CN101363414A - 聚风增速型风力发电机 - Google Patents

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本发明名称为：聚风增速型风力发电机，涉及新能源利用。这种聚风增速型风力发电机由增速装置和风力机等组成。增速装置由两块或三块共垂直轴可旋转的光滑隔板构成，隔板之间成120度夹角，形成类似于渐缩喷嘴的增速装置。根据流体连续性方程，截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大，风力机安装在截面积小的出口，因此增速装置可以使流经风力机的风速提高，增加输出功率。本发明使用的垂直轴风力机包括球形空腔涡轮式风力机和其它风力机如Darrieus式风力机等。

Description

聚风增速型风力发电机
技术领域
本发明涉及新能源利用.这种聚风增速型风力发电机由增速装置和风力机等组成。增速装置由两块或三块共垂直轴可旋转的光滑隔板构成，隔板之间成120度夹角，形成类似于渐缩喷嘴的增速装置。根据流体连续性方程，截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大，风力机安装在截面积小的出口，因此增速装置可以使流经风力机的风速提高，增加输出功率。本发明使用的垂直轴风力机包括球形空腔涡轮式风力机和其它风力机如Darrieus式风力机等。球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点。
背景技术
现有技术的风力机在地表没什么大风的地区不能使用。另外，现有技术的风力发电还存在发电成本高，设备安装困难等问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种能大大地增加风力机功率的发电装置。
我们知道，风力机的功率正比于风力机的受风面积和风速的三次方，增大受风面积和风速能大大地增加风力机的功率。
本发明提供了一种能增大风速的增速装置：参照图1、图5，这种增速装置由两块或三块共垂直轴可转动的光滑隔板3构成，隔板3之间成120度夹角，隔板3是直板，隔板3的一端垂直于地面安装在中心轴18上并构成出风口5，隔板3的另一端构成入风口4，隔板3的长度可伸长或缩短，形成一个或三个近似渐缩喷嘴。这种近似渐缩喷嘴还包括上盖板1、下盖板2、隔板3、入风口4、出风口5、上轴承6、下轴承7、垂直于地面的中心轴18等部分；上轴承6和下轴承7连接隔板3的一端并用垂直于地面的中心轴18连接；上盖板1、下盖板2和隔板3围成一个入风口4截面积大、出风口5截面积小的渐缩喷嘴，根据流体连续性方程，截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大，因此增速装置可以使入风口4的低风速变成出风口5的高风速。出风口5处设置挡风板，可方便停机维修。
如使用垂直轴风力机，为了减少叶片在逆风时受的力，可在出风口5处放置一屏障遮挡逆风叶片。
作为另一种方案，可舍弃上盖板1和下盖板2，亦会收到增速效果。
该增速装置装有风速风向传感器和调向调速机构，风速风向传感器可以测量入风口4前面的风速和风向并把信号传递给调向调速机构；当入风口4前面的风速处于正常值范围内时，调向调速机构可以使入风口4始终正对着来风方向；当入风口4前面的风速低于正常值时，调向调速机构可以使隔板3的长度伸长以增大入风口4截面积；当入风口4前面的风速过大时，调向调速机构也可以通过调整入风口4与来风方向的夹角或缩短隔板3的长度以减少入风截面积来调低出风口5的风速，使风力机和电力设备不会因风速过高而损坏。
隔板3在出风口5的高度等于或稍大于球形空腔涡轮式风力机的高度；隔板3在出风口5的宽度等于或稍大于球形空腔涡轮式风力机的直径。
本发明使用的球形空腔涡轮式风力机安装在增速装置的出风口5处，和隔板3共轴，正对着出风口5，参照图4，在出风口5的高风速作用下，能大大地增加风力机的功率。
在这种增速装置的出风口5处安装两台或多台球形空腔涡轮式风力机，参照图2，相当于增大受风面积和风速，更能大大地增加风力机的功率。图中画出三个球形空腔涡轮式风力机。
