【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风能利用领域，具体的说是一种针对复杂气流环境(风力发电机范围内存在大量扰流和湍流)开发的立体悬索式风力发电机技术。
技术介绍
1、风能是一种绿色环保可再生的新能源技术。但近代风力发电机的主流研究方向存在一些问题。近代风力发电机的发展方向主要集中在“三叶式”超大型风力发电机组方向。但“三叶式”超大型风力发电机组实际上存在很多先天不足的问题，其中最主要的问题就是“弃风”问题。“弃风”分为广义上的“弃风”和狭义上的“弃风”。广义上的弃风一般被称为“弃风限电”，所谓弃风限电是指在某些情况下，风机可以正常运作，但因为电网消纳能力不足、风力发电不稳定、建设工期不匹配等而使得风电机组停止运作的现象。
2、狭义上的“弃风”是指因“三叶式风力发电机”的设计上存在先天不足，导致风力发电机在不同风速下，对风能的利用率呈断崖式下降。
3、举个例子：参考gw82/1500kw风力发电机参数。
4、从公开数据中可知，gw82/1500kw风机叶轮直径82.34米，轮毂高度70米，塔底截面外径5.5米，叶轮半径41.17米，扫风面积5324.9平方米，其叶轮扫风面的周长约为258米。资料显示，该风机额定转速为17.3转/分钟，额定工作风速为10米/秒～22米/秒。
5、已知，风力发电机的输出功率应当是“风速”乘以“扫风面积”乘以“风能利用率”。已知风速10米/秒时，风力发电机的输出功率为1500kw。那么，理论上来说，风速达到20米/秒时，风力发电机的输出功率就应当达到3000kw。而实际上，近代
6、同时，超大型风力发电机还存在叶片体积过大导致的制造和运输困难的问题、塔架的强度要求随着风机高度增加而不断提高的问题、风力发电机叶尖移动过快导致影响鸟类安全的问题、以及叶片移动速度过快导致的噪音问题等等(叶尖的移动速度往往是当前风速的几倍甚至几十倍，叶尖高速切割空气产生啸叫是导致高频噪音的主要元凶)。
7、之所以会出现上述问题，是因为近代风力发电机技术存在三个基础性谬误。一是三叶式风力发电机被称为升力式风力发电机，但升力式风力发电机的设计不符合“升力原理”。二是在研究叶轮的空气动力学结构时，往往将叶轮视为了一个整体，其导致后续的一系列问题。三是忽视了风力发电机叶轮本身存在“惯性储能”结构特征，以至于将风力发电机叶轮的“惯性储能结构”储存的动能也并入了风力发电机的风能利用率，从而错误的计算了风力发电机的风能利用率问题。
8、基于升力公式可知，升力＝升力系数×机翼面积×飞行动压。那么，理论上来说，在其他条件不变的前提下，机翼面积(叶片面积)越大，所能获得的升力(风能利用率)就应该越大。例如早期的双翼飞机，可以在极低的速度下获得更大的升力。同理，基于升力公式可以推导出，风力发电机叶轮上的叶片面积越大，其所能获得的风能利用率就应当越大才对。但在具体实验中发现，七叶式风力发电机的风能利用率甚至会低于三叶式风力发电机。在大部分风力发电领域的教科书中都提到了，叶轮的实度越大，其风能利用率越低的情况。
9、传统风力发电机的研究过程中，尤其是在风能利用率以及空气流场研究中，叶轮往往被视为一个整体，在计算空气动力学模型时往往只考虑当前环境下的“绝对风速”，忽视了风力发电机的叶片实际上一直处于高速运动状态，叶片与空气来流实际上在做相对运动，这时气流与叶片之间的风速(空气流速)应当取“相对风速”值，而且这个“相对风速”是一个矢量值。
10、在本领域中，尤其是有关湍流对风力机的影响，是目前计算流体力学(cfd)最难以解决的问题。对于湍流，尚没有完善的理论模型，只能依靠经验公式来修正和补充。而传统升力式风力发电机的翼型设计还停留在利用飞行器翼型进行改进而来的程度。如果不能正确理解风力发电机叶轮气流流场结构与工作原理，那么风力发电机叶片的设计永远无法脱离飞行器翼型的桎梏。
11、我接触的很多的风力发电机设计者对风力发电机工作原理的理解存在一定谬误，为了能够正确清晰的理解本专利技术的设计理念，在此必须先用一定篇幅简略介绍一下“相对风速”、“绝对风速”、“船风”、“视风”、“真风”等术语以及他们对风力发电机的影响。
12、在研究中发现，升力式风力发电机领域(三叶式风力发电机)，风力机叶轮所处环境不能视为一个单纯的二维平面结构，而应视为一个三维立体结构。对于风向的计算也不应当简单粗暴的视为单一方向的流体，而是应当考虑到风向与“运动中的叶片”之间的合力，以及形成这个合力的矢量模型。更重要的是，很多人在推导风能公式时，都将空气视为一种“连续的、不可压缩的、没有粘性的理想流体”。而空气明显不属于这种理想流体，这导致很多推导结果与客观现实不符。
13、三叶式风力发电机的每一个叶片相对独立，应当单独计算每一个叶片的，独有的空气流场和动能参数(以及单一叶片流场扰流对其他叶片的影响)。在立体结构中，风力机叶片面对空气来流做圆周运动。如果单纯计算外界自然环境中的“绝对风速”，忽视了叶片高速旋转过程中产生的“相对风速”，那么对叶片所处环境的风速的计算结果必然与现实环境产生巨大的偏差。而且偏差数值会随着风力机叶轮直径的增加而成倍的增加。
14、在风力发电领域，此种情况没有相关专属名词，在此引用航海学领域中描述“帆船风向风速”的“真风”、“船风”、“视风”概念来描述“实际环境风速”、“叶片相对风速”与“环境相对风速”之间的关系。
