CN101907070A - 防风治沙风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能防风治沙的新型风力发电机组，它主要包括风轮壳、风轮、风道、调控导流板、聚风斗、风向调控轨道和发电机。机组后部风轮壳内设风轮，中部风道与风轮壳相连接，用于提高风速，风道顶部中间开有导流口，在导流口处安装调控导流板，可调控风力大小，和风道前端相连接的聚风斗，可扩大收集风力的面积，增强风力，风轮上安装风叶，均匀地固定在上面，风轮主轴两端安装有轴承，并固定在座架上，主轴的一端安装一主动轮，发电机置于平台上。整个机组被安装在同一圆心的环形轨道和弧形轨道上，可以调控风向。本发明结构新颖，实用性强，兼具防风治沙与风力发电两项功能，为我国提供一种融防风治沙与风力发电于一体的新型风力发电机组。

Description

防风治沙风力发电机组

技术领域

本发明是一种能防风治沙的新型风力发电机组，涉及防风治沙和风力发电两项技术，兼具防风治沙和风力发电两种功能。

背景技术

目前已有的风力发电风车，都是耸立在高空，用三个桨叶，在风中利用风力差压使风叶转动，带动发电机发电。虽然灵活方便，安装简易，造价低廉，但发电功率都很小，且只能实现单一发电功能，对我国西北沙漠地区防风治沙不起任何作用，无法阻止荒漠化的趋势。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述缺点，提出一种具有以防风治沙为主，兼具风力发电为辅、能自动调控并增强风力、提高风速、发电量大的风力发电机组。

为实现上述目的，采用的技术方案是冲击式能量转换方法，而不是用风力差压式升力技术。

本发明的目的是这样实现的：它包括风轮壳、风道、聚风斗、风轮、调控导流板、环形及弧形调向轨道和发电机等部分，另有钢筋混凝土结构的基建配套部分。所述风电机组前端的聚风斗设计成喇叭状，便于扩大收集风力的面积，加强风力。所述风电机组的风道一端与聚风斗连接，中间顶部开有一个导流口，在导流口处设置导流板用于调控风力的大小，或风电机组的某个部位发生故障时，导流板可封堵风道，使风电机组安全停止运行。所述风电机组的风轮壳顶部沿水平方向延长与风道的另一端连接，在连接处左右两侧各开有一个排风口，两边排风口的后下方各设置一块拦风板，风轮壳被固定在座架上。所述风电机组的风轮被安装在风轮壳内，风叶被均匀地固定在风轮上，风轮的主轴两端各安装一个轴承，轴承被安装在轴承座架上。风轮的主轴一端安装一主动轮，与发电机传动轮齿合，发电机安装在平台上。所述风电机组整体被安装在轨道上，当风向改变时，机组沿轨道运行，使机组的外进风口对准风向。

由于采用上述技术方案，外部风力进入风电机组的聚风斗加强后进入风道，利用窄管效应，将风力提速，增强并提速后的风力从风道的出风口吹出直接冲击风轮的外围风叶，根据杠杆原理，力臂越长越省力，可以使风轮加快转动，带动发电机发电。

风力冲击风轮后，风能已大部分转化为机械能，尾风的能量已经很弱，尾风从风轮壳左右两侧的排风口排出，排出的尾风又被排风口后下方设置的拦风板拦截，又消耗掉尾风的大部分能量，并改变尾风的方向，朝左右两边吹去，与相邻两边风电机组排出的尾风相互对冲，这时风能已消耗殆尽，风力被全部化解，这样便达到既能防风治沙又能发电的技术要求。

