CN102032118A - 高效封闭扩风式风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效封闭扩风式风力发电装置，包括叶轮、转轴和加速箱，叶轮中心与转轴固定连接，转轴与加速箱的动力输入端连接，所述叶轮置于封闭的箱体中，所述箱体可绕自身中心转动并可止动，箱体立面上开设有进风口，与进风口相对的箱体立面上开设有出风口，所述进风口外部密封固定有喇叭状的扩风口，所述扩风口与箱体内部相通，所述扩风口由自身的进风处至出风处呈渐缩型，这样就行成了“狭管效应”，风经过扩风口后，风速得到提升，风速提升的倍数等于扩风口自身的进风处面积和出风处面积的比值，提高风速后的风再推动叶轮旋转，提高了叶轮旋转的动能，从而提高了发电效率。

Description

高效封闭扩风式风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置，尤其是一种将其叶轮封闭并扩大风速的发电装置，该发电装置可设于大江大海边。
背景技术
风力发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能，首先风力推动叶轮旋转，叶轮旋转的转速通过齿轮加速装置转变为高转速，再通过发电机将高速旋转的动能转化为电能。
当风速达到一定程度时才能使风力发电机发电，而自然界产生的风其风速有限，风速低时无法发电或所发电能不够，只有在达到一定气流时，风力发电机才能很好的发挥其发电功能。
公知的是风力在叶轮切线方向的分力对叶轮所做的功是推动叶轮旋转的有效功。传统的风力发电机所采用的涡轮式叶轮或三片式平圆面斜推叶轮由于其结构形状的限制使得风力在叶轮切线方向的分力较小，因此对风力的有效利用率远远小于100％，也因此要求风具有较高的动能才能达到预期的发电效果。
自然界的气流存在这样一种“狭管效应”：根据地形的狭管作用，当气流由开阔地带流入峡谷地带时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。当流出峡谷时，空气流速又会减缓。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高效封闭扩风式风力发电装置，该发电装置可以大大提高发电效率，且结构简单、易于实施。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高效封闭扩风式风力发电装置，包括叶轮、转轴和加速箱，叶轮中心与转轴固定连接，转轴与加速箱的动力输入端连接，所述叶轮置于封闭的箱体中，所述箱体可绕自身中心转动并可止动，箱体立面上开设有进风口，与进风口相对的箱体立面上开设有出风口，所述进风口外部密封固定有喇叭状的扩风口，所述扩风口与箱体内部相通，所述扩风口由自身的进风处至出风处呈渐缩型。这样就行成了“狭管效应”，风经过扩风口后，风速得到提升，风速提升的倍数等于扩风口自身的进风处面积和出风处面积的比值，提高风速后的风再推动叶轮旋转，提高了叶轮旋转的动能，从而提高了发电效率，做功后的风从出风口排出。由于箱体可以转动，可以通过转动箱体使得所述扩风口总是对准风向，扩风口对准风向后箱体止动。
本发明的进一步技术方案是：
所述转轴为竖直型，所述转轴上固定的叶轮有若干个，叶轮与叶轮间呈上下排布。这种一个转轴上固定串有呈塔状排布的多个叶轮的方式，使发电装置能够获得更多的动能。
所述扩风口呈四棱锥型，由面积相同的上、下、左、右四块等腰梯形板围成，每块等腰梯形板与扩风口几何中心轴的夹角相同。
