CN102168655A - 阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，其目的在于把马克思主义唯物辩证法与能源科学技术相结合，提供一种简便、高效的风能与海洋能利用装置，以一点突破带动全局的方法，引领经济社会走出能源危机和气候变暖的困境，并开辟通向未来社会的、具有中国特色的、可持续发展的新型工业化道路。本发明所要解决的技术问题是自然界存在大量能源与技术上所开发利用能量不能满足社会需要这一矛盾，采用否定的否定方式使能源技术发展向阻力差式发动机回归，应用量变引起质变的方法，把转轮紧密重复排列，把能量转换效率提高到80％。再用质变引起量变与寒极生热和热极生寒的方法，并解除台风、雷暴、低温的限制，使可用能量大大增加，让风能和海洋能成为社会生产的主要能源。

Description

阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统

1、所属技术领域：

本发明涉及风能与海洋能开发利用领域，特别涉及一种阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统。

2、背景技术：

在风能与海洋能开发利用装置中，有一种结构相似，在风能利用上叫萨瓦里欧斯式转子，在海流或河流利用上叫花环式发动机，它们有S型，多叶型和横轴型之分。

垂直轴风力机的叶片在顺风与逆风方向时形状不同，则气流在两方向上作用于叶片的阻力就有悬殊差别，因而能使风轮顺利转动。由于这种阻力差型风力机本身是中心对称的，无需调向装置，结构也非常简单，并减少了风轮对风时的陀螺力。

S型风轮，主要由中心轴线相互错开的两个半圆柱形叶片组成，顺风而动的凹面叶片与凸面迎风的叶片间形成做功气流的通道，在两叶片的引导下，气流发生转折，转折气流对凸面迎风的叶片产生了与风向相反的作用力，风轮起动前若其叶片与风向的相对位置处在出现负转矩的区域时，风轮无法自主起动，为此，可在该风轮上方另加一个相位与其相差90度的风轮，以保障风力机的顺利启动。S型风轮可以接受来自任何方向的风，因而当风向改变时，无需对风，由于不需要调向装置，它们的结构设计得以简化。另一个突出的优点是齿轮箱和发电机可以安装在地面上，运行维修简便，S型风轮具有较大的启动力矩。

由于受边界层的影响，地面风速较低，而风轮接近地面，就使输入垂直轴风力机的风能降低。此外，运行中风力机的每一个叶片所受力的大小总是不断产生周期性的变化，因而增加了风轮的气动载荷，易形成叶片的自激振动与材料的疲劳破坏。

由于围绕着风轮产生不对称气流，从而对它产生侧向推力。对于较大型的风力机，因为受偏转与安全极限应力的限制，采用这种结构形式比较困难。S型风力机风能利用系数低于高速垂直轴式风力机或水平轴式风力机，在风轮尺寸、质量和成本一定的条件下，提供的功率输出较低，S型风轮尖速比较低，效率一般较低，因而不宜用于发电。

效率就是生命，效率低就使阻力差式S风轮被较高的升力型风力机所否定。

在现有技术中，升力型螺旋浆式风轮机占据风能利用的主导地位。这是由于它的风能利用系数较高，高达42％，单机功率高者可达2000-3000千瓦。像任何事物都具有二重性一样，这种风轮机只能利用平稳气流，不能利用湍流和紊流，因而风轮之间的距离至少是风轮直径的10倍，风能开发系数为0.1，其余90％以上的风能被这种利用方式所否定，所扬弃。在我国第一次风能调查中，我国风能储量为16亿KW，可开发风能为1.6亿KW。(《中国可再生能源发展战略研究丛书》风能卷第8页)

风轮扫掠面积是风轮直径正方形的0.785倍，风能开发系数变为0.785X0.1＝0.0785.我国第二次风能普查，离地面10M高处，风能总储量为32.26亿KW，技术可开发量为32.26X0.0785＝2.53亿KW。(《中国可再生能源发展战略研究丛书》风能卷第8页)

为了不受地面紊流的影响，都把风轮架在高大塔架的顶端，下面至少有1/3的风能没有得到开发利用而被扬弃，因此，可开发的风能只占总储量的0.0785X2/3＝0.0523，这差不多是风能的1/20，这是仅对面积而言，一般风力机的转换效率为40％左右，0.0523X40％＝0.02，转化为机械能的只占风能储量的2％。

我国第三次风能资源普查10M高度总储量为43.5亿KW，技术可开发量为2.97亿KW，潜在技术可开发量为0.7915亿KW，这个量不到总储量的2％(《中国可再生能源发展战略研究丛书》风能卷第70页)。

此外，风能的开发利用还受台风、雷暴、沙尘暴、低温等限制因素的影响。

局部与整体的关系，按一般情况，应该是整体大于部分，然而在风能利用的效率上，却把这种关系颠倒过来，是局部大于整体，局部效率较高，单机效率可达42％，整体效率却很低，只有2％。

地球表面能源主要来自太阳辐射能，地球的大气层把太阳能的2.5％转化为风能和海洋能，大自然仅仅用大气循环就把太阳能的2.5％转化为流体的机械运动，而现有技术却用非常复杂的装置，只能把这种现成的机械运动的2％转化为可控的机械能。风能是高品位清洁能源，这种掠夺开发方式，改变不了中国的能源结构，因此不适合中国国情。