本风电机组的优点在于结构简单，加工容易，安装方便，具有防风治沙和风力发电两种功能，社会效益和经济效益显著。

附图说明

图1为本发明整体外形侧视图

图2为本发明整体结构侧视图

图3为本发明整体结构俯视图

图4为本发明风轮结构剖面示意图

图5为本发明风叶结构示意图

图6为本发明整体结构剖面后视图

图7为本发明整体结构后视图

图8为本发明导流板结构正视图

图9为本发明导流板剖面侧视图

图10为本发明导流板固定轴套剖面示意图

图11为本发明导流板转动轴套剖面示意图

图12为本发明环形轨道剖面侧视图

图13为本发明调向结构放大侧视图

图14为本发明弧形轨道调向分解俯视图

图15为本发明稳向制动闸后视图

图16为本发明稳向制动闸侧视图

图17为本发明调控导流板制动闸分解侧视图

在图1至图17中，1、风轮壳，2、风道，3、聚风斗，4、风轮，5、风叶，6、叶柄，7、风叶支架，8、风轮滚桶，9、10滚桶支撑架，11、12轴承，13、主轴，14、主动轮，15、16排风口，17、18拦风板，19、安装检修门，20、排渣口，21、22座架，23承重底盘、24钢筋混凝土交叉轨道平台，25、钢筋混凝土拦风坝，26、27加固梁，28、导流板，29、30、31导流板转动轴套，32、导流板转动轴，33、34、35导流板固定轴套，36、37、38导流板系缆环，39、40、41滑轮，42、43、44钢缆，45、46、47滑轮座架，48、滑轮轴，49、50、51绞盘，52、53、54绞盘座架，55、绞盘轴，56、绞盘传动轮，57、电动机，58、电动机主动轮，59、带齿闸轮，60、电磁铁，61、带齿闸皮，62、导流口，63、发电机，64、发电机传动轮，65、离合器，66、平台，67、平台斜支撑架，68、环形轨道，69、轨道轮架，70、圆锥体状轨道轮，71、防偏转围板，72、防偏转滑轮，73、本机组弧形轨道，74、轨道轮架，75、圆锥体状轨道轮，76、左邻机组弧形轨道，77、右邻机组弧形轨道，78、弧形牙盘，79、传动齿轮，80、电动机，81、联动拉杆，82、稳向制动闸杆，83、闸舌，84、电磁铁，85、支架，86、拉簧。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的防风治沙风力发电机组的设计原理、机组构造及运行机制进行详细说明。

提出的本发明风电机组如图1、图2、图3、图4、图6、图7、图12、图13、图14所示，主要包括风轮壳1、风道2、聚风斗3、风轮4、导流板28、环形轨道68、弧形轨道73和发电机63等部分，另有钢筋混凝土拦风坝25、钢筋混凝土交叉轨道平台24等基建配套部分。

如图1、图2所示，风轮壳1顶部沿圆的切线水平向风道2方向延伸，与风道2的出风口相连接，风道2的进风口与聚风斗3的内出风口相连接。将聚风斗3设计成喇叭状，就是要将风力收拢聚集起来，增强风力。

如图1、图2所示，风力被聚风斗3加强后，进入风道2，风立即被提速，风道2的设计原理是利用窄管效应，在相等时间内，通过相等的流量，横截面积大，风速小，横截面积小，风速大。提速后的风力通过风道2的出风口进入风轮壳1，直接冲击风轮4，使风轮4转动起来，此时已完成风能向机械能转化的过程。

如图2、图4、图5、图6所示，设在风轮壳1内的风轮4，包括主轴13，滚桶8，滚桶支撑架9、10，风叶5，叶柄6，支撑风叶5和叶柄6的支架7及主轴13两端的轴承11、12。如图6所示，主轴13上固定的滚桶8与主轴13为同心圆，滚桶8被两边的支撑架9、10所固定。滚桶8的作用有三：一是可以增加主轴13的强度，使主轴13不易弯曲变形；二是可以缩短叶柄6的长度，增加风叶5和叶柄6的支撑面，使其更稳固，不易被强风吹毁；三是可以减少尾风在风轮4内的滞留，及时从滚桶8的表面排出。风叶5、叶柄6与支架7相连接，并被牢固地焊接在滚桶8上。风轮4的主轴13两端安装有轴承11、12，轴承11、12又被安装在座架21、22上。座架21、22被安装在承重底盘23上。

如图2所示，被增强风速后的风力从风道2的出风口高速向风叶5吹去，强大的冲击力使风轮4快速转动。由于风力带有强大的冲击力，因此风轮4应选择高强度的轻质材料制作，抗风能力强。

如图6所示，主轴13上的主动轮14带动传动轮64，传动轮64和发电机63由离合器65连接，使发电机63转动并发电，主动轮14的直径大于传动轮64的直径，使发电机增速。此时已完成由机械能向电能转化的过程。

如图4所示，风叶5被设置在风轮4的外围，这样设置的目的就是利用杠杆原理，力臂越长越省力，因此，同样的风力可以使风轮4的转速增加。风道2靠近风轮4的外围设置，如图2所示，从风道2的出风口吹出的强风集中对准风轮4的外围冲击。