每块等腰梯形板铰接于箱体的进风口上，相邻等腰梯形板间的连接部位可变。通过改变相邻所述等腰梯形板间的连接部位从而扩大或缩小扩风口的大小，当遇到台风时可以通过改变相邻所述等腰梯形板间的连接部位来缩小扩风口的大小，从而使扩风口封闭或不扩风。
所述叶轮由若干叶杆和偶数个叶片组成，所述叶杆固定连接转轴与叶片，所述叶片以转轴为中心呈中心对称分布(即叶片两两在一直线上，且在一直线上的两叶片与转轴的距离相等，但叶片的朝向相反，这样能使叶轮的转动时所受阻力最小)，每个所述叶片由弧形板和两块挡板组成，所述弧形板由条形平板弯曲而成，所述弧形板的弧面弯曲方向与叶轮的转动方向一直，所述弧形板与叶杆垂直，所述弧形板的两弧形弯曲的侧边上分别连接有挡板，且挡板与弧形板的弧形弯曲的侧边间相密封，挡板与弧形板垂直，每个所述叶片与转轴间在叶轮径向上存在距离。叶轮运行时，将叶轮转动方向调整至与风向相同，叶片的弧形板用于承受风的推力，叶片的两侧所述挡板用于集中风力，这样风向、叶片受力方向和叶轮转动方向一致，使得叶轮对风力的利用率达到最大，做功后有部分风向转为叶轮径向，此部分流体可从叶轮远离转轴的一边及叶轮与转抽间的空隙中泄出，不影响叶轮的转动。
该发电装置的下风向还设有一台同样的发电装置，位于下风向的发电装置的不具有扩风口，位于上风向的发电装置箱体上的出风口与位于下风向的发电装置箱体上的进风口间相连通。这样风给上风向的发电装置的叶轮做功后，继续给下风向的发电装置的叶轮做功，实现了风力的二次利用和二次发电。
设有指示风向的风向标。风向标可以装于箱体上方，用来指示风向，根据风向标调整叶轮的方向，风向标还可以起到美化作用。
本发明的有益效果是：由于该高效封闭扩风式风力发电装置较之传统的风力发电装置做了如下改进：叶轮的叶片采用了特殊结构、叶轮位于封闭的箱体中并采用扩风口进风、发电装置的一个转轴上固定串有呈塔状排布的多个叶轮的方式及两台发电装置串联进行二次发电，使得该高效封闭扩风式风力发电装置较之传统的风力发电装置多发三十倍左右的电力，建了一台具有本发明所述结构的发电机组就等于建了三十台传统的发电机组，可给国家节约大量的人力、物力和财力。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为本发明所述扩风口的结构示意图；
图3为本发明所述叶轮的结构示意图；
图4为本发明所述叶轮的叶片结构示意图。
具体实施方式
实施例：一种高效封闭扩风式风力发电装置，包括叶轮1、转轴2和加速箱，叶轮中心与转轴固定连接，转轴与加速箱的动力输入端连接，所述叶轮置于封闭的箱体3中，所述箱体可绕自身中心转动并可止动，箱体立面上开设有进风口，与进风口相对的箱体立面上开设有出风口4，所述进风口外部密封固定有喇叭状的扩风口5，所述扩风口与箱体内部相通，所述扩风口由自身的进风处至出风处呈渐缩型。这样就行成了“狭管效应”，风经过扩风口后，风速得到提升，风速提升的倍数等于扩风口自身的进风处面积和出风处面积的比值，提高风速后的风再推动叶轮旋转，提高了叶轮旋转的动能，从而提高了发电效率，做功后的风从出风口排出。由于箱体可以转动，可以通过转动箱体使得所述扩风口总是对准风向，扩风口对准风向后箱体止动。
所述转轴为竖直型，所述转轴上固定的叶轮有若干个，叶轮与叶轮间呈上下排布。这种一个转轴上固定串有呈塔状排布的多个叶轮的方式，使发电装置能够获得更多的动能。
所述扩风口呈四棱锥型，由面积相同的上、下、左、右四块等腰梯形板围成，每块等腰梯形板与扩风口几何中心轴的夹角相同。
每块等腰梯形板铰接于箱体的进风口上，相邻等腰梯形板间的连接部位可变。通过改变相邻所述等腰梯形板间的连接部位从而扩大或缩小扩风口的大小，当遇到台风时可以通过改变相邻所述等腰梯形板间的连接部位来缩小扩风口的大小，从而使扩风口封闭或不扩风。
