CN102022277A

CN102022277A - 聚风式风力发电装置

Info

Publication number: CN102022277A
Application number: CN 200910195607
Authority: CN
Inventors: 孙立蓉; 孙昀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明提供了一种聚风式风力发电装置，它包括基座、聚风塔、风力涡轮机、垂直发电机、传动装置、拔风管、排风风量调节机构和泄风调节机构。其中的聚风塔包括多个喇叭形涡轮式聚风通道，多个喇叭形涡轮式聚风通道连续排列围绕在风力涡轮机的周围形成一个外大内小的锥形圆环体，各聚风通道的外侧喇叭口形成一圈进风口，各聚风通道的内侧收缩口对准风力涡轮机的涡轮叶片凹面形成排风口。本发明聚风式风力发电装置采用聚风风力驱动，使用洁净无价能源，能建成大装机容量和发电效率高的发电装置。

Description

聚风式风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别涉及一种聚风式风力发电装置。

背景技术

随着工业发展和人民生活水平提高，近两年每年新增发电机装机容量1亿kw，其中80％是煤电，燃煤不仅污染环境，影响人体健康，CO₂的排放还使全球气候变暖，破坏生态环境，目前我国新增CO₂排放量占世界新增量的60％，总排放量已超过美国。

发展清洁能源是当今世界的趋势。然而至今还没有一种清洁能源能满足人类的需求，如目前使用的太阳能，地热能仅能满足人类一部份能源需求。生物能在人类尚未温饱情况下发展有限，是否属清洁能源观点尚不一致。我国水力发电所占比例较高，但仍受资源影响，也不利生态平衡。核能是一种很有前景的能源，但其发电成本太高，仍存在环境问题。

风能是全球分布最广泛、最易获得的能源，我国风能资源十分丰富，然而目前世界广泛使用的水平轴螺旋桨风电机，其风的利用率仅10％，提高装机容量主要依靠加长螺旋桨长度，如3.6MW风电机螺旋桨直径已达116m，单桨重17吨，继续增加装机容量对制造越来越困难。水平轴风电因装机容量小，有效发电时间短，生产成本高，对风能不能控制，发电频率不稳定难以满足并网要求，取代燃煤发电还很困难。

风能由于密度低，稳定性差，要实现大装机容量，采用聚风方法是最有效的。目前我国一些专利多采用遮敞式聚风法，聚风装置在两平面之间，涡轮机的高度与两聚风平面间距相当。大面积聚风法无法实现涡轮机小型化、聚风效果低、形成高风速困难，仍难实现大装机容量。

发明内容

本发明的目的，就是为了提供一种发电功率大、并且能实现全方位发电的聚风式风力发电装置。

本发明的技术方案是：一种聚风式风力发电装置，其包括：

基座，为大型连续涡轮式框架结构；

聚风塔，安装在基座上方，包括多个喇叭形涡轮式聚风通道，多个喇叭形涡轮式聚风通道连续排列形成一个外大内小的锥形圆环体，各聚风通道的外侧喇叭口形成一圈进风口，各聚风通道的内侧收缩口形成一圈排风口；

风力涡轮机，为无中心轴涡轮机，设置在聚风塔内，风力涡轮机的涡轮叶片凹面对准各聚风通道的内侧排风口；

垂直发电机，安装在基座的框架上，包括一根向上或向下伸出的垂直转轴；

传动装置，连接在垂直发电机与风力涡轮机之间；

拔风管，安装在风力涡轮机的上方，内设螺旋形导风板。

所述的传动装置包括连接在涡轮机上的主动伞齿轮、多组水平传动轴和安装在水平传动轴两端的传动伞齿轮，以及连接在垂直发电机垂直转轴上的从动伞齿轮，涡轮机上的主动伞齿轮分别与各水平传动轴一端的传动伞齿轮传动相连，垂直发电机垂直转轴上的从动伞齿轮分别与各水平传动轴另一端的传动伞齿轮传动相连。

所述的风力涡轮机包括与基座相连的支撑框架，在框架内设有涡轮组件，该涡轮组件包括环形框体，框体内沿高度方向设有多层螺旋形园环隔板，将框体内的空间分隔成多个向外开口的圆环形腔体，各腔体内分别安装有一组涡轮叶片。