如图2、图3所示，风道2中间顶部开设一导流口62，内侧设置一块导流板28，面积大于导流口62。如图8所示，导流板28上焊接有系缆环36、37、38。如图9、图11所示，导流板28上部边沿焊接转动轴套29、30、31。如图10所示，风道2上壁内侧设置有固定轴套33、34、35，导流板28的转动轴32，将转动轴套29、30、31和固定轴套33、34、35穿通起来。如图2、图3所示，若风力过大，风轮将超速运转，可启动导流板28。导流板28可以由人工启动，也可以通过安装的风力传感器由电脑控制启动。首先启动电动机57，转动绞盘49、50、51，放松钢缆42、43、44，经过滑轮39、40、41，将导流板28的一端下降，悬停在一定高度，风道2内的一部分风力从导流口62向外释放出去，风道2内的风力减小，避免风叶5被强风吹毁，保护风轮4的正常运转。如果风力减弱，重启电动机57，转动绞盘49、50、51，回卷钢缆42、43、44，经过滑轮39、40、41，将导流板28的一端提升，封堵导流口62，风轮4正常运转。如果风电机组出现故障或需要检修时，都可以启动导流板28，使之下降并封堵风道2，风道2中的风力全部由导流口62排出，即可安全进行维修。如图3、图17所示，在绞盘轴55中部安装一带齿闸轮59，在带齿闸轮59的上方安装一带齿闸皮61，带齿闸皮61平压在带齿闸轮59上，两齿相合，带齿闸皮61的一端安装在固定于绞盘座架53一侧上的一个转动轴上，靠近另一端的上方安装一电磁铁60，在启动电动机57的同时电磁铁60的磁力将带齿闸皮61的一端吸住，带齿闸皮61与带齿闸轮59分离，绞盘轴55转动，电动机57停止工作时，电磁铁60的磁力消失，带齿闸皮61自由下落卡住带齿闸轮59，绞盘轴55不容易松动。

如图1、图2、图6、图7所示，本发明风电机组的风轮壳1是一个扁平圆柱体型，两端固定在座架21、22上，座架21、22牢固地固定在承重底盘23上，风轮壳1顶部两边朝风道2的方向开有两个扇形排风口15、16，从风道2的出风口吹出的强风冲击风叶5后，瞬间从排风口15、16排出，在排风口15、16后下方各设置一块拦风板17、18，从排风口15、16排出的尾风吹向风轮壳1的左右后下方，这时拦风板17、18将尾风拦截，改变尾风的方向，朝左右两边吹去，与相邻两边风电机组排出的尾风相互对冲，风力基本耗尽，在风轮壳1的底部开有一个排渣口20，除用于排出吹入风轮4内的沙石杂物之外，另有一部分少量尾风沿着风轮壳1的内壁流动到底部，从排渣口20排出，这样风轮壳1就把风力全部化解掉，风电机组的后方形成无风区，完全达到防风治沙的目的。如图7所示，在风轮壳1的后部偏下方设置一扇安装检修门19，便于在安装或检修风轮4时使用，平时此门关闭，使用时打开，在地面操作，不用搭梯爬高，操作方便。

如图1、图2所示，由于风电机组的风道2和聚风斗3跨度较大，为防止下垂，在风道2和聚风斗3的下方，焊接加固梁26、27，起到加固风道2和聚风斗3的作用。在聚风斗3的外进风口下方设置一道钢筋混凝土结构的拦风坝25，作用有三：一是安装调向弧形轨道73；二是能拦截地面与坝等高内的风力；三是阻止人畜攀爬到聚风斗3和风道2内，以免发生意外。

如图1、图2、图3、图6、图7、图12所示，风轮壳1及座架21、22都被安装在承重底盘23上，在承重底盘23的底部固定安装有多个轨道轮架69，成环形分布，轨道轮架69的下端安装有圆锥体状轨道轮70，轨道轮70都被安放在环形轨道68里，轨道轮70可在环形轨道68里运动。在环形轨道68的外沿焊接一圈防偏转围板71，在轨道轮架69的外侧焊接有防偏转滑轮72，在风电机组调向转动时起转动轴的作用，可防止因发生偏转而导致轨道轮70与环形轨道68摩擦阻碍机组转动。整体风电机组以环形轨道68为圆心进行旋转，便于风向改变时调整风电机组的外进风口对准风向。