现在经济社会的主要矛盾是自然界中存在着大量的可用能量，技术上开发的却微不足道，满足不了社会的需要。用现有的技术手段开发风能，作为辅助能源，改变不了能源危机、气候变暖这个基本事实，要改变目前这种困难局面，只有到今天的生产方式中去寻找它的终极原因。

“直到现有所有的一切生产方式，都只在求得劳动的最近最直接的有用效果。那些只是在以后才显现出来而且是由于逐渐的重复和积累才发生作用的进一步的结果，一直是完全被忽视的”。(恩格斯著《自然辩证法》第147页)。

当今社会已经进入转变经济发展方式的历史阶段，转变风能开发利用方式是它的基础。空气的运动存在着平流与紊流的内在差别。螺旋浆式风力机只能利用平流，风切变对它产生不利影响，对紊流和湍流也无法利用。能否利用紊流和湍流是新旧风能开发利用方式的分水岭，发展就是向自己的对立面转化。

“一切发展，不管其内容如何，都可以看作一系列不同的发展阶段，它们以一个否定另一个的方式彼此联系着。……任何领域的发展不可能不否定自己从前的存在形式”。(《马克思恩格斯选集》第一卷，第169页)。

3、发明内容：

本发明的出发点是能量转化定律，它的合理形式由恩格斯表述为：“在对每一场合的特定的条件下，任何一种运动形态都能够而且不得不直接或间接地转变成其他任何运动形态。……任何一种运动形态都证明自己能够而且不得不转变为其他任何一种运动形态，到了这种形态，规律便获得了自己的最后表现。凭借新发现，我们可以给它提供新证据，提供新的更丰富的内容。但是对于如此表现的规律本身，我们是不可能再增加什么的。在它的普遍性中---形式和内容在其中都是同样地普遍的---这个定律是不可能再推广了：它是绝对的自然规律。”(恩格斯著《自然辩证法》第187页)。

这个定律认为世界上没有不可利用的能源，有的只是我们暂时还不会利用的能源。任何能量，只要我们找到了适当的条件，都是可以开发利用的。用这个观点来考察现有的风能转换装置，发现这种能量转换效率低下的设备，并不适合我国的具体国情，在转变经济发展方式的历史条件下，首先要转变能源利用方式。

本发明的目的在于把马克思主义唯物辩证法与能源科学技术相结合，提供一种简便、高效的风能与海洋能利用装置，以一点突破带动全局的方法，引领经济社会走出能源危机和气候变暖的困境，并开辟通向未来社会的、具有中国特色的、可持续发展的新型工业化道路。

物质和运动不可分割，要获得较多的风能，就要用较多的物质构成较大的面积。另外，空间是物质运动的存在方式，要想提高功率和效率，必须要占有较大的能量面积，面积是风能存在的基本要素。

S型风轮效率只有20％，它的起动力矩较大，与高速的达里厄型风力机相结合，作为起动装置。其他应用都被效率达到40％以上的螺旋浆风力机所否定，但是这个否定将被重新扬弃，虽然S型风轮的效率只有螺旋浆风力机的一半，它的扫风投影面为矩形，不必乘以0.785的系数。另外它也不必把风轮机架设在塔架的顶端，风轮下1/3的距离可以被S型风轮利用，在同样高度上，S型风轮扫风面积是螺旋浆风力机的2倍，所以二者在与风轮直径相等与风轮最高点所决定的空间范围内所提供的功率是相等的。螺旋浆风力机的间距为风轮直径的10倍，而S型风轮却没有这个要求，在大规模应用中，紧密排列的S型风轮是螺旋浆风力机功率的10倍，量变引起质变，密集的S型风轮由于互补作用，还可以大大提高转换效率，如果把S型风轮结构加以改进，再进一步提高能量转换效率。风力机否定的否定的发生就成为历史发展的必然。

