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bdlhz618的博客

创新无止境,学习永不停。新思如潮涌,一切皆可能!

 
 
 

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个人简历 具有深厚的专业理论知识和丰富的实践经验,勤于思考,富于创新,在长期的工作实践中,始终注重研究和探索,通过多年的艰辛努力和实验,在技术革新与发明创造方面有所突破,研制成功《风力飞行器》(201110319692.2)。《调桨长的万向风车》(201210393482.2)。

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调桨长的万向风车的最后征程(1)  

2016-03-09 16:05:08|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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调桨长万向风车的最后征程(1)

调桨长的万向风车历经了十三个年头,终于在201632日取得了专利权,颁发了专利证书,我的心中十分高兴!有人可能觉得,这高兴是当然的,取得专利权就意味着有了利益,怎能不令人高兴呢?其实不然,且不说取得专利权以后还有最后的实施转化工作要做,这更是一件复杂的,全新的,没有先例的工作;而且,这一工作还不见得能成功,那么拿到专利证书就高兴岂不太早?君不见,有多少专利都栽在了转化上?有的是“世界首创”,有的自称效益提高多少倍,有的是解决了世界难题,有的自称花了几十年时间……,可最后就是实施不了。专利不实施就没有效益,专利权何来利益?

其实,我之所以高兴,是由于我感到,我原来预想的专利技术愿景得到了认可,至少是实质性审查员的认可,再加上我的自信,我就有理由高兴了!

那么,调桨长的万向风车有怎样的技术愿景令人高兴呢?下面让我一一道来。

第一,效率高

人类利用风能已有数千年历史,在蒸汽机发明以前风能曾经作为重要的动力,用于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等,风力机械是动力机械的一大支柱。其后随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得,各种曾经被广泛使用的风力机械,由于成本高,效率低,使用不方便等,无法与蒸汽机、内燃机和电动机等相竞争,渐渐被淘汰。到了19世纪末,开始利用风力来发电,这在解决农村电气化方面显示了重要的作用,使风力发电又出现了新机,特别是20 世纪70 年代以后利用风力来发电更进入一个蓬勃发展的阶段。特别是由于化石能源的大量应用,不仅使不可再生的化石能源不断减少,还产生了大量的温室气体,破坏了人类生存的地球环境,这就使风力发电成了世界各国经济上争相发展的重点发展项目。

风力发电就是将风能转化为机械能再转化为电能,这一转换过程必然存在效率问题,所以衡量风力发电设备的好坏,其重要的指标就是看其转化效率如何?在风力机中,风通过风轮扫掠面积时把一部分动能传给风力机,由风力机转化成机械能,然后再用发电机转化成电能。那么,把风轮接受的又通过风力机转化成机械能的风的动能与通过风轮扫掠面积的全部风的总动能的比值就称为风能利用系数,也称风车效率。根据贝茨理论,在理想情况下风力机的最大风能利用系数是59%,而实际上,风力机是达不到这个理想数据的。在风力发电事业不断发展的历史长河中,曾有许多风力机因为效率低而被逐渐淘汰,也有许多关于风力机的发明创新,尽管能解决不少问题,但因影响风车效率的提高而没有普及和推广,最后,只剩下了螺旋桨风车、达里厄风车等寥寥几种。当然,衡量风力机的性能好坏,衡量一项发明创新是不是达到了合理利用风能的要求,可以有好多指标,诸如:效率、成本、效益、控制、运输、维修、安装……等等,但不能不说效率是其中十分重要的性能指标,转化率高的技术和设备,就会不断发展和推广;相反,转化率低的技术和设备,就会被逐渐淘汰。所以,提高效率也就自然成了技术创新的主要奋斗目标,能不能提高效率也就成了发明创新是否成功的重要标志。