15、在航海学领域，帆船是大规模风能利用的鼻祖之一，相较于风力发电领域来说，帆船更早注意到，船只运动与自然风速的相对矢量关系。帆船对风能的利用甚至能够让帆船的船速超过自然风速。在2012年，“风帆火箭2号帆船”就能够在自然环境风速达到45公里每小时(12.5米/秒)的情况下跑出了125.95公里/小时(34.99米/秒)的时速。也就是说，这艘无动力帆船的船速达到了2.8倍自然风速。这其中主要原因就是帆船的“视风风速”等于“真风”风速与“船风”风速的矢量合。
16、“真风”是“真实风速”的简称，又名“绝对风速”，是船舶航运中的术语，指空气相对于地球某一固定地点的运动速率。“真风风速”与传统风力发电领域的自然风风速完全一致。“船风”也称速度风，“船风风速”是船舶在航行时所产生的一种：“风向与船舶运动方向相反，风速与船速相等”，的矢量风。如果在无风环境下，船风风速等同于船速。船舶移动速度越快，船风风速越快。(如果在无风环境下风力机叶片主动旋转时，在叶片表面测得的空气流速即为叶片的“船风风速”)。
17、“视风”是真风和船风的矢量和，“视风风速”是真风和船风二者的合成风。如果以船帆为参照物，“视风风速”是实际气流流经船帆表面时测得的气流速度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.本专利技术提出了一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其技术特征为：
2.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，本专利技术所述“叶轮结构”是基于“视风概念”、“康达效应”、“陀螺效应”、“升力原理”以及“特斯拉阀原理”，设计出的一种新型风力发电机叶轮结构，其技术特征为：叶轮表面的鳞片结构如附图2、附图3、附图4、附图5所示，无论正向面对空气来流、侧向面对空气来流还是背向面对空气来流，本专利技术所述的鳞片结构均能够高效利用空气来流；
3.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，阻尼减震器5工作原理类似摩天大楼上使用的风阻尼器，阻尼减震器5挂载在缆索1上，能够吸收缆索1的震动，降低缆索1在强风下受风力影响而产生的震颤；在本专利技术中，阻尼减震器的技术特征为：“阻尼减震器可以与风力发电机叶轮融为一体,也可以相对独立，其利用叶轮旋转产生的陀螺效应抵抗强风对风力发电机的影响”。
4.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征
5.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，鳞片角度控制器13可以通过调整鳞片偏转角度以及张合角度来适应不同风速与风向。
6.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，所述的缆索1可以通过牵引装置收紧，也可以通过牵引装置放松；当需要检修和更换风力发电机叶轮、缆索等零部件时，可以通过放松牵引装置的方式，使风力发电机缆索结构整体下落到地面；
7.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，为了防止本专利技术所述的风力发电机与鸟类或飞行器发生碰撞，在包括但不限于缆索1、叶轮4、叶轮蒙皮11、鳞片13的部分外表涂有高辨识度的，色彩鲜艳的，荧光涂料；白天阳光给荧光涂料充能，夜间荧光涂料自发光，防止鸟类或飞行器意外撞击本专利技术所述风力发电机；
8.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，在本专利技术中，同一条缆索上能够设置若干台发电机3，在同一缆索上的发电机3共用一条或多条导线8用于传输电能；
...【技术特征摘要】
1.本发明提出了一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其技术特征为：
2.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，本发明所述“叶轮结构”是基于“视风概念”、“康达效应”、“陀螺效应”、“升力原理”以及“特斯拉阀原理”，设计出的一种新型风力发电机叶轮结构，其技术特征为：叶轮表面的鳞片结构如附图2、附图3、附图4、附图5所示，无论正向面对空气来流、侧向面对空气来流还是背向面对空气来流，本发明所述的鳞片结构均能够高效利用空气来流；
3.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，阻尼减震器5工作原理类似摩天大楼上使用的风阻尼器，阻尼减震器5挂载在缆索1上，能够吸收缆索1的震动，降低缆索1在强风下受风力影响而产生的震颤；在本发明中，阻尼减震器的技术特征为：“阻尼减震器可以与风力发电机叶轮融为一体,也可以相对独立，其利用叶轮旋转产生的陀螺效应抵抗强风对风力发电机的影响”。
4.根据权利要求1所述的一种针对复杂气流环境开发的立体悬索式风力发电机技术，其特征在于，风力发电机叶轮表面排布有多种不同结...
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