本发明使用与普通风力机不同的球形空腔涡轮式风力机，球形空腔涡轮式风力机是这样的一种装置：参照图3，空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个轻薄的弧形叶片16组成，弧形叶片16以一定角度固定在上支承板和下支承板之间，以确保球形空腔涡轮式风力机能以一个确定的方向转动，风力机轴承17安装在上支承板和下支承板上，并用垂直于地面的中心轴18连接。弧形叶片16之间有缝隙，缝隙有类似于喷嘴的作用，可让气流加速进入球形空腔涡轮风力机内部并对弧形叶片16的凹面施加一个作用力，由于弧形叶片16之间的缝隙很小，进入球形空腔涡轮风力机内部的气流不容易通过缝隙流出球形空腔涡轮风力机，因而可以对弧形叶片16的凹面多次施加作用力，弧形叶片16的凹面及凸面在在受到风力作用时空气阻力系数差别很大，凹面的空气阻力系数远大于凸面的空气阻力系数，因而作用于球形空腔涡轮风力机内部弧形叶片16的凹面的力远大于作用于球形空腔涡轮风力机外部弧形叶片16的凸面的力，从而使球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低的优点。球形空腔涡轮式风力机属于垂直轴风力机；球形空腔涡轮式风力机还具有安全风速高、定向转动等的优点。
另外本发明还可使用一种整合型球形空腔涡轮式风力发电机。
整合型球形空腔涡轮式风力发电机是这样的一种装置：在球形空腔涡轮式风机的叶片中嵌入导体线圈，在球形空腔涡轮式风机的中心轴上绕有导体线圈，中心轴上的导体线圈通入直流电后将会产生磁场，或者在中心轴上安装永磁体，直流电可由地面的蓄电池供应。当嵌入导体线圈的叶片在风力作用下转动时，叶片中的导体线圈与中心轴上的导体线圈通入直流电后产生的磁场或中心轴上永磁体的磁场就有了相对运动，即叶片中的导体线圈切割了磁力线，因此在叶片中的导体线圈中便产生了感应电势，从而发电。使用整合型球形空腔涡轮式风力发电机可省却发电机和齿轮箱等通常的风力发电设备。
本发明还可使用其它垂直轴风力机如Darrieus式风力机等。
本发明使用的是垂直轴风力机，不需要跟踪风向的变化，无论风向如何都能定向转动并带动发电机发电，因而不需要配置风向舵或偏航轴承总成，可节省不少费用。
即使在年平均风速2m/s以下低风速地区，亦可通过此增速装置获得高风速，使球形空腔涡轮式风力机8获得足够的能量带动发电机10发电。
附图说明
图1是本发明聚风增速型风力发电机增速装置的示意图。
图中：1、上盖板；2、下盖板；3、隔板；4、入风口；5、出风口；6、上轴承；7、下轴承；18、垂直于地面的中心轴。
图2是本发明聚风增速型风力发电机的示意图一。
图中：1、上盖板；2、下盖板；3、隔板；4、入风口；5、出风口；6、上轴承；7、下轴承；8、球形空腔涡轮式风力机；9、联轴器；10，发电机；18、垂直于地面的中心轴。
图3是本发明球形空腔涡轮式风力机的示意图。
图中：16、叶片；17、风力机轴承；18、垂直于地面的中心轴。
图4是本发明聚风增速型风力发电机的示意图二。
图中：1、上盖板；2、下盖板；3、隔板；4、入风口；5、出风口；6、上轴承；7、下轴承；8、风力机；10，发电机；18、垂直于地面的中心轴。
图5是本发明聚风增速型风力发电机增速装置的俯视示意图。
图中：1、上盖板；3、隔板；8、风力机；11、入风口外缘；12、出风口内缘。
图6是本发明整合型球形空腔涡轮式风力发电机的示意图。
图中：16、叶片；17、风力机轴承；18、垂直于地面的中心轴；20、叶片中的导体线圈；21、中心轴上的导体线圈。
具体实施方式
本发明提供一种能增大风速和受风面积的发电装置。参照图1、图2、图3、图4、图5，它由上盖板1、下盖板2、隔板3、入风口4、出风口5、上盖板轴承6、下盖板轴承7、球形空腔涡轮式风力机8、联轴器9、发电机10、叶片16、风力机轴承17、垂直于地面的中心轴18、下支承板、上支承板等部分组成。