所述的风力涡轮机的底部安装有惯性轮和磁悬浮装置，周边通过轴承与支撑框架连接。

所述的聚风塔在每个聚风通道的排风口处分别设有排风风量调节机构。

所述的聚风塔在每个聚风通道的内端顶部分别设有泄风调节机构。

所述的聚风塔为圆柱形或椭圆柱形。

风力涡轮机的功率主要取决于涡轮机的受风面积F和风速V三次方乘积(FV³)。本发明中的风力涡轮机，是安装在连续框架的聚风塔上，因结构稳定，能处于较高的空间，能将任何方位数万平方米的高空风速，经聚风通道对风进行加速，选择适当的进风口与排风口面积的收缩比，获得较高的聚风风速，经涡轮形的排风通道形成巨大的龙卷风，使涡轮机、垂直发电机的功率达到数百兆瓦。本发明的装置，能极大的增加涡轮机的受风面积和涡轮机的直径和力矩，从而提高发电机的功率。由于涡轮机的直径加大，影响了涡轮机的转速，本发明采用设置在涡轮机和垂直发电机转轴之间的伞齿轮传动机构来提高发电机转速，从而解决了装机容量问题。

采用喇叭形涡轮式聚风通道，不仅能大面积聚集高空的风能，提高聚风后的风速，还能增加涡轮机的受风面积和力矩以提高风的效率，并能获得稳定的额定转速和数百兆瓦的装机容量，特别是能直接使用垂直水轮发电机。

聚风式风力发电的基本原理：目前世界发电均采用推力，推动涡轮机旋转。聚风式风力发电是将数万平方米的风聚集并提高风速，推动涡轮机旋转发电。当采用螺旋形涡轮机时，推动螺旋形涡轮机后的高速风，以螺旋形式进入拔风管，而中心是低气压，在拔风管内形成巨大的人造龙卷风。龙卷风的抽吸力进一步带动螺旋涡轮机旋转，带动发电机发电。在整个发电系统中风能的损耗使风温升高，拔风管中的温差又产生温差动力。将提高龙卷风的抽吸力，拔风管内的螺旋形导风管也加速了龙卷风的旋转和上升力，都使龙卷风抽吸力增加。聚风后的推力和龙卷风的抽吸力，两合力大大提高了风的效率。龙卷风的抽吸效应，使进气和排气系统完全畅通，保证了发电系统的正常运行。

附图说明

图1是本发明聚风式风力发电装置的正视透视结构示意图；

图2是本发明聚风式风力发电装置的平面结构示意图；

图3是本发明中的风力涡轮机、垂直发电机和传动机构的连接关系示意图；

图4是本发明一实施例的结构示意图；

图5是本发明另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

附图给出了本发明的一个较佳实施例，下面结合附图的实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，配合参见图2、图3、图4、图5，本发明的聚风式风力发电装置，包括基座1、聚风塔2、风力涡轮机3、垂直发电机4、传动装置5和拔风管6。

基座1为大型连续涡轮式框架结构。

配合参见图2，聚风塔2为圆柱形或椭圆柱形，图2所示为椭圆柱形聚风塔的平面结构示意图。对风向玫瑰图、风能玫瑰图正反风向、风能较一致情况下，采用椭圆柱形结构更容易聚集风能。聚风塔2安装在基座1的上方，包括多个喇叭形涡轮式聚风通道21，多个喇叭形涡轮式聚风通道连续排列形成一个外大内小的锥形圆环体，各聚风通道的外侧喇叭口形成一圈进风口22，各聚风通道的内侧收缩口形成一圈排风口23。在每个聚风通道的排风口23处分别设有排风风量调节机构7。在每个聚风通道的内端顶部分别设有泄风调节机构8。排风风量调节机构7包括垂直升降闸门71，轨道72，升降装置73，平衡锤74和自动控制器75。泄风调节机构8包括泄风口81，泄风门82和自动控制装置83。

配合参见图3，风力涡轮机3为无中心轴涡轮机，设置在聚风塔2内，包括与基座相连的支撑框架31，在框架内设有涡轮组件，该涡轮组件包括环形框体32，框体内沿高度方向设有多层螺旋形园环隔板33，将框体内的空间分隔成多个向外开口的圆环形腔体，各腔体内分别安装有一组涡轮叶片34，涡轮叶片凹面对准各聚风通道的内侧排风口23。在风力涡轮机3的底部安装有惯性轮35和磁悬浮装置36，环形框体32周边通过轴承37与支撑框架31连接。磁悬浮装置36的结构原理与在先专利申请“风力磁浮发电装置”(申请号为200810037772.7)中的轴向磁浮定位机构基本相同。它包括两组成对对应设置的磁浮组件，两组成对对应的磁浮组件非接触相互插入，并按磁平衡原则排列。磁悬浮装置36的设置，可使风力涡轮机3在磁浮状态下转动，极大地减小阻力和摩擦力，提高发电效率。