如图1、图2、图3、图13、图14所示，为了在风向改变时调整风电机组的朝向，又在聚风斗3的前端底部安装多个轨道轮架74，轨道轮架74的下端安装有圆锥体状轨道轮75，轨道轮75安放在本风电机组的弧形轨道73里，这样轨道轮75就可以在弧形轨道73里运动。弧形轨道73与环形轨道68为同一个圆心，弧形轨道73的中间部位铺设在拦风坝25上，弧形轨道73的两端铺设在左右相邻风电机组下方设置的轨道平台上(注：每台风电机组的聚风斗的下方都构筑有一座和轨道平台24同样的轨道平台，这里图中只画出本风电机组聚风斗3下方的轨道平台24即可，其它不再画出)。弧形牙盘78焊接在轨道轮架74的内侧上，电动机80固定安装在拦风坝25上，在聚风斗3的前端底部还安装有联动拉杆81，这样的结构设计，就是为了在风向改变时转动风电机组，使聚风斗3的外进风口对准风向。该装置既可人工操作，也可以通过安装的风向仪由电脑控制启动。当风向改变时，首先启动电动机80，传动齿轮79带动弧形牙盘78转动，聚风斗3的前端便沿着本风电机组的弧形轨道73转动，一旦聚风斗3的外进风口对准风向，电动机80停止工作。风电机组可并排安装多台，并用联动拉杆81连接起来，各风电机组都有各自的弧形轨道。左邻风电机组沿弧形轨道76运行，右邻风电机组沿弧形轨道77运行，并与本风电机组弧形轨道73在拦风坝25上交叉安装，左右相邻风电机组的弧形轨道76、77的各一端交叉安装在钢筋混凝土轨道平台24上。调整风向时，多台风电机组沿着各自的弧形轨道同步转动，互不影响，用一部电动机80就可带动多台风电机组。

如图14、图15、图16所示，当电动机80启动的同时，电磁铁84立刻产生强大的磁力，将稳向制动闸杆82的下端吸住，闸舌83从弧形牙盘78里脱离，弧形牙盘78转动，将聚风斗3的外进风口对准风向，一旦聚风斗3的外进风口对准风向，电动机80停止工作，电磁铁84磁力立刻消失，稳向制动闸杆82的下端脱离电磁铁84，闸舌83被拉簧86拉回，重新嵌入弧形牙盘78里，卡住弧形牙盘78，聚风斗3就不易被突如其来的乱气旋干扰而左右摆动。

本发明风电机组的特点：

属防风治沙专用机组，针对新疆、甘肃、内蒙古等地区风向相对单一的特点而设计的。本风电机组设计新颖、结构合理、符合科学、实用性强，既能防风治沙，又能生产清洁能源。多台风电机组并齐一字排开，组成拦风带，能够阻挡一定区域内的风力，防止沙土流动。

本风电机组虽然能拦截风电机组高度内的低空风力，却不能拦截风电机组高度以上的风力，高空的强风继续向前吹去，并向地面下降，可建造多排风电机组，直至彻底控制住风力为止。

采用这种风电机组，可以从风的源头对风进行有效拦截，主动对风进行控制疏导，听从人的指挥，变害为利。

Claims (9)

1.一种防风治沙风力发电机组，主要包括风轮壳1、风轮4、风道2、聚风斗3、调控导流板28、环形轨道68、弧形轨道73和发电机63，设在风轮壳1内的风轮4，包括主轴13和风轮滚桶8，风轮滚桶8与主轴13为同心圆，被固定安装在主轴13上，风叶5和叶柄6均匀地固定在滚桶8上，主轴13两端安装有轴承11、12，主轴13一端安装一主动轮14，整个风轮4和风轮壳1都固定在座架21、22上，座架21、22安装在承重底盘23上，承重底盘23又被安装在环形轨道68上，发电机63上安装一传动轮64，发电机63固定在平台66上，导流口62、导流板28、滑轮39、40、41，绞盘49、50、51及电动机57都置于风道2的中间顶部外侧，聚风斗3的前端被安装在弧形轨道73上，环形轨道68和弧形轨道73为同一圆心。

2.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：风轮壳1为扁平的圆柱体型，内设风轮4，风道2为长方体型，聚风斗3为喇叭状体型，风道2一端与聚风斗3相连接，另一端与风轮壳1相连接，风轮壳1的一侧为发电机63及安放发电机63的平台66，加固梁26、27焊接在风道2和聚风斗3的底部，其中一端焊接在风轮壳1上，整个风电机组安装在环形轨道68和弧形轨道73上。