参照图1、图2、图4、图5，增速装置由两块或三块共垂直轴可转动的光滑隔板3构成，隔板3之间成120度夹角；隔板3是直板；隔板3的一端垂直于地面安装在中心轴18上并构成出风口5；隔板3的另一端构成入风口4；隔板3由可以相对滑动的两部分组成，因而隔板3的长度可伸长或缩短，形成一个或三个近似渐缩喷嘴。这种近似渐缩喷嘴还包括上盖板1、下盖板2、上轴承6、下轴承7、垂直于地面的中心轴18等部分；上轴承6和下轴承7连接隔板3的一端并用垂直于地面的中心轴18连接；上盖板1、下盖板2和隔板3围成一个入风口4截面积大、出风口5截面积小的渐缩喷嘴，根据流体连续性方程，截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大，因此增速装置可以使入风口4的低风速变成出风口5的高风速。出风口5处设置挡风板，可方便停机维修。
如使用垂直轴风力机，为了减少叶片在逆风时受的阻力，可在出风口5处放置一屏障遮挡逆风叶片。
作为另一种方案，可舍弃上盖板1和下盖板2，亦会收到增速效果。
该增速装置装有风速风向传感器和调向调速机构，风速风向传感器可以测量入风口4前面的风速和风向并把信号传递给调向调速机构；当入风口4前面的风速处于正常值范围内时，调向调速机构可以使入风口4始终正对着来风方向；当入风口4前面的风速低于正常值时，调向调速机构可以使隔板3的长度伸长以增大入风口4截面积；当入风口4前面的风速过大时，调向调速机构也可以通过调整入风口4与来风方向的夹角或缩短隔板3的长度以减少入风截面积来调低出风口5的风速，使风力机和电力设备不会因风速过高而损坏。
隔板3在出风口5的高度等于或稍大于球形空腔涡轮式风力机的高度；隔板3在出风口5的宽度等于或稍大于球形空腔涡轮式风力机的直径。
本发明使用的球形空腔涡轮式风力机安装在增速装置的出风口5处，和隔板3共轴，正对着出风口5，参照图4，在出风口5的高风速作用下，能大大地增加风力机的功率。
在这种增速装置的出风口5处安装两台或多台球形空腔涡轮式风力机，参照图2，相当于增大受风面积和风速，更能大大地增加风力机的功率。图中画出三个球形空腔涡轮式风力机。
当在增速装置的出风口5处安装两台或多台球形空腔涡轮式风力机，参照图2，这些共轴的球形空腔涡轮式风力机用联轴器9连接。隔板3在出风口5的高度等于或稍大于底部风力机下支承板22到顶部风力机上支承板23的高度；出风口5的宽度等于或稍大于风力机的直径。
本发明使用与普通风力机不同的球形空腔涡轮式风力机，球形空腔涡轮式风力机是这样的一种装置：参照图3，空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个轻薄的弧形叶片16组成，弧形叶片16以一定角度固定在上支承板和下支承板之间，以确保球形空腔涡轮式风力机能以一个确定的方向转动，风力机轴承17安装在上支承板和下支承板上，并用垂直于地面的中心轴18连接。弧形叶片16之间有缝隙，缝隙有类似于喷嘴的作用，可让气流加速进入球形空腔涡轮风力机内部并对弧形叶片16的凹面施加一个作用力，由于弧形叶片16之间的缝隙很小，进入球形空腔涡轮风力机内部的气流不容易通过缝隙流出球形空腔涡轮风力机，因而可以对弧形叶片16的凹面多次施加作用力，弧形叶片16的凹面及凸面在在受到风力作用时空气阻力系数差别很大，凹面的空气阻力系数远大于凸面的空气阻力系数，因而作用于球形空腔涡轮风力机内部弧形叶片16的凹面的力远大于作用于球形空腔涡轮风力机外部弧形叶片16的凸面的力，从而使球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低的优点。球形空腔涡轮式风力机属于垂直轴风力机；球形空腔涡轮式风力机还具有安全风速高、定向转动等的优点。
另外本发明还可使用一种整合型球形空腔涡轮式风力发电机。
整合型球形空腔涡轮式风力发电机是这样的一种装置，参照图6：在球形空腔涡轮式风力机的叶片中16嵌入导体线圈20，在球形空腔涡轮式风机的中心轴18上绕有导体线圈21，中心轴上的导体线圈21通入直流电后将会产生磁场，或者在中心轴上安装永磁体，直流电可由地面的蓄电池供应。当嵌入导体线圈的叶片16在风力作用下转动时，叶片16中的导体线圈20与中心轴18上的导体线圈21通入直流电后产生的磁场或中心轴上永磁体的磁场就有了相对运动，即叶片中的导体线圈切割了磁力线，因此在叶片16中的导体线圈20中便产生了感应电势，从而发电。使用整合型球形空腔涡轮式风力发电机可省却发电机和齿轮箱等通常的风力发电设备。
本发明还可使用其它垂直轴风力机如Darrieus式风力机等。

