CN102099567A - 气液发电设备 - Google Patents

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Abstract

气液发电设备由一组固定的活动的圆盘构成。进来的气体直向地进入固定圆盘(01)，然后经专门设计的固定圆盘(01)转向85度。从而风以高速度被进一步地引向旋转圆盘(02)，然后以给予最大推力的大约80～85度离开旋转圆盘(02)。此后，旋转运动在2号球轴承(03)的帮助下被传输入传动箱(05)。传动箱(05)被设置以提高每分钟转数。制动器(06)设置在联轴器(07)和传动箱(05)之间，以控制从传动箱(05)提取的每分钟转数。进一步地，联轴器(07)连接至产生电力的直流发电机/交流发电机(03)。当空气正常流动时，水泵用于填充漏斗形水箱储器(09)，随后以最大的力向下排放。

Description

气液发电设备
发明背景
风能是不能耗尽的能源。而且，它是世界各处都能获得的能源。本发明的主要目的在于利用风能。因此，现在将对目前投入运转中的风力涡轮机进行论述。
风力涡轮机的类型
水平轴
水平轴风力涡轮机(HAWT)
现今所使用的大部分风力机为水平轴型。水平轴风力机具有像飞机螺旋桨一样的叶片。典型的水平风力机立起有如20个楼层的建筑那么高，并且此时具有横跨200英尺宽的叶片。世界上最大的风力机具有比足球场长的叶片。风力机高而宽地立起，以便捕获更多的风。如图1所示。HAWT的优势
叶片位于涡轮机(turbine)重心的旁边，有助于稳固。
可变的叶片节距为涡轮机叶片提供了最佳的攻角。允许攻角被远程调节以提供更大的控制，由此涡轮机时刻与时令季节地收集最大量的风能。
在暴风雨中使转子叶片顺桨(feather)的能力，将损害减到最少。
高塔允许在具有风切变的位置接近更强烈的风。在某些风切变位置，每升高10米，风速能够提高20％并且功率输出能够提高34％。HAWT的弊端
HAWT在近地面、湍流风中难于运转。
高塔与多达90米长的长叶片难于在海上和陆地上运输。目前运输能够花费掉20％的设备费用。
所有的HAWT都难于安装，需要非常高且价格昂贵的起重机以及熟练的操作员。
FAA已经提出了关于高HAWT对临近空军基地的雷达的影响的忧虑。
它们的高度能够产生局部阻力，该局部阻力是基于对观察梭口(viewsheds)的影响。
顺风变形(downwind variants)遭受疲劳和由湍流引起的结构破坏。垂直轴
垂直轴风力涡轮机(VAWT)
垂直轴风力机具有从上至下延伸的叶片，最普通型(达里厄型风力机)看上去像是巨大的双叶片的打蛋器(eggbeater)。垂直型的风力机通常立起100英尺高和50英尺(fee)宽。垂直轴风力机仅构成现今所使用的风力机的一非常小的部分。如图2所示。风力增强的转子平台(wind amplified rotor platform，WARP)是一种不同的风力系统(wind system)，该风力系统被设计成比现今所使用的风力机的效率高且占地小。WARP未使用大叶片；反而，它看上去像是一堆凸缘。每个模块具有一对小型的、大生产力的涡轮机，该对涡轮机安装在模块的凹型风力增强的模块通道表面二者上。凹型表面将风引向涡轮机，使风速扩大50％或者更多。设计WARP的Eneco公司计划出售技术，为海上石油平台和无线通讯系统提供动力。
VAWT的优势
如果移动部分位于近地面，能易于维护。
因转子叶片是垂直的，所以不需要偏转装置(yaw device)，减小了费用。
VAWT具有较大的翼型节距角(pitch angle)，当减小低压与高压下的拖曳时，提供了改善的空气动力学。