3.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：所述风轮4包括主轴13和风轮滚桶8，风轮滚桶8与主轴13为同心圆，被固定安装在主轴13上，并用支架9、10加以支撑固定，固定在滚桶8上的叶柄6及与叶柄6相连接的风叶5都被均匀地固定在滚桶8上，安装的风叶5至少8个或多个，支架7将风叶5和叶柄6相连接，牢固地焊接在滚桶8上，相互之间形成牢固的支撑体，以防被强风吹断，主轴13的两端安装轴承11、12，主轴13的一端安装一个主动轮14，轴承11、12又被平稳地安装在座架21、22上，座架21、22又被安装在承重底盘23上。

4.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：所述风轮壳1进风口处左右两侧开有排风口15、16，排风口15、16的后下方各设置一块拦风板17、18，风轮壳1的后下方开有一扇安装检修门19，风轮壳1的底部开有一个排渣口20，风轮壳1被固定在座架21、22上，座架21、22又被安装在承重底盘23上。

5.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：风道2中间顶部开设一导流口62，内侧设置一块导流板28，导流板28大于导流口62，导流板28上焊接有系缆环36、37、38，导流板28上部边沿焊接转动轴套29、30、31，风道2上壁内侧设置有固定轴套33、34、35，导流板28的转动轴32，将转动轴套29、30、31和固定轴套33、34、35穿通起来，在风道2的顶部外侧设置滑轮座架45、46、47，滑轮轴48被安装在滑轮座架45、46、47上，滑轮39、40、41被均匀地固定在滑轮轴48上，风道2顶部外侧设置有绞盘座架52、53、54，绞盘轴55安装在绞盘座架52、53、54上，绞盘49、50、51被均匀地固定在绞盘轴55上，绞盘轴55的一端安装一传动轮56，紧挨传动轮56安装一台电动机57，传动轮56与电动机57上的主动轮58相对应齿合，将钢缆42、43、44一端系在导流板28的系缆环36、37、38上，经过滑轮39、40、41，另一端固定在绞盘49、50、51上，在绞盘轴55的中间部位安装一带齿闸轮59，在带齿闸轮59的上方安装一带齿闸皮61，带齿闸皮61平压在带齿闸轮59上，两齿相合，带齿闸皮61一端安装在固定于绞盘座架53一侧上的一个转动轴上，另一端的上方安装一电磁铁60，风道2底部焊接有加固梁26、27。

6.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：聚风斗3呈喇叭状，内出风口与风道2内进风口相连接，聚风斗3的底部焊接有加固梁26、27，底部前端安装在弧形轨道73上。

7.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：发电机63固定安装在平台66上，主动轮14和发电机63上的传动轮64相互对应齿合，发电机63和传动轮64之间由离合器65连接，主动轮14的直径大于传动轮64的直径，平台66固定在斜支撑架67上，斜支撑架67的下端牢固地焊接在承重底盘23上。

8.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：风轮壳1及座架21、22都被固定安装在承重底盘23上，承重底盘23的底部安装多个轨道轮架69，轨道轮架69的下端安装有圆锥体状轨道轮70，轨道轮70安放在环形轨道68里，在环形轨道68的外沿焊接一圈防偏转围板71，在轨道轮架69的外侧焊接有防偏转滑轮72。

9.根据权利要求1所述的防风治沙风力发电机组，其特征是：聚风斗3的前端底部安装多个轨道轮架74，轨道轮架74的下端安装有圆锥体状轨道轮75，轨道轮75安放在本风电机组弧形轨道73里，弧形轨道73与所述环形轨道68为同一圆心，弧形轨道73中间部位铺设在钢筋混凝土拦风坝25上，弧形轨道73的两端铺设在左右相邻风电机组的下方构筑的钢筋混凝土交叉轨道平台上(这里图中不再画出，只画出本风电机组聚风斗3下方构筑的钢筋混凝土交叉轨道平台24即可)，弧形牙盘78焊接在轨道轮架74的内侧上，电动机80安装在钢筋混凝土拦风坝25上，安装在电动机80上的传动齿轮79与弧形牙盘78齿合，在聚风斗3的前端底部安装有联动拉杆81，在本风电机组聚风斗3的下方地面上构筑一座钢筋混凝土交叉轨道平台24，左邻风电机组的弧形轨道76与右邻风电机组的弧形轨道77的各一端交叉安装在轨道平台24上，靠近电动机80的一侧安装有稳向制动闸杆82、闸舌83、电磁铁84、支架85、拉簧86，电磁铁84固定在弧形轨道73的内侧，支架85固定在拦风坝25上，闸杆82被安装在支架85上，闸舌83焊接在闸杆82的上端内侧，拉簧86一端固定在闸杆82的上部，另一端固定在弧形轨道73的内侧。

Images