所述叶轮由若干叶杆11和偶数个叶片12组成，所述叶杆固定连接转轴与叶片，所述叶片以转轴为中心呈中心对称分布(即叶片两两在一直线上，且在一直线上的两叶片与转轴的距离相等，但叶片的朝向相反，这样能使叶轮的转动时所受阻力最小)，每个所述叶片由弧形板121和两块挡板122组成，所述弧形板由条形平板弯曲而成，所述弧形板的弧面弯曲方向与叶轮的转动方向一直，所述弧形板与叶杆垂直，所述弧形板的两弧形弯曲的侧边上分别连接有挡板，且挡板与弧形板的弧形弯曲的侧边间相密封，挡板与弧形板垂直，每个所述叶片与转轴间在叶轮径向上存在距离。叶轮运行时，将叶轮转动方向调整至与风向相同，叶片的弧形板用于承受风的推力，叶片的两侧所述挡板用于集中风力，这样风向、叶片受力方向和叶轮转动方向一致，使得叶轮对风力的利用率达到最大，做功后有部分风向转为叶轮径向，此部分流体可从叶轮远离转轴的一边及叶轮与转抽间的空隙中泄出，不影响叶轮的转动。
该发电装置的下风向还设有一台同样的发电装置，位于下风向的发电装置的不具有扩风口，位于上风向的发电装置箱体上的出风口与位于下风向的发电装置箱体上的进风口间相连通。这样风给上风向的发电装置的叶轮做功后，继续给下风向的发电装置的叶轮做功，实现了风力的二次利用和二次发电。
设有指示风向的风向标。风向标可以装于箱体上方，用来指示风向，根据风向标调整叶轮的方向，风向标还可以起到美化作用。

Claims (7)

1.一种高效封闭扩风式风力发电装置，包括叶轮(1)、转轴(2)和加速箱，叶轮中心与转轴固定连接，转轴与加速箱的动力输入端连接，其特征在于：所述叶轮置于封闭的箱体(3)中，所述箱体可绕自身中心转动并可止动，箱体立面上开设有进风口，与进风口相对的箱体立面上开设有出风口(4)，所述进风口外部密封固定有喇叭状的扩风口(5)，所述扩风口与箱体内部相通，所述扩风口由自身的进风处至出风处呈渐缩型。
2.如权利要求1所述的高效封闭扩风式风力发电装置，其特征在于：所述转轴为竖直型，所述转轴上固定的叶轮有若干个，叶轮与叶轮间呈上下排布。
3.如权利要求1所述的高效封闭扩风式风力发电装置，其特征在于：所述扩风口呈四棱锥型，由面积相同的上、下、左、右四块等腰梯形板围成，每块等腰梯形板与扩风口几何中心轴的夹角相同。
4.如权利要求3所述的高效封闭扩风式风力发电装置，其特征在于：每块等腰梯形板铰接于箱体的进风口上，相邻等腰梯形板间的连接部位可变。
5.如权利要求1所述的高效封闭扩风式风力发电装置，其特征在于：所述叶轮由若干叶杆(11)和偶数个叶片(12)组成，所述叶杆固定连接转轴与叶片，所述叶片以转轴为中心呈中心对称分布，每个所述叶片由弧形板(121)和两块挡板(122)组成，所述弧形板由条形平板弯曲而成，所述弧形板的弧面弯曲方向与叶轮的转动方向一直，所述弧形板与叶杆垂直，所述弧形板的两弧形弯曲的侧边上分别连接有挡板，且挡板与弧形板的弧形弯曲的侧边间相密封，挡板与弧形板垂直，每个所述叶片与转轴间在叶轮径向上存在距离。
6.如权利要求1至5之一所述的高效封闭扩风式风力发电装置，其特征在于：该发电装置的下风向还设有一台同样的发电装置，位于下风向的发电装置的不具有扩风口，位于上风向的发电装置箱体上的出风口与位于下风向的发电装置箱体上的进风口间相连通。
7.如权利要求6所述的高效封闭扩风式风力发电装置，其特征在于：设有指示风向的风向标。
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