S型风轮是以正反安装的两个半圆筒构成，要再现阻力差式风力机的应用，就要改变它过去的存在方式，使它在顺风时比凹形半圆筒具有更大的阻力，在迎风时比凸形半圆筒具有更小的阻力，这样才能加大阻力差，正像原子是由质子、中子、电子组成的一样，阻力差式风轮系统也由三种不同形态组成：对称阻力差式风轮的顺风和逆风风斗都不会改变形状；不对称阻力差式风轮顺风和逆风风斗都改变形状；半对称阻力差式风轮逆风风斗改变形状，顺风风斗不改变形状。新的阻力差式风力机的风轮也是以圆为基础，以O为圆心，R为半径作圆，再作圆的直径交圆周于a和b，将圆分为两个相等的部分，然后以a为圆心，R为半径，由O为起点作弧交圆周于C，，再以b为圆心，R为半径，由O为起点作弧交另一半圆于d，于是形成了与S型风轮相似的凸形尖风斗和凹形尖风斗。风斗的深度为0.866R，而S型风轮的深度只有0.5R，因此，风能转换效率前者高于后者。在实际应有中，在风轮的中心安装转动轴，转动轴的半径为r，同样以直径端点a、b为圆心，(R+r)为半径，向两侧作弧交圆周C、d，这样得到的风斗的深度可达0.9R。这种尖斗风轮和S型风轮一样，都是对称型风轮，在顺风和逆风时，不改变形状。物极必反，要再提高效率，就要到它的对立面中寻找发展的出路，改为不对称型，使风斗形状可以改变，在逆风时面积变小，在顺风时面积变大，使阻力差进一步加大效率更加提高，其结构是：在转动轴上等距固定4个直径为3R的圆盘，距轴线作半径为R的圆，把圆周分为6等分，并把半径为R的圆筒竖直分割6等分，作为叶片，在每个叶片同一边的上下两端安装小的转动轴，依次按同一方向分别安装在第一层的1、4空间，第二层的2、5空间，第三层的3、6空间。叶片可绕轴摆动，摆动的范围控制在1/2R，这样的叶片一边位置固定，另一边可受控摆动。在固定边和转动轴之间，用1.05R的弧形板连接。这种风力机风斗的形状不是固定的，而是由顺风和逆风的风向决定，在逆风风斗中，外活动叶片受风力作用向内偏转，被内圈挡住，风斗的迎风面变为原来的1/2.在顺风风斗中，外活动叶片受风力作用向外偏移，被外圈挡住，风斗的顺风面变为原来的3/2，顺风的截面积是逆风截面的3倍，加大了阻力差，提高了风能转换效率。在风能转换系统中，每个单位都包括三个互相错开60度角的风轮组成。将多组单位风轮用同一根轴串接为统一的竖直轴风轮机，风轮机安装在以四根立柱支撑的上下横梁上。这种竖直轴旋转方式，风轮扫掠面积为矩形，它不像旋转翼形风轮那样，开发风能还得乘上0.785的系数，阻力差式竖直轴风力机，由于能量利用设备都在地面，所以从地面到顶端的风能都可以开发利用。单独一个风轮机，效率不可能高，因为风的特点是可以绕行和穿行。为了提高效率，把竖直轴风轮机一个挨一个地排成二行或三行，二行间相错开R的位置，使第一行风轮逆风放走的气流正好被第二行以顺风向被利用。第一行顺风的风斗减弱的气流的速度，减小了第二行逆风风斗的阻力，二者起到了互补作用。这种结构是以多胜少，量变引起质变。竖直轴风轮机加高并紧密排列，可以防止风的风的绕行，二行或三行排列可以防止风的穿行。S型风轮效率低，主要是由于风从它的两边绕行，风能没有得到充分利用。多组风轮并列同步运行，从一个风轮绕行的气流，能够被邻近的风轮捕获加以利用，因而可以大大地提高效率。单独的竖直轴风轮机，从各个方向吹来的风都产生同一效果，因而它不用改变方向就能正常运转。但是排成一排的风轮机组，只有迎面正反两个方向的风才能产生同一效果，所以垂直排列的两组风轮机，才能利用各个方向的风而不用调向装置。由于风轮是竖直的一个挨一个地排列，它的开发系数是1，翼型风力机的开发系数是0.0785，因而效率提高了十多倍。每一个竖直轴风轮机，上下各装一个滚动轴承，在最下端安装推力轴承，在中间根据需要安装几个滑动轴承，在每一风轮的下端安装一个大直径齿数相等的销轮，每两个销轮中间安装一个较小的全圆弧齿轮联动，在大的销轮轴可以低速输出转矩，全圆弧齿轮轴可以较高速输出转矩。需要低速往复运动的可以在销轮轴上安装偏心轮经滑动联杆获得，需要高速往复运动的可以在全圆弧齿轮轴上安装偏心轮经滑动联杆获得。在销轮轴下端安装一对伞齿轮可获得低速横轴转动，在全圆弧齿轮轴上安装一对伞齿轮可获得较高转速的横轴转动。阻力差式风轮不但可以立轴安装，也可以横轴安装。横轴安装风轮的支架，只要高于风轮的半径，使其不碰到地面就能正常运转，这样就能大大节省建筑塔架所用的原材料。一组横轴风轮，可以一个挨一个地安装在斜梁上，斜梁与地面成30度角，支柱的高为斜梁的1/2。每一风轮的迎风斗为顺风受力，降低速度正好减小了另一风轮逆风的阻力。在山坡斜向风的情况下，一组横向风轮也可以一个挨一个地安装在水平梁上，水平梁一端在坡面，另一端用立柱支起。在平地如果把支柱支在横梁的中间，两端用钢绳调节角度，可控制转动的速度和功率。一组风轮可以接受来自两个方向的气流，连接互相垂直放置的两组风轮机就可以利用来自各个方向的气流。横轴放置的对称阻力差式转轮，也可以把海岸的波浪能转化为定向的旋转动动，它可用于发电、海水淡化和作为海水养殖的动力。以往的风力发动机，无论是横轴的还是竖直的，都只有一个输出轴。本发明的输出端，少则几十个到几百个，多则几千个到几万个，由相互联系、相互制约的传动机构的串结，做到同步联动，既可分散使用，又可集中使用。由于螺旋浆风轮每台只有一个输出轴，只能以风力发电为主。风速时大时小，如果把风能转化为机械能全部用于发电，势必造成电网大起大落，这种冲击对电网是不利的。本发明的风能转化装置，具有多个并且是多种运动输出方式，因而可以大量直接应用。带动水泵、气泵、热泵、冷冻机、致冷机、粮食加工机械，饲料加工机械或其他机器。用于发电的部分也是交直流并举，交流电用于并网运行，直流电用于电动汽车、电化工、制氢等。利用风力机带动水泵，旱可灌溉，涝可排洪，小水电在枯水期利用风力抽水可维持正常发电。利用风力机带动热泵，可以大大提高太阳能的热利用效率。把风力机的机械能与从太阳能获得的热能再用少量催化剂就能把大量生物质能转化为气体燃料或液体燃料。这种1加1大于2的效应，提高了风能利用效率。提高风能利用效率的最后一个障碍就是贝兹极限，风能利用效率不可能高于59.3％，现今所有的一切风力机，没有一个效率能达到贝兹极限的，于是就把贝兹极限当作偶像进行盲目崇拜。马克思曾经说过：“辩证法……它在现存事物肯定的理解中，同时包含有它的否定的理解，它的必然灭亡的理解，它对每一个已经生成的形态，都是在运动的流中，从它的暂时经过的方面去理解；它不会屈服在任何事物面前，就它的本质说，它就是批判的、革命的。”(马克思著《资本论》第一卷，人民出版社，1965年版，第XX111页)根据辩证法“任何规定或限制同时就是否定”贝兹极限实质上就是对风能利用效率的限制，就像龟兔赛跑中兔子永远追不上龟一样，兔要赶上龟得先跑免与龟距离的一半路程，然后再走一半的一半，以至无穷。实际上这里1/2就是一个限制因素，没有这个1/2的框框，兔子在相同时间比龟跑更多的路程，兔子也就能赶上龟了。贝兹极限和龟兔赛跑一样，也存在着一个限制因素，这个限制因素就是风能一次性利用，不能重复利用。如果经过风轮机的风能，再经过二次利用和三次利用，将各次效率垒加起来，就将大于贝兹极限。一次性利用，贝兹极限为0.593，二次利用及多次性利用变为

