決定風力發電效率的關鍵是葉輪效率，如果能將風輪扭矩提高幾倍？

對于風力發電來說將是一場革命。現有三葉片風力發電機的葉尖部分（如左下圖），雖然僅占整體葉片長度的20%,但是它所產生的升力既可達到整體葉片的50%(杠桿原理)。假設將葉片全部變為多個只有幾平方米的小葉尖，葉輪扭矩（根據輪徑不同）至少提升100%以上。（如右下圖）

通過以上兩圖對比：葉尖位置均在葉輪最邊沿,但是葉尖面積及數量確倍增了。顯而易見，葉輪扭矩自然也會倍增。這不是天方夜潭！實驗機已經證實了這一設計可行性，輪徑相同，扭矩倍增。

風輪結構：安裝在主軸前端的兩片碟狀法蘭，利用斜拉索交叉牽引V形輪緣內側，形成輪體。然后將多個只有幾平方米的小葉片(葉尖)，均布在V形輪緣上，形成單支撐、水平軸、全葉尖葉輪。如：圖3所示。


效率倍增的科學依據：全葉尖結構的輪緣周長是現有三葉片輪轂的幾十倍，可設置葉片空間大、數量多(等于增加了動力)。同時葉片設置在輪緣上，距中心軸距離遠(又等于延長了動力臂)。物理學杠桿定理是：動力×動力臂=阻力×阻力臂。

雖然全葉尖結構的葉輪風載比三葉片風輪大幾倍，可靠性是毋庸置疑的。因為，全葉尖葉輪支撐結構是：法蘭與輪緣之間是利用斜拉索(鋼纜)以放射狀交叉牽引的雙支撐結構，是抗拉強度。而三葉片則是將葉根安裝在輪轂上的單支撐結構，是抗彎曲強度。道理很簡單，一根筷子可輕易掰斷，要想拉斷確很難，存在著天壤之別。用鋼纜雙支撐結構，取代了三葉片靠葉根和葉中的過渡支撐，葉輪可靠性大幅度提升。決定風力發電效率的關鍵是葉輪效率，應成為創新的主體。據說，額定功率14mw的葉輪輪徑達到200多米。如果采用相同輪徑的全葉尖葉輪，可靠性高，扭矩可提高100%以上，單機容量可突破30mw。單支撐的三葉片放大己接近極值，必須另辟蹊徑。

變槳結構：設置在V形輪緣上的葉片具有雙軸變槳功能。如：圖3-1局部放大圖所示其中，一軸調整葉片攻角，另一軸可使葉片與輪緣處于合二為一的閉合狀態。葉片全部閉合時只有1～2厘米左右的(截面)厚度，葉輪基本上只是輪體框架。雙軸變槳功能，實現了可根據空氣密度、風速調整出力葉片多少，在啟動風速、滿負荷風速、與切岀風速之間大范圍優化控制，可利用小時更長。適用于高風速及低風速多種風力發電場所。


傳動結構：如圖4所示，主軸經過雙軸承支撐，中間直驅一臺永磁發電機，再利用主軸未端的內齒圈與外齒輪軸嚙合。由于齒輪軸的齒數比內齒圈齒數少，因此，實現了傳動扭距和增速的雙重目的。只有全葉尖葉輪扭矩倍增及傳動方式，才可以半直驅第二臺發電機。實現了一個葉輪可同時直驅、半直驅兩臺發電機。從而解決了永磁直驅發電機機艙配重不均前傾、單一發電機極對多、體積大的問題。