对于给定的半径，具有方形或矩形横截面的直叶片式VAWT设计的扫掠面积比HAWT的圆形扫掠面积大。
台地、山顶、山脊与山口(pass)能够在近地面处具有较快速的风，这是因为风被强制上升一斜坡或者被灌入山口并进入位于地面附近的VAWT的路径。
低8有用的(loW eight useful)，这里法律不允许结构被高处安装。
不需要独立式塔，因此费用较少，并且在地面附近的疾风中更坚固。
通常具有较低的叶尖速比，因此在疾风中断裂的可能性较小。
如果风向改变则不必转向面对风，使他们在湍流风的状态中是理想的。
他们能够被潜在地建造成远远大于HAWT的尺寸的尺寸，例如浮动的VAWT的数百米的直径，整个容器(vessel)旋转的地方，能够消除对大型且昂贵的轴承的需求。
对于垂直型风力涡轮机能够被建造得多高和其能够具有多少扫掠面积，可能存在高度分层(height lamination)。然而，可以通过以三角型式将多个涡轮机连接在一起同时支撑装置(bracing)横跨结构的顶部来克服。从而减小了对这种强力的垂直支撑件的需求，并允许涡轮机叶片被制得更长。
VAWT的弊端
大部分VAWT以HAWT的效率的仅仅50％产生能量，很大程度上是因为VAWT的叶片在风中转动时，VAWT受到额外的阻力(drag)。可以通过使用结构以灌进更多并调整风进入转子(例如早期的Windstar涡轮机上的“定子”)或者将直叶片式VAWT紧密地放置在一起的“Vorex”效应(例如专利#6784566)来克服这一弊端。
大部分VAWT需要被安装在陆地上相对较平坦的地方，某些位置对VAWT来说可能太陡峭，但仍可被HAWT所使用。
大部分VAWT具有较低的起动扭矩，并且可能需要能量来启动旋转。
由于转子的全部重量都在轴承上，因此使用牵索以使其保持在适当位置的VAWT将应力施加在底部的轴承上。附接至顶部轴承的牵索在阵风中增大向下的推力。解决这一问题，需要上部结构，以使顶部轴承保持在适当位置，从而在牵索模式中消除阵风情况下的向下推力。
当VAWT部件位于地面上时，VAWT部件也位于其上的结构的重力作用下，这使得如果设计得不合理，在不拆卸结构的情况下改变我们的部件几乎是不可能的。
本方案，也就是Bhuma型气液发电设备(Bhuma Aero-Hydro powerplant)，能够克服以上所述两种类型风力涡轮机的大部分弊端。本发明通过运用以下方法能够解决大部分上述问题：
1、本发明使用两种类型的圆盘，一种为固定的叶片组件，另一种为旋转部件。叶片带有角度，从而使得从入射风获取大部分的能量。间隙制得较小，以使能耗减到最小。由此，允许叶片从风捕获到最大的能量。
2、本发明使用一种名为漏斗型储水箱储器(funnel shaped water storingtank reservoir)的新型装置。已有的水获得速度和压力，该压力在转子的周围成切线地冲击转子叶片。压力的影响可以在向上和向下0～50度的角度之间起作用，该角度从旋转圆盘的整个直径和贯穿直径测量。
向下降落的水的动力增大了旋转圆盘的速度。在本发明中，可以使用A/C或者D/C电源。电源本身应当为可再充电的，这能够从产品获取少量的电流，并给予旋转圆盘连续的运动，这样通过使用天然可再生的资源一风力和水资源的帮助，有助于产生更多的电流。
发明内容
假设风以2米/秒或更大的最小速度吹刮。风的流动(wind flowing)直接入射在导流叶片或者固定圆盘上。于是入射在导流叶片上的风在利于使风入射在转子叶片组件上的方向被偏斜。导流叶片使风以85度的角度转向。风入射在旋转圆盘或者转子上，风迫使转子旋转。入射风与离开转子叶片处的风之间的角度为近似80-85度。这样的角度给予转子最大可能的推力。