n_t＝0.593+(1-0.593)X0.593+……

＝0.593+0.241+……

＝0.834+……

以其人之道，还治其人之身，根据贝兹的数据，风能只要进行二次利用，总效率可达83.4％。三次利用总效率可达93.2％。所以阻力差式风力机的效率经多次利用可达80％以上。

风力机效率的提高，为海洋能的开发提供了条件。海流是由风引起的海水定向运动，潮流是由潮汐引起的海水往复运动。能利用各个方向运动的风力机，也能开发定向的海流和往复的潮流，只要开发海洋能的设备材料能耐海水腐蚀，为了开发海洋能，海岛、海岸、礁石和暗礁都有利用价值，要利用海水的相对运动，只有把海洋能设备位置固定才能得以实现。

台风每年都给人民生命财产造成很大损失。现有的风力机，无法开发台风巨大的能量，台风来临时，采取关机以避免损失。大自然力有一个特点，就是不加以利用，就将给人类造成灾难。开发台风能量，不但可以获得大量能源，还可以大大减轻灾害所造成的损失。台风由于具有非常大的能量，转换效率的高低不是主要问题，结构的坚固性才是主要问题。因此放弃效率高的不对称阻力差式风轮，采用效率较低的对称阻力差式风轮，风轮直径要小些，风轮用玻璃钢整体制造或用钢板焊接。塔架不宜过高，每个塔架以四根支柱为基础，再用横梁和斜梁连结为一整体，还可用拉索加固塔架。风力机遇到台风时，所获得的机械能一部分用来发电，大部分用来带动水泵进行排水。这种坐等台风的利用方式，是消极的，积极的方法是御台风于国门之外。根据台风具有暖心结构和以水汽潜能为能源的特点，往台风眼中施放大量液态空气降低暖心温度和进行人工降雨减少空气中水汽含量，再用大量的风浪能量转换设备吸收风浪能量，这样就使台风先天不足，后天亏损，半路夭折，减轻灾害。

雷暴也是一种灾害性天气。由于本发明的塔架是以四根支柱为基础的，在其上很容易做成避雷网，风轮、转动轴、传动机构、电机、控制设备都在避雷网的内部，这样就可以避免雷击，使我国南方高山顶上的风能得以大量开发。

低温也是一个风能开发的制约因素，温度达到零下30度，风力发电机就要停止运行。本发明的传动机构、发电机、工作机、能量转换装置及控制设备都在下部，可以安装在封闭的机仓内，在地面可用太阳能温室收集热量，再用热泵把热量从温室导入机仓，控制在所需温度范围内，使风机能正常工作。

我国有大约四分之一国土面积风能没有开发利用价值。要开发这里的风能，首先要选择高山顶部气流速度相对比较大的地区，其次采用结构比较简单造价低的半对称阻力差式风轮机，在半径为R的二个圆盘上中间安装半径为r的轴，作直径将圆分为二部分，在每一部分都固定3个扁条，一个在圆盘边缘，一个靠近转轴，第3个在半径中间向外0.8R处，叶片用柔性材料安装在扁条上，每一片长为1.05R，顺风时在风的作用下，鼓起风帆，接受风力，在逆风时叶片被风吹向另一面，将气流分为两部分，减小逆风的阻力而加大了顺风的动力。另外把风轮机的机械能和太阳能与生物质能结合起来开发，就可提高风能的开发价值。