偏航方式：根據滾動摩擦力與滾動體半徑相關，(也是杠桿原理)釆用自驅式滾動輪偏航裝置。


它改變了現有偏航軸承采用的內齒圈或外齒圈中間滾動體的結構，也改變了只能安裝在塔筒最頂端，著力點集中的弊端。具體實施方案是：在塔筒上段的內、外壁上分別固定承重圈、限位圈，其中，帶有驅動電機的滾動輪輪緣的下踏面在承重圈上滾動、滾動輪輪緣的上踏面在倒凹字形軌道內滾動并承載機架及之上載荷，所述滾動輪中間設置驅動電機。形象的比喻：承重圈如同軸承下圈，倒凹字形軌如同軸承上圈，多個可驅動的滾動輪如同滾動體。無需再用電動機齒輪軸與齒圈嚙合的偏航方式。其中，塔筒與套筒之間的限位圈及限位輪、斜置限位輪等，將軸向、徑向、傾覆力矩等綜合載荷分解至上段塔筒內、外壁多處。具有穩定性好、工況要求低、造價低、載荷大的特點。

軸承解決方案：根據滾動摩擦力與接觸面積大小無關，不管是點、線、面接觸只跟滑動摩擦系數和正壓力有關。因此，本專利主軸、從動軸，均釆用無滾動體的適應低速、重載、抗沖擊、可調心的關節滑動軸承。關鍵在于：軸頸和軸瓦是在存油型軸承座內的潤滑油中滑動。因滑動軸承沒有滾動體和保持架，摩擦阻力小且不易產生高溫。每轉動一圈均有完整、足夠的油膜厚度，(0.05mm-0.1mm)消除了軸頸與軸瓦兩摩擦表面的直接接觸，還具有吸振、低噪聲、使用遠遠超出整機全生命周期。其中，變槳只需小型軸承。偏航釆用可自驅動滾動輪結構。全部解決了現有風機軸承使用中出現的難題。


塔架支撐結構：受，空中造樓機可將四、五千噸的自重、材料、塔吊等在內的載荷頂升至五、六百米高空的啟發。本專利采用上塔筒、下筒架，雙層支撐結構。(圖7所示)其中，下層塔架：是由多根(至少三根)立柱形成，上層：單一塔筒,中間：升降平臺所構成。升降平臺可以搭載包括塔筒之上的整機，在地面吊裝后自助升降。自助升降方案：包括以下步驟：步驟1：將升降平臺預留口套入相對應的多根塔架立柱的底部基礎，并完成升降平臺之上的塔筒及整機吊裝。步驟2：安裝完第一節塔架立柱(或混凝土澆筑)后，利用長行程的液壓缸逐級頂升至一定高度后，完成塔間連接及圈梁，再安裝第二節塔架立柱。步驟3：反復循環至所需高度后，將升降平臺緊固在最終一層塔間連接圈梁上。吊機只需在地面吊裝上層塔筒及整機，大幅度降低了吊裝高度，以頂升達到更高高度。為了方便大部件在全生命周期內更換維修，以及退役后拆除，下降步驟與頂升步驟相反。(圖7所示)

自助升降最關鍵是升降平臺之上的塔筒及整機穩固。因此，多種措施，保障了塔筒及整機穩固。可將整機頂升至目前吊機無法達到的高度。徦如：下層塔架高度是150米，上層塔筒上的輪轂高度110米，葉輪輪徑200米，整機有望突破350米或更高。假如本發明人的設想可以實現，風電十三五規劃的風機高度突破300～500米，單機容量突破15兆瓦以上的目標就能實現。

為了您合作的可靠性：經發明人書面同意，您可花很少的錢，先制作一個(全葉尖)小型簡易實體葉輪或數字模擬。然后用扭矩測試儀與同等尺寸的三葉片葉輪進行對比，不比不知道，經過對比，您會深切的感受到它將改變風電歷史、具有革命性。

綜上所述：通過全方位的結構創新，風機可靠性更高，單機容量更大，生命周期更長，整機造價、度電成本、運維成本更低。專利看什么？就是看結構！只有互聯網、大數據、人工智能，與結構創新融為一體。(軟硬件兼容)才能使我國風電技術領先世界。無論未來是競價或平價上網，唯有創新才有立足之地。

尋求愿通過實施知識產權戰略而求變革的合作伙伴。

發明人：戚勝基

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