CN102141014A - 风力发电用集风塔结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电系统，具体地说是一种风力发电用集风塔结构，包括基础及集风塔，集风塔安装在基础上，包括风洞及至少两层的支持框架，风洞安装在集风塔内，各支持框架依次设置在风洞的外部，在各支持框架的内壁上分别设有多个文丘里组织；相邻支持框架之间通过组成导入部的垂直导入板及水平导入板相连接，水平导入板将集风塔分隔成多层；基础内设有发电机，旋转轴的一端与发电机相连接，另一端由集风塔内部的风洞穿过、由风洞的顶端穿出，旋转轴在风洞内部的部分上设有多个风轮，由水平导入板分隔的每一层均对应一个风轮。本发明可以大幅度提高风速，进而提高发电效率，不受风资源是否丰富的区域限制，适用范围广。

Description

风力发电用集风塔结构
技术领域
本发明涉及风力发电系统，具体地说是一种风力发电用集风塔结构。
背景技术
一般来说，利用风能发电的风力发电机是在发电机的旋转轴上安装多个风轮，利用在风能作用下风轮旋转产生的动力发电。但是，这样的风力发电机在比较大的风速下风轮才能旋转发电。由于风能转换成电能的效力较低，因此在风资源比较丰富区域之外安装风力发电设备是不合适的。为了解决在风资源匮乏地区无法使用风力发电设备的问题，开发出了集风塔，利用集风塔收集风能，能够在低风速的情况下发电。如图1、图2所示，现有的集风塔结构包括在基础上沿纵向排列的风洞10及在风洞10外侧的导入部20，风洞10上开有多个筒孔11，风洞10连接有根据风旋转的风轮B。所述导入部20是由以风洞10为中心、以辐射方式设置的多个垂直导入板21和在风洞10周围上下排列的多个水平导入板22组成，各水平导入板22将风洞10的周围分隔成多个导入部20，两相邻水平导入板22及该水平导入板两侧的垂直导入板21形成将风诱导到所述筒孔11的诱导通路23。所述诱导通路23的轴向截面为梯形，即以辐射方式设置的垂直导入板21靠近风洞10的内侧面积逐渐缩小形成锥体形状。因此，将集风塔A周围的风引入到导入部20的诱导通路23，再通过筒孔11流入到风洞10内后供给风轮B，驱动风轮B和连接到风轮B的发电机C构成发电。这种结构的风力发电系统，由于风在风洞10的内部集中增加风速，在比较小的风速下也能够持续发电，对于风力发电系统的安装位置的限制因素也很少，具有提高发电效率的优点。但是，这样的风力发电系统，风在通过诱导通路23流入风洞10的筒孔11时，存在着与垂直导入板21和水平导入板22冲突或因摩擦发生阻力的问题。尤其，因为诱导通路23朝向内侧面积变窄形成锥形，层流状态的风吹来时，由于风与垂直导入板21和水平导入板22冲突或摩擦产生压缩，流体阻力以几何级数增加，有着通过诱导通路23向风洞10供给的风速很难充分上升的问题。
发明内容
为了解决现有集风塔风速很难充分上升的问题，本发明的目的在于提供一种能够有效提高供给风洞内部的风速，以提高发电效率的风力发电用集风塔结构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括基础及集风塔，其中集风塔安装在基础上，包括风洞及至少两层的支持框架，所述风洞安装在集风塔内，各支持框架依次设置在风洞的外部，在各支持框架的内壁上分别设有多个文丘里组织；相邻支持框架之间通过组成导入部的垂直导入板及水平导入板相连接，水平导入板将集风塔分隔成多层；所述基础内设有发电机，旋转轴的一端与发电机相连接，另一端由集风塔内部的风洞穿过、由风洞的顶端穿出，旋转轴在风洞内部的部分上设有多个风轮，由水平导入板分隔的每一层均对应一个风轮。
其中：所述各支持框架均为对称中心共线的正多边形，支持框架每条边的两端分别通过垂直导入板相连接，在由两相邻垂直导入板及两相邻层的支持框架之间的空间中沿集风塔的高度方向设有多个水平导入板；所述支持框架为由多个框架组组成的格子形，每个框架组由两个水平框及两个垂直框组成，中间为开口部，每个框架组的内部均设有一个文丘里组织；两相邻水平导入板及其两侧的垂直导入板构成一个诱导通路，该诱导通路两端的支持框架内壁上设有多个文丘里组织；所述水平导入板由外向内向上倾斜，各水平导入板相互平行；所述风洞为中空圆柱，其上均布有多个筒孔；所述各风轮位于风洞内；所述文丘里组织包括内部筒体及外部筒体，其中内部筒体部分插入外部筒体内，内、外部筒体之间留有间隙；内部筒体位于外部筒体内一端的直径小于位于外部筒体外另一端的直径，直径小的一端均布有多个褶；褶沿内部筒体轴向的幅度变宽，并向外突出，形成端部向上倾斜；所述风洞最顶端的风轮下方设有排气口。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明在集风塔的各层支持框架内壁上设置了多个文丘里组织，通过文丘里组织的空气引起涡流，使风通过文丘里组织的同时提高风速，风再通过导入部时阻力最小化，将风速更为有效地提高了发电效率。