“固定资本使用上的这种节省，如上所述，是劳动条件大规模使用的结果，一句话，是劳动条件作为直接社会的、社会化的劳动的条件，或作为生产过程内直接协作的条件起作用的结果。一方面，这是力学和化学上的各种发明得以应用而又不会使商品价格变得昂贵的唯一条件，并且这总是不可缺少的条件。另一方面，从共同的生产消费中产生的节约，也只有在大规模生产中才有可能。但是最后，只有结合工人的经验，才能发现并且指出，在什么地方节约和怎样节约，怎样用最简便的方法来应用各种已有的发现，在理论的应用即把它用于生产过程的时候，需要克服哪些实际障碍，等等。”(《马克思恩格斯全集》第25卷，第119-120页)

质量引起量变，效率的提高，性能的改变，与现有技术相比，本发明的有益效果是引起可开发风能的增加。

根据《中国可再生能源发展战略研究丛书》风能卷第78页发表的中国风能陆地上(不考虑西藏和青海)总储量离地面10m为65.9亿KW，50米为150.0亿KW，70米为178.2亿KW，110米为218.7亿KW。

现有技术开发风能需要在总储量上乘4个系数，风轮直径与风轮距离之比0.1，圆与正方形面积之比0.785，去掉风轮下1/3的面积，剩下的只有2/3，另外一个系数是风轮的机械转换效率0.42.这4个系数的乘积为0.1X0.785X2/3X0.42＝0.022这样中国的风能

10m可开发65.9X0.022＝1.45亿KW

50m可开发150X0.022＝3.3亿KW

70m可开发178.2X0.022＝3.92亿KW

110m可开发218.7X0.022＝4.80亿KW

如果用阻力差式同步联动集成风轮机，风能转换效率提高到80％，从中国风能总储量可得到

10m可开发65.9X0.80＝52.72亿KW

50m可开发150X0.80＝120亿KW

70m可开发178.2X0.80＝142.56亿KW

110m可开发218.7X0.80＝175亿KW

两种利用方式之比效率提高了36倍。从正方形和圆形的缝隙中流失的风能占总能量的0.215倍，我国在110米高度风能总储量为218.7亿KW，这是三峡电站发电量的1000多倍，如果仍然用螺旋浆风力机，就有47亿KW的风能从风轮的四角流失，这些能量相当于我国现有发电量的5倍。当把风轮的效率提高1％，就可增加2亿KW的功率，假如把风力机的效率从40％提高一倍，就可以多控制80亿KW的功率，这相当于我国现有发电量的8倍。

218.7亿KW，这是中国110米高度风能的总储量。它不包括西藏和青海的风能，而青藏高原是世界的屋脊，这里有得天独厚的风能、太阳能和水能，这里人口稀少，因而青藏高原将是中国未来能源基地。而世界的能源基地将由中东转向南半球的西风带和南极大陆周围的海域。

质量引起量变，由于效率的提高，使可开发风能聚增，风能从补助能源向主导能源转化。相应地改变了我国的能源结构，使煤炭由主导能源向补助能源转化，并使煤炭由能源物质向材料的转化，煤炭不是作为燃料被烧掉而是作为原材料被进一步加工。氢能是未来的能源，电解水制氢是成熟的技术，由于电价昂贵，限制了它的应用，风电的大量开发，为氢能的应用，从可能性向现实性的转化提供了条件。

4、附图说明：

图1、新旧阻力差式风轮基本图形对比。

(1)S型半圆桶风轮图形，以圆半径R为直径作半圆，在另一半径向另一方向作半圆，交错排列的两半圆为风轮叶形。(2)尖斗形风轮图形，半径为R的圆过圆心O作直径交圆于a和b，把圆分为6等分，以a为圆心，以ao(R)为半径作弧交圆于C，得尖斗oca，以b为圆心，bo(R)为半径作弧交圆于d，得尖斗odb，正反两尖斗为新型阻力差式风轮图形。

图2，对称阻力差式尖斗风轮图形。

在圆心O半径为R的圆盘(1)中间安装一根半径为r的转动轴(2)，作直径交圆盘于a、b，交转动轴于C、d，以a为圆心，ad(R+r)为半径作弧de交圆于e，以b为圆心，在另一面bc(R+r)为半径，作弧cf交圆于f，尖斗aed和尖斗bfc为对称阻力差式尖斗风轮图形。

图3不对称阻力差式尖斗风轮图形

在圆心为O直径为3R的圆盘(1)，中间安装半径为r的轴(2)，在圆盘上作直径2R的圆，作直径a、b，直径与轴的交点为c、d，以a为圆心，ad为半径作弧交圆周于e，以b为圆心bc为半径作弧，交另一半圆于f，de弧和cf弧为固定弧板，ae弧和bf弧为活动弧板，e和f安装活动轴，a和b端可摆动，摆动的范围受内挡圈(3)和外挡圈(4)的限制，在风向如箭头所示情况下，迎风活动叶片由ae变到a`e的位置，使阻力变小，顺风活动叶片由bf变到b`f的位置，加大了受力面积。