配合参见图3，垂直发电机4安装在基座1的框架上，包括一根向上或向下伸出的垂直转轴41以及转子42和定子43。

配合参见图3，传动装置5连接在垂直发电机4与风力涡轮机3之间，包括连接在涡轮机上的主动伞齿轮51、多组水平传动轴52和安装在水平传动轴两端的传动伞齿轮53、54，以及连接在垂直发电机垂直转轴上的从动伞齿轮55，涡轮机上的主动伞齿轮51分别与各水平传动轴一端的传动伞齿轮53传动相连，垂直发电机垂直转轴上的从动伞齿轮55分别与各水平传动轴另一端的传动伞齿轮54传动相连。

拔风管6安装在风力涡轮机3的上方，内设螺旋形导风板61。

本发明的聚风式风力发电装置可以如图4所示将垂直发电机4的垂直转轴41向上伸出，将传动装置5设置在垂直发电机4的上方。也可以如图5所示将垂直发电机4的垂直转轴41向下伸出，将传动装置5设置在垂直发电机4的下方。采用图5所示的结构能直接使用市场提供的水轮发电机，转速通常在75～150r/min范围。

对于大装机容量的聚风式风力发电装置，适合采用一组以上的传动装置，在发电机转轴的上端和下端同时安装从动伞齿轮，通过数组水平传动轴和安装在水平传动轴两端的传动伞齿轮与风力涡轮机上的主动伞齿轮传动相连，更易平稳驱动垂直发电机，对转速和装机容量更能满足聚风发电的数百兆瓦的要求，以取代燃煤发电。

本发明聚风式风力发电装置的发电原理是：采用喇叭形涡轮式聚风方法，聚风塔是安装在连续涡轮式框架结构中，结构稳定，是全方位聚风装置。聚风塔的高度和直径远在100m以上，进风口面积达到数万平方米，所需的风能完全能通过聚风法获得。通过聚风通道进出口面积缩小之比，将提高聚风风速。由于功率p主要取决于涡轮机受风面积F和风速V的三次方的乘积关系。提高风速能极大的增加功率，配合涡轮机的面积的加大，特别是涡轮机直径的增加，聚风排风口能获得大力矩的效果，提高风的使用效率，使风电易达到数百兆瓦的装机容量。喇叭形聚风通道上设置的排风风量调节机构和泄风调节机构能有效控制风能，稳定风力发电机的额定转速，能获得50HZ发电频率，能满足并网要求。

聚风后的高风速经排风口驱动风力涡轮机，并提高旋转的风送入拔风筒，高速风在拔风筒内旋转，中心是低气压，形成人造龙卷风，龙卷风又对风力涡轮机产生巨大的抽吸作用。风在聚风过程和推动涡轮机的过程中，有大量的风能损失转化成热量，使风的温度升高，与拔风筒出风口之间形成温差，又将损失的能量转换成温差动力，使龙卷风的抽吸力大增。拔风管内所设的螺旋式导风板又使龙卷风风速增加，又增加了龙卷风的抽吸力。风力蜗轮机、发电机将受到聚风后高风速的推力和龙卷风的抽吸力，在两合力的作用下，风的效率提高，更易实现数百兆互的装机容量。龙卷风的抽吸力，还使风的通道畅通，保证了聚风发电系统正常运行。

Claims

1.一种聚风式风力发电装置，其特征在于包括：

基座，为大型连续涡轮式框架结构；

传动装置，连接在垂直发电机与风力涡轮机之间；

拔风管，安装在风力涡轮机的上方，内设螺旋形导风板。

2.根据权利要求1所述的聚风式风力发电装置，其特征在于：所述的传动装置包括连接在涡轮机上的主动伞齿轮、多组水平传动轴和安装在水平传动轴两端的传动伞齿轮，以及连接在垂直发电机垂直转轴上的从动伞齿轮，涡轮机上的主动伞齿轮分别与各水平传动轴一端的传动伞齿轮传动相连，垂直发电机垂直转轴上的从动伞齿轮分别与各水平传动轴另一端的传动伞齿轮传动相连。

3.根据权利要求1所述的聚风式风力发电装置，其特征在于：所述的风力涡轮机包括与基座相连的支撑框架，在框架内设有涡轮组件，该涡轮组件包括环形框体，框体内沿高度方向设有多层螺旋形园环隔板，将框体内的空间分隔成多个向外开口的圆环形腔体，各腔体内分别安装有一组涡轮叶片。

4.根据权利要求1所述的聚风式风力发电装置，其特征在于：所述的风力涡轮机的底部安装有惯性轮和磁悬浮装置，周边通过轴承与支撑框架连接。

5.根据权利要求1所述的聚风式风力发电装置，其特征在于：所述的聚风塔在每个聚风通道的排风口处分别设有排风风量调节机构。

6.根据权利要求1所述的聚风式风力发电装置，其特征在于：所述的聚风塔在每个聚风通道的内端顶部分别设有泄风调节机构。

7.根据权利要求1所述的聚风式风力发电装置，其特征在于：所述的聚风塔为圆柱形或椭圆柱形。