Claims (10)

1，一种聚风增速型风力发电机，其特征在于：包括增速装置、球形空腔涡轮式风力机8或其它垂直轴风力机、整合型球形空腔涡轮式风力发电机和发电机10。
2，根据权利要求1所述的聚风增速型风力发电机，其特征在于：所述的球形空腔涡轮式风机由球形空腔涡轮外壳、垂直于地面的中心轴18、轴承17、上支承板、下支承板组成；空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个轻薄的弧形叶片16组成，弧形叶片16以一定角度固定在上支承板和下支承板之间，以确保球形空腔涡轮式风力机能以一个确定的方向转动，风力机轴承17安装在上支承板和下支承板上，并用中心轴18连接；弧形叶片16之间有缝隙，缝隙有类似于喷嘴的作用，可让气流加速进入球形空腔涡轮风力机内部并对弧形叶片16的凹面施加一个作用力。
3，根据权利要求1所述的聚风增速型风力发电机，其特征在于：所述的聚风增速型风力发电机的增速装置由两块或三块共垂直轴可转动的光滑隔板3构成，隔板3之间成120度夹角；隔板3是直板；隔板3的一端垂直于地面安装在中心轴18上并构成出风口5；隔板3的另一端构成入风口4；隔板3由可以相对滑动的两部分组成，因而隔板3的长度可伸长或缩短，形成一个或三个近似渐缩喷嘴。这种近似渐缩喷嘴还包括上盖板1、下盖板2、上轴承6、下轴承7、垂直于地面的中心轴18等部分；上轴承6和下轴承7连接隔板3的一端并用垂直于地面的中心轴18连接；上盖板1、下盖板2和隔板3围成一个入风口4截面积大、出风口5截面积小的渐缩喷嘴。隔板3在出风口5的高度等于或稍大于球形空腔涡轮式风力机的高度；隔板3在出风口5的宽度等于或稍大于球形空腔涡轮式风力机的直径。出风口5处设置挡风板，可方便停机维修。类似的由可转动隔板构成的入风口截面积大、出风口5截面积小的增速装置都在本发明权利要求范围内。
4，根据权利要求1所述的聚风增速型风力发电机，其特征在于：所述的球形空腔涡轮式风力机安装在增速装置的出风口5处，和隔板3共轴，正对着出风口5。
5，根据权利要求1所述的聚风增速型风力发电机，其特征在于：所述的增速装置的出风口5处安装两台或多台共轴的球形空腔涡轮式风力机，这些共轴的球形空腔涡轮式风力机用联轴器9连接。隔板3在出风口5的高度等于或稍大于底部风力机下支承板到顶部风力机上支承板的高度；出风口5的宽度等于或稍大于风力机的直径。
6，根据权利要求1所述的聚风增速型风力发电机，其特征在于：所述的球形空腔涡轮式风力机可用其它风力机代替。
7，根据权利要求3所述的聚风增速型风力发电机的增速装置，其特征在于：所述的增速装置装有风速风向传感器和调向调速机构，风速风向传感器可以测量入风口4前面的风速和风向并把信号传递给调向调速机构；当入风口4前面的风速处于正常值范围内时，调向调速机构可以使入风口4始终正对着来风方向；当入风口4前面的风速低于正常值时，调向调速机构可以使隔板3的长度伸长以增大入风口4截面积，当入风口4前面的风速过大时，调向调速机构也可以通过调整入风口4与来风方向的夹角或缩短隔板3的长度以减少入风截面积来调低出风口5的风速，使风力机和电力设备不会因风速过高而损坏。
8，根据权利要求3所述的聚风增速型风力发电机的增速装置，其特征在于：所述的增速装置的出风口5处放置一屏障遮挡逆风叶片。
9，根据权利要求3所述的聚风增速型风力发电机的增速装置，其特征在于：所述的增速装置可舍弃上盖板1和下盖板2。
10，根据权利要求1所述的聚风增速型风力发电机，其特征在于：所述的整合型球形空腔涡轮式风力发电机在球形空腔涡轮式风力机的叶片中16嵌入导体线圈20，在球形空腔涡轮式风机的中心轴18上绕有导体线圈21，中心轴上的导体线圈21通入直流电后将会产生磁场，或者在中心轴上安装永磁体，直流电可由地面的蓄电池供应。当嵌入导体线圈的叶片16在风力作用下转动时，叶片16中的导体线圈20与中心轴18上的导体线圈21通入直流电后产生的磁场或中心轴上永磁体的磁场就有了相对运动，即叶片中的导体线圈切割了磁力线，因此在叶片16中的导体线圈20中便产生了感应电势，从而发电。
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