现在为克服风以相对较低速度流动的问题，这里使用了一项新技术。引入储存有水的漏斗。水储存在漏斗箱储器中。箱内的水自箱下落，并到达漏斗的上横截面区域，再到漏斗的下横截面区域。漏斗的下横截面区域在尺寸上比漏斗的上横截面区域小得多，由此流出的水的速度和压力比上部的那些大得多。
漏斗的水以近似90度的角度直接入射在旋转圆盘的外边缘上，由此增大转子旋转的速度。撞击转子叶片的水压的影响在向上或者向下0～50度的角度之间起作用，该角度从中心沿旋转圆盘的直径测量。此方法允许转子产生额外量的能量。
转子被固定在高速轴上，该高速轴通过联轴器(coupling)与发电机(dynamo)的电枢连接。当转子开始旋转时，其同样旋转发电机的电枢。该发电机将轴的机械能转换成电能。通过这种技术，一部分动力被用于将水储存在箱中，而所提取动力的大部分被用作电能供应。这种技术能够利用在风中流动的能量的90％～95％，而且当空气不在流动时，储存在箱中的水会帮助使风力发动机(windmill)运转。该技术能够用于连续24小时提取动力。无论是风吹或者不吹，都不会影响转子圆盘的旋转，因此有助于产生越来越多的电。
附图简述
图1示出可获得的现有技术的水平轴风力涡轮机(HAWT)。
图2示出可获得的现有技术的垂直轴风力涡轮机(VAWT)。
图3示出根据本发明的气液发电设备的结构简图。
图4示出根据本发明的气液发电设备的压力角。
图5示出根据本发明的漏斗(储水箱)和旋转圆盘装置的示意图。
图6示出根据本发明的气液发电设备的主视图。
图7示出根据本发明的气液发电设备的后视图。
图8示出根据本发明的气液发电设备的右视图。
图9示出根据本发明的气液发电设备的左视图。
BHUMA型气液发电设备的部件
1.固定圆盘装置(set offixed disc)
2.旋转圆盘装置(set offixed disc)
3.球轴承
4.轴
5.传动装置(gear)
6.制动器
7.联轴器
8.发电机
9.漏斗(储水箱)
10.整个结构的基座
11.旋转圆盘的叶片结构
12.保持储器箱漏斗(water reservoir tank funnel)的支架(stand)(图4)各种部件的描述和操作
1.固定圆盘装置
全部组件被分成所需要数量的同心的固定叶片装置。同心的固定圆盘装置的数量和尺寸是不同的。同心的固定叶片装置被设计成在特定的设计速度下在同心部件上获得相同的扭矩。
2.旋转圆盘装置
尽管旋转叶片装置的直径和划分与固定叶片的组件的直径和划分相似，但不同于固定圆盘，其被设计成用于最大的动量改变。旋转叶片的组件被安置在固定圆盘系统的后部，并且直接与轴连接，该轴依次通过传动箱(gearbox)借助于联轴器连接到发电机。旋转圆盘的系统利用被固定叶片聚集的风。
3.球轴承
球轴承用于将运动的轴支撑在固定圆盘架上。该技术一般是用于减小摩擦。由于空气中存在灰尘和湿气，所有部件(除前叶片之外)在其上平稳旋转的球轴承应该由双“Z”(double“Z”)和橡胶密封保护进行罩盖。
4.轴
轴的基本功能是将由旋转叶片获得的角速度传递给发电机。发电机的不同部件在使用球轴承或不使用球轴承的情况下沿着轴的长度连接。
5.传动装置
传动装置实现将转子叶片的高扭矩转换成需要的转数(RPM)。传动装置布置在轴和联轴器之间。这里应提供的传动装置为加速型(sep-up-type)。
6.制动器
制动器被设置在低速轴上以控制轴的转速。制动器有助于控制轴的输出RPM。
7.联轴器
联轴器将轴与发电机相连接。
8.发电机
这种发电机部件被用来将通过旋转叶片获得的机械能(角速度)转换成电能。