图4，半对称不阻力差式尖斗风轮图形。

在圆心为O半径为R的二个圆盘上中间安装半径为r的轴，作直径将圆分为二部份，在每一部分都固定了3根扁条，一个在圆盘边缘，一个靠近转动轴，第三个在半径中间向外0.8R处，叶片用柔性材料安装在扁条上，每一片长为1.05R，顺风时，在风的作用下，鼓起风帆，接受风力，在逆风时，叶片被风吹向另一面，将气流分为两部分，减小逆风阻力而加大了顺风的动力。

图5，对称阻力差式尖斗风轮双行排列示意图。

每行风轮保持同一相位，行与行间相位相差90度，行间位置相错开半径的距离。

图6，对称阻力差式尖斗风轮三行排列示意图。

每行风轮保持同一相位，行与行间相位相差60度，行间位置相错开半径的距离。

图7，不对称阻力差式尖斗风轮双行排列示意图。

每行风轮保持同一相位，行与行间相位相差90度，行间位置相错开半径的距离。

图8，半对称阻力差式尖斗风轮双行排列示意图。

每行风轮保持同一相位，行与行间相位相差90度，行间位置相错开半径的距离。

图9，竖直轴阻力差式风轮机组

立柱(1)风轮机的支撑结构，在其上端以上横梁(2)连接两根立柱，在其下端用下横梁(3)和辅助横梁(4)连接两根立柱，在横梁上以等距排列安装竖直轴(5)，在每根竖直轴与上横梁交接处安装滚动轴承(6)，在下横梁上安装滑动轴承(7)，在辅助横梁下安装滚动轴承(8)，竖直轴最下端安装推力轴承(9)，在上横梁与下横梁之间安装相位相差60度的风斗风轮(10)，在下横梁与辅助横梁之间安装大的主动销轮(11)，在辅助横梁下与推力轴承之间分别安装斜齿轮(12)转化为水平轴转动，直齿轮(13)以低转速大转矩输出动力，偏心轮(14)转化为往复运动，在下横梁和辅助横梁之间安装从动竖直轴(15)和从动全圆弧齿轮(16)与两个大的销轮相啮合，在下横梁上安装滚动轴承(17)，在辅助横梁下安装滚动轴承(18)，在从动竖直轴下分别安装斜齿轮(19)转化为水平轴高速转动，直齿轮(20)以高速转动输出功率，偏心轮(21)转化为高速往复运动。

图10横轴固定斜向排列风轮组

横向轴(1)以等距将轴承座排列在斜梁(2)上，立柱(3)的高度是斜梁(2)长度的一半，风斗式风轮(4)安装在横向轴上，在横向轴的端部安装大的销轮(5)在两个大销轮的中间安装一个小的全圆弧齿轮(6)联动，动力可从销轮以大转矩低转速输出，也可从全圆弧齿轮以小转矩高转速输出，斜梁以30度角安装，使风轮的一半接受风能，风速降低减小了另一半风轮的逆风阻力。

图11横轴调向排列风轮组

在塔架(1)的顶端安装支撑轴承(2)，在转动轴(3)上安装活动梁(4)，横向轴(5)，以等距用轴承座排列在活动梁上，风斗式风轮(6)安装在横向轴上，在横向轴的端部安装大的销轮(7)，在两个大销轮的中间安装一个小的全圆弧齿轮(8联动，动力从转动轴(3)上以低速大转矩输出，在活动梁的两端安装调向钢绳(9)，调向钢绳的长度由调向轮(10)控制，改变调向钢绳长度就可以改变活动梁的角度，控制发动机的转速。

图12横轴山坡水平排列风轮组

横梁(1)被支柱(2)支撑为水平状态，在横梁上以等距用轴承座排列横轴风斗风轮(3)，在每一转轴同向的一端安装转盘(4)，所有的转盘用同一连杆(5)联接，连杆通过曲柄十字头将旋转运动转变为往复运动，它既可以旋转运动输出动力，也可以根据需要以往复运动输出。

5、具体实施方式：

高飞的大雁，在远距离飞行过程中，都要排成一字形或人字形，因为这样协作可以起到互补作用，节约能量提高飞行效率。同样，在开发风能与海洋能装置中，把转轮紧密排成二行，也可以起互补作用，提高能量转换效率。

“近代工业从来不把生产过程的现有形式看为是最后的，也不会这样去处理它。所以，从前一切生产方式的技术基础本质上是保守的，近代工业的技术基础却是革命的。它会由机器、化学过程及其他各种方法，使劳动者的职能，使劳动过程的社会结合，随同生产的技术基础而不断发生革命。……但是一种历史生产形式的矛盾的发展，就是旧的瓦解，新的形成的唯一历史道路。”(马克思著《资本论》第一卷，第525-527。)

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：我国每年都要受到沙尘暴袭击，使大片国土沙化，给国民经济造成很大损失。沙尘主要由接近地面的风吹起的，要减轻沙尘暴灾害，首先要降低地面风速。利用横轴阻力差式同步联动集成风轮机，就可以把地面风能转化为有用的机械能。风沙源最多的动力就是风能，最丰富的原材料就是沙粒，最缺少的资源就是水。开发荒漠沙化地区的风能和太阳能，控制大量可用能源，再用碱等适当化工原料就可把沙粒转化为有用的玻璃质作为开发海洋能设备的原材料。有了大量的机械能，就可以千方百计地把水引进沙漠，水是生命的基础，沙漠有了水，就可以利用植物吸收太阳光能开发生物质能源。

