基于仿生学的风力发电装置的制作方法

本实用新型涉及发电技术领域，特别是一种基于仿生学的风力发电装置。

背景技术：

风力发电虽称清洁能源，能起到很好的环保作用，但随着越来越多大型风电场的建立，一些由风力发电机引发的环保问题凸显出来，这些问题主要体现在噪声及对当地生态环境的影响。传统风力发电装置一般由风能推动翼片作旋转运动，尖速比达到5～7（水平轴风力发电装置），因此存在空间利用率低、风能利用率低、制造成本与翼片半径呈指数增长等问题。（1）水平轴风力发电设备的尖速比一般在5～7，在这样的高速下翼片切割气流将产生很大的气动噪音，同时，很多鸟类在这样的高速翼片下很难幸免。（2）垂直轴风力发电设备的尖速比一般在1.5～2，这样的低转速基本上不产生气动噪声，完全达到了静音的效果。无噪声带来的好处是显而易见的，可应用在以前因为噪声问题不能应用风力发电机的场合(如城市公共设施、民宅等)。（3）低尖速比带来的好处不仅仅是环保的优势，对于风机的整体性能也是非常有利的。从空气动力学上分析，物体速度越快，外形对流场的影响越大。当风力发电机在户外运行时，翼片上不可避免的受到污染，这种污染实际上是改变了翼片的外形。对于水平轴风轮来讲，即使这种外形变化很微小，也很大地降低了风轮的风能利用率，而垂直轴风轮因为转速低，所以对外形的改变没那么敏感，这种翼片的污染基本上对风轮的气动性能没有影响。

通过研究发现，现有的风力发电装置可分为升力型与阻力型翼片两种结构，其原理均是利用翼片在气流的作用下将风能转换为轴的旋转运动。虽然现有这些结构技术相对很成熟，但由此产生的问题如：噪音大、对鸟类伤害大、安装高度高、空间利用率低等却一直得不到解决，要解决这些问题必须摒弃传统的风力发电装置设计结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种噪音小，空间利用率和安全性高，使用寿命长，制造成本低和风能利用率高的基于仿生学的风力发电装置。

本实用新型是这样实现的，它包括底座 、传动齿轮 、隔板、弹簧 、传动丝杠、叶片、固定连杆、机架和发电机，其特征是：在底座上设置有传动齿轮和传动丝杠，在传动丝杠上设置有弹簧和叶片，两个相对应的叶片通过固定连杆连接，传动齿轮与发电机的轴相连接。

叶片采用了NACA类型的对称翼型。

叶片的最佳工作仰角为10至15度。

本实用新型的优点是：（1）静音；本设计的尖速比为1，这样保证了设备在工作过程中翼尖与翼根处的线速度相等，从而避免了高速运动所产生的气动噪音，完全达到了静音的效果，使之能应用与传动风力发电装置所不适应的场合。（2）空间利用率高；与传统的风力发电装置相比，该装置所占用的空间比较小，并且可以采用联排立体组合的方式来提高空间利用率。（3）安全性高；该产品没有大直径的旋转翼片，相对于传统风力发电装置来说安全性更高，可有效避免对飞鸟类动物所造成伤害。（4）使用寿命长；基于仿生学的风力发电装置翼片的总体运动速率较低，且所受惯性力与重力在一个方向上，从而使翼片免受其它方向上的扭矩作用，增强了翼片的疲劳强度，降低了翼片的使用成本。（5）制造成本低；传统风力发电装置的翼片制造成本随着翼片长度和翼片半径的增长呈3次方增长，而风机的扫风面积与风机的输出功率成正相关，也就是说风机的输出功率与翼片半径的增长呈2次方关系，这就使得翼片制造成本增长的速率远远大于输出功率的增长速率，当翼片半径超过一定长度后，随着翼片长度的增加，投资成本急剧增长，而输出功率增长较缓慢，将会达到增长极限，具有使用的局限性，而该设计翼片长度的增加与制造成本呈线性关系，因此具有开发同型号大型风力发电设备的潜力。同时，在设备的设计过程中大量采用了标准件的使用如：锥形轴承、超越离合器等，降低了设备的制造成本，同时也降低了后期设备的使用及维护成本。（6）风能利用率高；众所周知，力在运动方向上时工作效率最高，而且对于对称翼型的翼片来说，保持合适的仰角（10⁰~15⁰）能获取最大的升力。而传统的升力型风力发电装置翼片与相对气流的仰角总是处在不断变化之中，翼片不能一直保持最佳仰角工作。因此不能对风能最大化利用，利用率难以提高。而我们基于仿生学的风力发电装置翼片工作时总是保持在13⁰的最佳仰角上，翼片总能获得最大的升力。

附图说明

以下结合附图对本实用新型做进一步的描述：

图1是基于仿生学的风力发电装置的整体结构示意图；

图2是基于仿生学的风力发电装置的前视结构示意图；

图3是基于仿生学的风力发电装置的左视结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，该基于仿生学的风力发电装置包括底座1、传动齿轮2、隔板3、弹簧4、传动丝杠5、叶片6、固定连杆7、机架8和发电机9，在底座1上设置有传动齿轮2和传动丝杠5，在传动丝杠5上设置有弹簧4和叶片6，两个相对应的叶片6通过固定连杆7连接，传动齿轮2与发电机9的轴相连接。叶片6采用了NACA类型的对称翼型，叶片6的最佳工作仰角为10至15度。

工作原理：

当下叶片6做上行运动时，左侧传动丝杠5被带动并沿顺时针方向转动，右侧传动丝杠5被带动，但由于两根传动丝杠5的螺纹旋线沿中心线呈镜面对称。因此，右侧传动丝杠5转动方向与左侧传动丝杠5转动方向相反，呈逆时针旋转。由于主动轮A、B回转中心装有超越离合器，均只能沿着顺时针方向被带动。所以，当下叶片6做上行运动时，只有主动轮A被带动并驱动从动轮C转动，从动轮C再驱动发电机发电。

当上叶片6做下行运动时，由于两根传动丝杠5对于中轴线呈镜面对称，传动丝杠5上下两部分的螺纹旋线反向，因此，上叶片6做下行运动时也驱动左侧传动丝杠5做顺时针旋转，作用效果与下叶片6做上行运动时作用效果一致，主动轮A被带动，主动轮B不被带动。

当上、下叶片6同时向中轴线运动时，叶片6的输出功率沿左侧丝杠传递到主动轮A，然后再驱动从动轮C带动发电机发电对外输出功率；当上、下叶片6同时向两端运动时，与上、下叶片6向中轴线运动时正好相反，上叶片6做下行运动驱动右侧传动丝杠5做顺时针旋转，左侧传动丝杠5做逆时针旋转，此时，右侧传动丝杠5驱动主动轮B带动从动轮C驱动发电机发电输出功率，叶片6的输出功率通过右侧传动丝杠5传递到发电机9输出，左侧传动丝杠5逆时针旋转，不输出功率。