9.漏斗
在该组件中，漏斗储箱被设置在两个支柱上，稍后支柱的数量或者形状可以根据箱的重量(第3张)进行增加或者改变。漏斗的水以近似90度的角度直接射入在旋转圆盘外边，并在向上或向下0～50度的角度之间撞击转子圆盘，这为转子圆盘提供额外的扭矩。
10.整个结构的基座
整个结构的基座制造得非常坚固，以使基座不但能承受发电机的静重，还能承受因风吹所带来的巨大的力矩(moment)和储存在箱中的水的巨大重量。
11.旋转叶片的叶片结构
旋转叶片利用来自固定叶片的入射空气的最大能量。入射空气经历动量改变，这种动量改变会对叶片施加压力，其结果导致叶片产生圆周运动。有两种类型的叶片被使用。一种类型的叶片是自中心径向安装，其利用了从固定圆盘入射的风的能量的大部分。叶片近似为半圆柱的形状。下图的图片对它进行了全面阐述。
另一种类型的叶片被布置在周围上。储存在漏斗中的水带动圆盘以高速进行圆周运动。这个过程能够提高旋转圆盘的速度。

Claims (12)

1.一种气液发电设备，其是改善的风力发动机设备，该风力发动机设备包括：风力发动机起动增进设备，其主要包括(a)固定叶片装置、(b)旋转圆盘装置、(c)球轴承、(d)轴、(e)含有齿轮驱动的传动箱、(f)制动器、(g)联轴器、(h)发电机、(i)用于储存水的漏斗、(j)基座架。
2.如权利要求1所述的气液发电设备，被详细描述为：基座架(10)能够支撑整个设备，即固定涡轮装置和旋转涡轮装置以及如第1张中所提到的所有小器具。
3.如权利要求1所述的气液发电设备，其中，通过所述固定叶片的进来的空气会进入同心的固定圆盘装置，以在同心部件上获得相等的扭矩，并且进入旋转叶片的专门设计以获得最大的空气动量。
4.如权利要求1所述的气液发电设备，其中，漏斗形箱储器设置在活动的圆盘组件的上方，所述漏斗形箱储器支撑在两个支柱上，储存的水会通过所述漏斗形箱储器下落到如第3张所示的特殊设计的凸缘上。
5.如权利要求1所述的气液发电设备，其中，高压的水在上面的位置以90度下落，并且水在向下的位置中以0～50度之间飞溅，如第6张所示。
6.如权利要求1所述的气液发电设备，其中，所述增进设备包括与风力发动机数量相同的叶片，所述增进设备的叶片圆周尺寸等于或大于所述风力发动机的叶片圆周尺寸。
7.如权利要求1所述的气液发电设备，其中，所述增进设备与所述风力发动机的叶片保持在最小优选0.5mm左右，以将最大量的风能传递到叶片上。
8.如权利要求1所述的气液发电设备，还包括一组球轴承，所述球轴承将所述旋转叶片的运动传递到所述传动箱，所述传动箱以线装配方式装配在叶片装置之后(传动箱用来增加从活动的叶片获得的每分钟转数)。
9.如权利要求1所述的气液发电设备，还包括制动器，所述制动器装配在所述传动箱之后，以控制从所述传动箱获得的通过联轴器装置到所述发电机的每分钟转数。
10.如权利要求1所述的气液发电设备，优势在于，即使在空气不吹时，也能借助于储存在高处的在自然空气充分流动的时间期间由水泵抽送的水来运转传统的风力发动机。
11.如权利要求1所述的气液发电设备，我们强烈地声明，在图4中，所有类型的旋转圆盘的外边中的阴影部分不能被复制或修整，正如专利的每一个权利要求。
12.如权利要求1所述的气液发电设备，其能够被进一步描述成一种节能设备，因为即使在水被用泵抽送到高处时，也不需要电能，这是因为借助于安装在所述传动箱上的另外的传动装置能够用泵抽送水(未在任何图中提及，但能在审查过程中后续声明)。
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