各种形式的风轮的风能利用系数是不同的,阻力型风力机的风能利用系数较低,升力型风力机的风能利用系数较高;同时,风力机的结构,风力机的运行姿态,都是影响风力机效率的重要因素,水平轴要比垂直轴效率高,阻力型垂直轴S形比平板式和风杯式效率高;螺旋桨风车的叶桨是否进行非线性扭曲,效率也不同。大型的螺旋桨风车,叶桨要进行非线性扭转,效率就比较高;中小型螺旋桨风车,叶桨不进行非线性扭转,效率就比较低。

风力发电机组除了风轮的风能利用效率外,还有机械传动系统效率,发电机效率等,这些效率的乘积就是风力发电机的全效率。

在下表中列出了各种形式的风力发电机的全效率。见下表。

 

          风轮形式

    全效率

    说明

    阻力型垂直轴风力机(平板式)

  不超过12%

 

    阻力型垂直轴风力机(风杯式)

  不超过7%

 

    阻力型垂直轴风力机(S形)

  不超过25%

 

    升力型垂直轴风力机

  15%-30%

 

多叶片风轮水平轴风力机

  10%-30%

 

扭曲叶片风轮水平轴风力机(1-10KW

  15%-35%

 

扭曲叶片风轮水平轴风力机(10-100KW

  30%-45%

 

扭曲叶片风轮水平轴风力机(100KW以上)

  35%-50%

 

 

风车效率这样重要,无疑在风力机的发展过程中就应该千方百计提高风车效率,而当前在风电场上应用最广的螺旋桨风车是采用什么办法来提高效率的呢?因为升力型螺旋桨风车是利用升力使风车旋转,要想提高效率,就要想办法增大叶桨在自然风中产生的升力,而叶桨产生升力的大小与叶桨的攻角有关,参见附图1翼型的升力系数Cl、阻力系数Cd随攻角α变化曲线图。

从图中可以看出,在-5~15度之间,升力随攻角的增大几乎是线性的增加,而到了15度左右,升力又急剧减小,造成了所谓的失速现象。螺旋桨风车和其他升力型风车就是利用攻角在-5~15度之间,升力随攻角的增大线性增加这一特性来提高风车效率的,增大攻角,升力增加,效率自然也就提高了。

看一下翼型的升力系数、阻力系数随攻角变化曲线,不难发现,这一提高效率的方法有着极大的局限性。首先,攻角的变化区间很小,只有-5~15度之间的20度,且攻角绝对不能大于15度,大于15度就会失速,此时升力急剧减小,阻力大大增加,不仅效率会急剧减小,而且不及时处理还可能造成脱网、跳闸等事故;其次,为了增加风力发电机组的发电容量,现在的风车越造越大,叶桨越来越长,桨距控制系统的控制性能也就越来越差,使通过调桨距来提高风车效率更加困难。所以在一般情况下,用调桨距来提高风车效率的方法,只在大型螺旋桨风车上使用,而在中小型风车上并不使用,这就是说,在中小型升力型风车上,不对效率进行调节,一切顺其自然,这一切都显示出螺旋桨风车的效率还有着很大的提高空间。

那么,有没有更好的方法或思路来提高升力型风车的效率呢?

调桨长的万向风车就另辟蹊径,采取使输出和输入之间形成正反馈,利用正反馈效应来提高风车效率,而不再拘泥于利用调整攻角(也称调桨距)的方法提高效率。这就使调桨长的万向风车的效率高于现有螺旋桨风车、达里厄风车效率。

(未完待续)

 

调桨长的万向风车发明专利正在许可转让。

普通许可500万,包括:《调桨长的万向风车》(201210393482.2),《调桨长的万向风车的主轴和支架》(201610041427.5),《调桨长的万向风车的伸缩翼》(201610041428.X),《调桨长的万向风车的端板》(201610041426.0),《调桨长的万向风车的叶桨头》(201610041429.4)五个发明专利。

对于第一个签订协议的给予半价优惠,——250RMB

有意者可与本人直接联系……

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