“资本主义的工业已经使自己相对地摆脱了本身所需原材料的产地的地方局限性。……摆脱了资本主义生产的框框的社会可以在这方面更大大地向前迈进。这个社会造就全面发展的一代生产者，他们懂得整个工业生产的科学基础，而且其中每一个人都从头到尾地实际阅历过整整一系列生产部门，所以这样的社会将创造新的生产力，这种生产力绰绰有余地超出那种从比较远的地方运输原料和燃料所花费的劳动。”(《马克思恩格斯选集》第三卷，第335-336页)。

自然界中存在着巨大的能量与经济社会可控制的能量不能满足社会需要这是当代社会的主要矛盾。这一矛盾长期未得到解决，因而孕育着一次新的技术革命。具有中国特色的技术革命就是能源技术革命。中国的能源结构以煤炭为主，要改变这个不合理的现实，必须用存在的量远远大于煤炭提供的能量才有可能。在当今的历史条件下，只有风能才能替代煤炭成为能源结构的主体。有了200亿千瓦风能的开发作基础，经济社会就可以向更高的发展阶梯攀登。

我国北方冬季每个家庭都要取暖，要燃烧大量的燃料，造成冬季空气污染，消费大量燃料只不过是换来室内空气达到20度左右的温度。日光温室在阳光充足时很容易达到40度以上的温度，在这个基础上，再用风力机带动热泵，就可获得更高的温度，以此加热室内空气，可以代替燃料的消耗。我国北方冬季风力都比较大，这个季节又是耗能最多的时节，如果能用风能与太阳能取暖，那就真是“雪中送炭”，在严寒的冬季，以冷空气为原料，用大型风力机开动制冷机械或冷冻机，大量制冷，制液态空气，“寒极生热”，作为付产品，热水可以用来供暖。如果寒冷也是一种资源，也可以创造财富，那么青藏高原应能成为中国最大的聚宝盆。在炎热的夏季，以热空气为原料，用热泵或空压机将热空气强烈压缩，可获得更高的温度，再用化学储热的方法把热能以化学能储存起来，供冬季使用，压缩空气放热膨胀后，就能降低温度，“热极生寒”，这样也就不仅减轻南方夏天炎热之苦，还创造了大量的财富。

我国有18000公里长的大陆海岸线和13000公里岛屿海岸线，直到现在波浪能还没有开发利用。实际上风浪具有同一性，波浪是由风激发的水质点的椭圆运动，风大浪高，根据海岸波浪的特点，把横轴阻力差式同步联动集成风轮机改为能耐海水腐蚀能经受波浪冲击，就可以开发波浪能。我国沿海各省，经济都比较发达，又都缺乏常规能源，长期经济发展受能源制约，沿海各省都有丰富的风能和海洋能资源，开发家门口的能源，就地解决自己的能源问题，把发展的关键掌握在自己手中。

现在凡是外国有的，中国都有；外国人能制造的，中国人也都能制造。唯独从近代开始，西方曾经发生过三次技术革命，至今技术革命还是中国历史的空白。中国人善于模仿，为什么我们不能“照猫画虎”地掀起一次技术革命的浪潮呢？

Claims (6)

