[实用新型]一种阶梯马格努斯型风力叶片及风力机

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，更具体地，涉及一种马格努斯型 风力叶片及风力机。

背景技术

可再生能源是解决能源危机的最佳途径，而风力发电又是可再生能源 行业中发展最迅速、技术最成熟、前景最广阔的行业。随着科学技术的不 断进步，风力发电的经济性不断改善，加之我国已把可再生能源作为我国 能源战略的重要组成部分，风力发电拥有巨大的潜在市场。

风力机叶片是风力机组的核心部件，直接关系到风力利用的效率。现 代风力机的叶片多为传统翼型叶片，基于来流风速均匀稳定的条件下设计 的，并未考虑大气边界层的风力梯度对效率的影响。而实际工作的风力机 大都工作在200米以内的大气边层内，由于地面粘度和地形粗糙度的作用， 使得靠近地面的大气边界层处存在较大的风力梯度，该梯度作用于叶片上 将产生叶片的转矩变化和俯仰力矩，从而导致输出功率的减少。因而迫切 需要一种能够保证在大气边界层内输出功率不发生损失甚至提升的风力 机。

马格努斯型风力机的叶片是基于马格努斯效应的风能叶片，可视为自 转的圆筒叶片。当旋转圆筒受到横向流动的风作用时会受到垂直于流动方 向的升力，即所谓的马格努斯力。马格努斯型风力机的叶片与传统叶片相 比，在相同的叶片表面积下，马格努斯叶片的升力是传统翼型叶片升力的 十倍以上，因此在发电效率上具有明显的优势。现有的马格努斯型风力机 叶片为等径设计的直圆筒型，在大气边界层剪切风作用下效率降低，而且 其材料强度要求高，不适应风力机大型化发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种新型风 力叶片及风力机，其目的在于提高叶片工作效率和风力机的输出功率，由 此解决发电效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种阶梯马格 努斯型风力叶片，其特征在于，所述叶片为阶梯圆柱形，分为若干圆柱段， 各段圆柱直径，从叶片根部到叶片末端逐段变小；

所述圆柱段包括圆形内齿轮，其内腔均设有行星齿轮系统(4)，所述 行星齿轮系统(4)内腔居中设有太阳齿轮，各段太阳齿轮共轴；各太阳齿 轮与齿圈通过三个及以上行星齿轮啮合，用于将齿圈转动传给太阳齿轮， 并实现各圆柱段的差速转动。

基于上述叶片，本实用新型提出一种马格努斯型风力机，包括塔架(5)、 发电装置(1)和三个及以上所述的叶片，其特征在于：

所述叶片通过根部圆柱段与轮毂固定连接，相对于轮毂中心呈圆对称 分布；所述轮毂内部设有电动机，用于驱动叶片根部圆柱段的圆形内齿轮 自转，用于驱动其它圆柱段的转动；

工作中，在风力的带动下，各叶片旋转，带动轮毂旋转，将风能转化 为机械能，送入发电装置。

进一步的，所述的马格努斯型风力机中，在电动机(7)与根部圆柱段 之间，设有斜齿轮(8)，用于实现电动机与圆柱段圆形内齿轮之间的动力 传送。

进一步的，所述的马格努斯型风力机中，包括五个等圆角度分布的叶 片。

进一步的，所述的马格努斯型风力机中，各圆柱段内行星齿轮系统中， 齿圈和太阳轮、行星轮的齿数比根据实际工况设计。

本实用新型是基于马格努斯效应而设计，本实用新型提出的叶片，带 有一定速度自转。考虑到大气边界层存在风力梯度和结构强度的影响，将 每个叶片设计成若干段需要的圆柱形叶片段，通过行星轮系统使不同的叶 片段间以不同的速度自转，调节不同圆柱形叶片段的转速可以使整个叶片 在旋转过程中都能以最优速度自转，有效地降低叶片损失效率，提高机组 的输出功率。

马格努斯型风力机的工作原理：空气以一定的风速流经阶梯状的自转 圆柱形叶片，产生马格努斯升力，推动叶片转动，在气流作用下产生力矩 驱动风轮转动，通过一系列的传动装置将机械能送入发电装置，供于发电。

马格努斯型风力机的工作特点：马格努斯型风力机可以在任意风速工 况下进行启动，结构简单，维修方便，发电效率高。而且此风力机易于制 造加工，重心较低，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等明 显特点。马格努斯型风力机可以应用于水平轴和垂直轴上，可以在风力发 电机、高吸程水泵、空气压缩机等设备进行储能使用。