一、水平轴一轴多级风车简介—
技术原理及背景
本实用新型专利——水平轴一轴多级风车，是在传统的一轴单级风车的基础上改进设计而成的。主要克服传统的单级水平轴风车的三大缺点风轮直径和所占空间面积大而风能利用率低；因风轮机抗拒大风能力差，而不能利用较高速风能；单纯从增加风轮直径即增加叶片长度来提高风轮机的功率，是片面的、不完美的技术方案，并且造成了生产和应用上的技术难题， 使投资建设和经济效益矛盾突出。其次，在结构设计上，本专利提出了多种设计方案，涵盖了水平轴一轴多级结构的全部优越类型，克服了传统的单级水平轴风车“一轴一级”的单一结构，开辟了水平轴风车结构多样性的新技术空间，为风车生产和应用的多样化、系列化、多用途设计提供了理论基础。
以上只是简单从表现形式上认识水平轴多级风车对于传统的单级风车的优越性和特殊性。要真正认识水平轴多级风车的优越性和特殊性，还必须从技术原理和理论本质上去认识。扼要表述如下
（本人农民身份，学识浅陋，人微言轻，不敢妄谈理论问题，但为了说明问题，表明本意，不得不把个人的理解和认识献丑于众，错误之处，请专家明示）任何表现形式的能量，都是存在于一定的空间内的。风能也不例外，风能存在于风流所经过的空间内。大海量的风能存在于强大的风流所经过的广大空间，并且在这些广大空间的每一处即每一个小的空间内都存在着风能。我们安装的风电机组和风电场，就是采收其所处空间内的风能。传统的水平轴单级风车，是不能充分合理的采收其所处空间内的风能的，他所采收的只是其所处空间的一维界面的风能（界面是我提出的一个术语，意即风机把风能转化成机械能的发生面，如风和风机叶片的接触作用面，也指风轮的扫风面），而其所处大部分空间的风能是没有被采收的，这种传统的水平轴单级风车的采风方式，我称之为“界面采风”。要提高水平轴单级风车的采风功率，就只是一个法的加长风机叶片，扩大扫风面积，而实际上是对空间的更大浪费。另一方面，在理论概念上，我们现在所使用的计算风机采风功率的计算公式p=1/2* ρ*π*r2*v3，只能用在水平轴单级风车的计算上，而不能直接简单地用在水平轴一轴多级风车的计算上。p=1/2*ρ*π*r2*v3在风机上的应用概念是这样的1. 这一公式没有完整的空间概念（公式中的空气密度和风速的3次方v3也只具有单位空间概念），只有界面概念，即风流所影响的作用面。因此，运用这一公式的计算数据，可以鉴定风机叶片采风性能的优劣，但不能计算整台风机的采风功率和采风效率。2. 如1 所述 ，因这一公式没有完整的空间概念，只有界面概念，所以用这一公式计算风机的运行数据，只能表示风机界面的工作性能和标准，不能表示风机在其所处空间内的风能利用效率和功率。因为风能利用效率应以风机所占全部空间为基本单位，计算风机的功率，对于水平轴多级风车来说，应该是整架风车多级功率的总和，而不能以一个采风界面的功率为标准。但是，在传统的观念里，人们把这一公式用作风机采风功率和采风效率的计算，虽然用这种算法是错误的，但对水平轴单级风车来说，似乎也接近正确。因为水平轴单级风车只有迎风面的一级风轮，没有明显的轴向扩展的空间采风结构，空间采风的概念和表现很不明显，从而明显突出了界面采风的形式，一台风电机组的采风功率、采风效率和叶片的采风性能等多种数据概念都集中通过唯一的一级风轮的运行数据表现出来，这样，就把本来应该区别的不同数据概念变得混为一谈，从而，又局限和掩盖了我们对于空间概念的思维。事实上，一台水平轴单级风车所占具的不仅是风轮直径的 扫风界面，还有以风轮直径为准的360°的风能存在空间。3. 因此，我们要突破传统的水平轴单级风车技术和理论观念给我们带来的 认识局限，建立“空间-界面”采风的风机设计理念，克服传统单级风车不能合理利用空间风能的缺陷，设计出效率更好功率更大的风机来。“空间-界面”的风机采风理念，是同风能存在于空间的事实规律相一致的，离开了空间和界面，就不能形成采风机制（水平轴单级风车的界面采风，其实也离不开空间，如弦长、叶片长、和倾角就构成了采风空间，只是其没有充分利用空间）。风能转化成机械能必须满足两个条件一是风能转化成机械能是在风机所具有的特定空间内完成的；二是特定的风机空间内设置了特定的风能转化界面（如叶片、风板等），风能转化成机械能是通过风机内的特定界面完成的。运用“空间-界面”的设计理念，在空间概念上，我们要把握风机在空间结构设计上的合理性，充分利用风机所占空间；在界面概念上，要着重研究风流作用于风机叶片上的规律和效应，在这样的理念指导下，我们就可比较容易地设计出性能优越于传统的水平轴单级风车风机来。退一步说，就是设计制造水平轴单级风车，只要合理运用“空间-界面”的设计原理，突破界面概念，引入空间概念，也能使风机在扫风面积上的采风效率超过59％的标准。
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