2.本发明组成导入部的垂直导入板呈辐射状设置，越靠近风洞的部位越窄；而且水平导入板由外向内是逐渐向上倾斜的，能够进一步地提高风速，进而提高发电效率。
3.本发明支持框架上的开口部的尺寸要小于导入部中的诱导通路的尺寸，导入部位于相邻两支持框架之间，使得导入部的前后两端均有文丘里组织，在确保了文丘里组织安装位置的同时，又防止了在文丘里组织中增加的压力传达到导入部，能够优化集风塔的内部结构。
4.本发明在集风塔的顶端风轮的下方形成排气口，风轮安装在风洞的内部，利用通过风洞的风使风轮旋转，流入风洞的风沿着风洞上升后，通过排气口向外部排出，有着维护保修便利的优点。
5.本发明可以大幅度提高风速，不受风资源是否丰富的区域限制，适用范围广。
附图说明
图1为现有集风塔的结构示意图；
图2为图1的径向截面示意图；
图3为本发明外部结构示意图；
图4为本发明内部结构示意图；
图5为本发明径向截面示意图；
图6为本发明文丘里装置的立体结构示意图；
图7为本发明文丘里装置的结构原理图；
其中：A为集风塔，B为风轮，C为发电机，10为风洞，11为筒孔，12为基础，13为旋转轴，14为排气口，20为导入部，21为垂直导入板，22为水平导入板，23为诱导通路，30为文丘里组织，31为内部筒体，32为外部筒体，33为褶，40为支持框架，41为水平框，42为垂直框，43为开口部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图3～5所示，本发明包括基础12及集风塔A，其中集风塔A固定在基础12上、包括风洞10及至少两层(本实施例为两层)的支持框架40，所述风洞10安装在集风塔A内，风洞10为中空圆柱，其上均布有多个筒孔11。在风洞10的外部由内向外依次设置了两层的支持框架40，每一层支持框架40的内壁上分别设有多个文丘里组织30。内外两层的支持框架40均为对称中心共线的正多边形(本实施例为正六边形，使得本实施例的集风塔A的外观形状为六角形的塔状)，其多边形的边数与垂直导入板21的个数相等；支持框架40每条边的两端分别通过垂直导入板21相连接(即内层支持框架40的六个顶点分别通过六个垂直导入板21与外层支持框架40的六个顶点相连接)，在由两相邻垂直导入板21及内外两层的支持框架40之间的空间中沿集风塔A的高度方向设有多个水平导入板22，这些个水平导入板22将集风塔A的内部分隔成多层；两相邻水平导入板22及其两侧的垂直导入板21构成一个诱导通路23，该诱导通路23两端的支持框架40内壁上设有多个文丘里组织30。水平导入板22由外向内向上倾斜，各水平导入板22相互平行。每层的支持框架40均为由多个框架组组成的格子形，每个框架组由两个水平框41及两个垂直框42组成，中间为开口部43，该开口部43的尺寸小于诱导通路23，每个框架组的内部均设有一个文丘里组织30。在基础12内设有发电机C，发电机C的输入轴上键连接有齿轮，旋转轴13的一端键连接有齿轮、与发电机C输入轴上的齿轮相啮合传动，旋转轴13另一端由集风塔A内部的风洞10穿过、由风洞10的顶端穿出，旋转轴13在风洞10内部的部分上键连接有多个风轮B，由水平导入板22分隔的每一层均对应一个风轮B，风洞10最顶端的风轮B下方设有排气口14。
如图6、图7所示，文丘里组织30包括内部筒体31及外部筒体32，其中内部筒体31部分插入外部筒体32内，内、外部筒体31、32之间留有间隙。内部筒体31位于外部筒体32内一端的直径小于位于外部筒体32外另一端的直径，直径小的一端均布有多个褶33。褶33沿内部筒体31轴向的幅度变宽，并向外突出，形成端部向上倾斜。文丘里组织30的内部筒体31设有褶33的一端朝向风洞10，另一端与所述开口部43相对应。
本发明的工作原理为：
