设计理念:源于杠杆原理,特别是系统能绕共轴线旋转,相当于以轴心为支点,以轮缘半径为省力杠杆,以均布在轮缘上的多个小型叶片为动力的“全叶尖”叶轮结构。
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背景技术:如图1所示,现有三叶片叶轮虽然也是绕共轴线旋转,即存在着以下缺陷:缺陷1、整个叶轮只有三只出力叶片,起动风速要求高。缺陷2、动力(风能)分散在整体叶片多处,(叶根至叶尖)并非集中在动力臂的远端,没能充分发挥杠杆效率、四两拨千斤的作用。缺陷3、百米长的大叶片只是靠叶根一端与轮毂连接,这种单支撑结构(抗弯曲强度)可靠性差。
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通过以上两种叶轮结构对比可见,图2多个叶片总面积≥图1三支叶片投影面积之合。实现了让更多的动力作用于动力臂远端。
这一结构设计无论是科学依据,还是实验机的验证,至少有五大突破点。
1、与现有三叶片技术对比:轮径相同、叶片投影面积相同、风况相同,只因叶片设置位置不同,叶轮扭距至少可翻倍。实现的理由很简单,一个相同面积、受力相等的叶片,因叶片所处的位置不同,叶轮扭距必然会相差N倍。(物理学杠杆定理是:动力×动力臂=阻力×阻力臂)。
2、具有高可靠性理由:反观现有三叶片技术,百米长的大叶片只是靠叶根的一端与轮毂连接,这种单支撑设计是抗弯曲强度。而全叶尖结构是:轮毂与轮缘之间利用斜拉索的拉力相互牵引,是抗拉强度。道理很简单,一根筷子可轻易掰断,要想拉断确很难,存在着天壤之别。利用斜拉索替代了叶根和叶中的过渡支撑,两者可靠性不言而喻。
3、轻量化、重载荷理由:叶轮中间取消了筒形结构、气动性为零的叶根,和半筒形结构、气动性较差的叶中,利用斜拉索替代了叶根和叶中的过度支撑。因此叶轮重量大幅度降低,实现了轻量化,重载荷的目的。
4、大幅度降低成本的理由:叶片小型化(单体面积只有零点几至几平方米)。从加工工艺、制造难度、所使用的原材料、成本、吊装、运输、疲劳寿命等等,均是根本性的改变,多个小叶片造价之合,只是现有三叶片的百分之几,叶轮总体造价至少降低30%。
5、根据风况变化,调整出力叶片数量。变桨机构安装在Ⅴ字形轮缘内,采用双轴变桨方式,根据风况调整出力叶片数量多少。低风速时出力叶片多,高风速时关闭部分叶片,遇,极端风况时关闭所有叶片,叶片与轮缘合二为一,基本上只是轮体框架。具有优越的抗台风能力。