1.一种阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，把自然界存在的风浪光热能源转化为可控的机电能量，其特征是：阻力差式风轮系统由三种不同形态组成，对称阻力差式风轮的顺风和逆风风斗都不会改变形状；不对称阻力差式风轮的顺风和逆风风斗都改变形状；半对称阻力差式风轮逆风风斗改变形状，顺风风斗不改变形状，风轮是以圆为基础，以O为圆心，R为半径作圆，再作圆的直径交圆周于a和b，将圆分为两个相等的部分，然后以a为圆心，R为半径，由O为起点作弧交圆周于c，再以b为圆心，R为半径，由O为起点作弧交另一半圆于d，于是形成了与S型风轮相似的凸形尖风斗和凹形尖风斗，风斗的深度为0.866R，实际应用中，在风轮的中心安装转动轴，半径为r，同样以直径端点a、b为圆心，(R+r)为半径，向两侧作弧交圆周于c、d，这样得到的风斗的深度可达0.9R，这种对称型风轮，在顺风和逆风时，不改变形状，不对称型风斗的形状可以改变，在逆风时面积变小，在顺风时面积变大，使阻力差进一步加大，效率更加提高，其结构是：在转动轴上等距固定4个直径为3R的圆盘，距轴线作半径为R的圆，把圆周分为6等分，并把半径为R的圆筒竖直分割6等分，作为叶片，在每个叶片同一边的上下两端安装小的转动轴，依次按同一方向分别安装在第一层的1，4空间，第二层的2，5空间，第三层的3，6空间，叶片可绕轴摆动，摆动的范围控制在1/2R，叶片一边位置固定，另一边可受控摆动，在固定边和转动轴之间，用1.05R的弧形板连接，这种风力机在逆风风斗中，外活动叶片受风力作用向内偏移，风斗的迎风面变为原来的1/2，在顺风风斗中，外活动叶片受风力作用向外偏移，风斗的顺风面变为原来的3/2，顺风的截面积是逆风截面积的3倍，在风能转换系统中，每上单位都包括三个互相错开60度角的风轮组成，将多组单位风轮用同一根轴串联为统一的坚直轴风轮机，风轮机安装在以四根立柱为支撑的上下横梁上，这种竖直轴旋转方式，风轮扫掠面积为矩形，由于能量利用设备都在地面，从地面到顶端的风能都可以开发利用，为了提高效率，把竖直轴风力机一个挨一个地排成二行或三行，二行间相错开R的位置，使第一行风轮逆风放走的气流，正好被第二行以顺风向被利用，第一行顺风的风斗减弱的气流速度，减小了第二行逆风风斗的阻力，二者起到了互补作用，竖直轴向风轮机加高并紧密排列，可以防止风的绕行，二行或三行排列可以防止风的穿行，多组风轮并列同步运行，从一个风轮绕行的气流，能够被邻近的风轮捕获加以利用，单独的竖直轴风轮机，从各个方向吹来的风都产生同一效果，因而它不用改变方向就能正常运转，但是排成一排的风轮机组，只有迎面正反两个方向的风才能产生同一效果，所以垂直排列的两组风轮机，才能利用各个方向的风而不用调向装置，每一竖直轴风轮机，上下各装一个滚动轴承，在最下端安装推力轴承，在中间根据需要安装几个滑动轴承，在每一个风轮的下端安装一个大直径齿数相等的销轮，每两个销轮中间安装一个较小的全圆弧齿轮联动，在大的销轮轴可以低速输出转矩，全圆弧齿轮轴可以较高速输出转矩，需要低速往复运动的可以在销轮轴上安装偏心轮经滑动联杆获得，需要高速往复运动的可以在全圆弧齿轮轴上安装偏心轮经滑动联杆获得，在销轮轴下端安装一对伞齿轮可获得低速横轴转动，在全圆弧齿轮轴上安装一对伞齿轮可获得较高转速的横轴转动，阻力差式风轮也可以横轴安装，横轴安装风轮的支架，只要高于风轮的半径，使其不碰到地面，就能正常运转，这样就能大大节省建筑塔架所用的原材料，一组横轴风轮，可以一个挨一个地安装在斜梁上，斜梁与地面成30°角，支柱的高为斜梁的1/2，每一风轮的迎风斗为顺风受力，降低速度正好减小了另一风轮的阻力，在山坡斜向风的情况下，一组横向风轮也可以一个挨一个地安装在水平梁上，水平梁一端在坡面，另一端用立柱支起，在平地如果把支柱支在横梁的中间，两端用钢绳调节角度，可控制转动的速度和功率，一组风轮可以接受来自两个方向的气流，连接互相垂直放置的两组风轮机就可以利用来自各个方向的气流，不受台风、雷暴、低温的限制，在弱风区也可以应用，横轴放置的对称阻力差式转轮，也可以把海岸的波浪能，转化为定向的旋转动动，用于发电、海水淡化和作为海水养殖的动力。

2.根据权利要求1所述的阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，其特征是：风力机效率的提高，为海洋能的开发提供了条件，能利用各个方向运动的风力机，也能开发定向的海流和往复的潮流，只要开发海洋能的设备的材料能耐海水腐蚀，为了开发海洋能，海岛、海岸、礁石和暗礁都有利用价值。

3.根据权利要求1所述的阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，其特征是：台风由于具有非常大的能量，转换效率的高低不是主要问题，结构的坚固性才是主要问题，因此采用效率低的对称阻力差式风轮，风轮直径要小些，风轮用玻璃钢整体制造或用钢板焊接，塔架不易过高，每个塔架以四根支柱为基础，再用横梁和斜梁连接为一整体，还可用拉索加固塔架，根据台风具有暖心结构和以水汽潜热为能源的特点，往台风眼中施放大量液态空气降低暖心温度和进行人工降雨减少空气中水汽含量，再用大量的风浪能量转换设备吸收风浪能量，这样就能减轻灾害。

4.权利要求1所述的阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，其特征是：塔架是以四根支柱为基础的，在其上很容易组成避雷网，风轮、转动轴、传动机构、电机、控制设备都在避雷网的内部，这样就可以避免雷击，使我国南方高山顶上的风能得以大量开发。

5.根据权利要求1所述的阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，其特征是：传动机构、发电机、工作机、能量转换装置及控制设备都在下部，安装在封闭的机仓内，在地面可用太阳能温室吸收热量，再用热泵把热量从温室导入机仓，控制在所需温度范围内，使风机能正常工作，这样就能使我国“三北”和青藏高原广大地区风能的开发不受低温的限制。

6.根据权利要求1所述的阻力差式同步联动集成风浪光热机电能量转换系统，其特征是：开发没有利用价值地区的风能，要选择气流速度相对比较大的高山顶部，采用结构比较简便造价低的半对称阻力差式风轮机，在半径为R的二个圆盘中间安装半径为r的轴，作直径将圆分为二部分，在每一部分都固定了3个扁条，一个在圆盘边缘，一个靠近转轴，第3个在半径中间向外0.8R处。叶片用柔性材料，安装在扁条上，每片为1.05R，顺风时在风的作用下，鼓起风帆，接受风力，在逆风时叶片被风吹向另一面，将气流分为两部分，减小逆风的阻力，而加大了顺风的动力，另外把风轮机的机械能和太阳能与生物质能结合起来开发就可以提高风能的开发利用价值。

Images