由于本实施例的集风塔A为六角形的塔状，在集风塔A周围吹来的风由最外层的支持框架40上的各开口部43进入到最外层支持框架内壁上的文丘里组织30中。由开口部43进入的风通过内部筒体31的内部及内、外部筒体31、32之间的间隙向褶33的一端流动，这时，由于内部筒体31的直径逐渐变窄、形成锥形，因此流经内部筒体31的风速逐渐变快；并且，内部筒体31内部流过的风在到达褶33时，一部分顺着内径变窄的内部筒体31的内部面流过，其余的风通过褶33向外侧展开的方向流过，与由内、外部筒体31、32之间流过来的风相冲突，以螺旋方向旋转形成湍流，进而形成湍流的风，在外部筒体32的引入下快速流向集风塔A的内部，进入诱导通路23。进入诱导通路23的风沿着水平导入板22逐渐上升，两侧垂直导入板21之间的距离变小，使风速进一步增加，经内层的支持框架40上的开口部43由风洞10上的筒孔11流入风洞10的内部，在风经过内层支持框架时，安装在内层支持框架内壁上的文丘里组织还可按上述再次提高风速，这样，风沿着风洞10上升经顶端的排出口14向外部排出；在风上升的同时还吹动各风轮B旋转，进而带动旋转轴13使发电机C发电。
本发明的集风塔还可根据需求设计成三角形、四边形等非轴对称形状。本发明的集风塔可用在船舶、建筑物楼顶等需要发电的载体上。

Claims (10)

1.一种风力发电用集风塔结构，其特征在于：包括基础(12)及集风塔(A)，其中集风塔(A)安装在基础(12)上，包括风洞(10)及至少两层的支持框架(40)，所述风洞(10)安装在集风塔(A)内，各支持框架(40)依次设置在风洞(10)的外部，在各支持框架(40)的内壁上分别设有多个文丘里组织(30)；相邻支持框架(40)之间通过组成导入部(20)的垂直导入板(21)及水平导入板(22)相连接，水平导入板(22)将集风塔(A)分隔成多层；所述基础(12)内设有发电机(C)，旋转轴(13)的一端与发电机(C)相连接，另一端由集风塔(A)内部的风洞(10)穿过、由风洞(10)的顶端穿出，旋转轴(13)在风洞(10)内部的部分上设有多个风轮(B)，由水平导入板(22)分隔的每一层均对应一个风轮(B)。
2.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述各支持框架(40)均为对称中心共线的正多边形，支持框架(40)每条边的两端分别通过垂直导入板(21)相连接，在由两相邻垂直导入板(21)及两相邻层的支持框架(40)之间的空间中沿集风塔(A)的高度方向设有多个水平导入板(22)。
3.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述支持框架(40)为由多个框架组组成的格子形，每个框架组由两个水平框(41)及两个垂直框(42)组成，中间为开口部(43)，每个框架组的内部均设有一个文丘里组织(30)。
4.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：两相邻水平导入板(22)及其两侧的垂直导入板(21)构成一个诱导通路(23)，该诱导通路(23)两端的支持框架(40)内壁上设有多个文丘里组织(30)。
5.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述水平导入板(22)由外向内向上倾斜，各水平导入板(22)相互平行。
6.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述风洞(10)为中空圆柱，其上均布有多个筒孔(11)；所述各风轮(B)位于风洞(10)内。
7.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述文丘里组织(30)包括内部筒体(31)及外部筒体(32)，其中内部筒体(31)部分插入外部筒体(32)内，内、外部筒体(31、32)之间留有间隙。
8.按权利要求7所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述内部筒体(31)位于外部筒体(32)内一端的直径小于位于外部筒体(32)外另一端的直径，直径小的一端均布有多个褶(33)。
9.按权利要求8所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述褶(33)沿内部筒体(31)轴向的幅度变宽，并向外突出，形成端部向上倾斜。
10.按权利要求1所述的风力发电用集风塔结构，其特征在于：所述风洞(10)最顶端的风轮(B)下方设有排气口(14)。
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