶轮    2‑第二级叶轮  3‑轴承支架

4‑第一级轴轴承  5‑第一级轴    6‑第二级轴

7‑第二级轴轴承

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实用新型为了解决了传统小型风力发电机风能利用率低、发电量小、实用性差、家庭化困难等问题，本实用新型的技术方案采用同轴双转子双叶轮对转结构替代传统小型风力发电机单轴单转子单叶轮结构，通过两级叶轮间的流场耦合，使第一级叶轮在充分利用风能发电的基础上，亦成为第二级叶轮的进口导向叶片和整流叶片。第二级叶轮与第一级叶轮同轴、反向对转，使第二级叶轮叶片入口流场在常用风力发电风速范围（5m/s～12m/s）内都能达到最优风能利用条件（最优攻角、最优流态），有效避免了因局部风速过高而失速或流动分离导致的效率降低，从而提升了整机风能利用率。

本实用新型的一种适用于小型风力发电机的双叶轮对转风轮结构，如图1所示，包括第一级叶轮1、第二级叶轮2、轴承支架3、第一级轴轴承4、第一级轴5、第二级轴6、第二级轴轴承7。

第一级叶轮1安装于第一级轴5上，第二级叶轮2安装于第二级轴6上，第二级轴6中空，内径略大于第一级轴5外径，第二级轴6轴内装有第一级轴轴承4，使第一级轴5能够沿第二级轴6轴心通入第二级轴6内，第一级轴5与第二级轴6同心，并可做独立、自由转动。第二级轴6安装在第二级轴轴承7上，也可做独立、自由转动；