CN102278280A - 一种新型提高风机或风力发电机效率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型增加风量提高风机效率的装置，本发明属于风能利用技术领域，其特征是：所述装置由风机或风力发电机以及一个或一个以上聚风面以及支撑这个聚风面并使所述聚风面稳固的一个或一个以上支撑架所构成；在所述支撑架上还安装有对风装置，所述对风装置与风机或风力发电机相联；所述支撑架由轨道或支撑筒轴支撑。

Description

一种新型提高风机或风力发电机效率的装置

一、技术领域

本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。

二、背景技术

本发明是在本人的两项在先申请专利文件的基础上，进行了优化整理，增加了部分公知内容，使得原来的专利文件更合理，本专利已经要求了前两项专利申请的优先权，优先权文件1是申请号为：201020233775.0；发明名称：“一种新型提高风机或风力发电机效率的装置”；优先权文件2是申请号为：201020244849.0；发明名称：“一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置”；本发明主要是采用在风机风轮或叶片的下面或上面增加一个聚风罩的方式，使通过风轮或叶片的风速增加，从而来提高风机发电效率的问题。

世界经济的快速发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。目前全世界风电装机容量达到490万千瓦，而且还在以年均60％的速度增长，反映了当今国际电力发展的一个新动向。我国有丰富的风能资源，又有国外成熟的技术可以借鉴，大规模开发风电的条件已经具备，应该积极发展。然而，目前，风电的成本较高，阻碍了风电事业的进一步发展，因此，提高效率，降低成本，是目前风电发展的重中之重。

与本发明相近的专利，有本人在先申请的中国专利公告号是：CN100549428C，公告日是2009年10月14日，发明名称：“一种增加风量提高风机或风力发电机效率的装置”，该申请案公开了“一种增加风量提高风机或风力发电机效率的装置，其构成是，本发明为聚风面的至少一个边低于于另一个边，当风从低面的方向吹向高面的方向时，所述聚风面将使通过风机叶片下方的风聚集过来，增加风量，从而提高风机或风力发电机的效率。”其不足之处是：在实际应用当中，此实施例所述聚风面，是有单一方向性的，是不随风向转动而转动的，因此，其不足之处在于如果风不是从低面的方向吹向高面的方向时，而是从两个侧面的方向吹过来时，则此发明毫无作用，不能够达到提高风机或风力发电机效率的目的，事实上是几乎没有实用性的；再有，即使当风从低面的方向吹向高面的方向时，由于所述聚风面完全位于风机叶片的下方，虽能将通过风机叶片下方的风聚集过来，但聚风效率低下，只能使很少的一部分风能达到有效的风扇做功部位，吹向风叶的尖部，而很大一部分风则从风扇的下面吹过而浪费掉。本发明通过提高聚风面的位置，使风能够聚集到效率最高的位置，从而，提高发电效率；经大量的实验研究数据证实，可提高10％以上。

本发明人在实施上述专利时，遇到了很多不得不解决的问题，为了解决这些问题，也曾改动设计过许多其他方案，在此过程中同时还对其中的两项方案提出了专利申请，但均不太理想，经过半年多的思考和实验，请教了多位专家朋友，尤其是引进了传感器和控制器的概念，由于学科跨度较大，难以理解，付出了大量艰辛的劳动；本发明主要应用在大型风机上，在这样的领域，哪怕是很微小的一点点技术改动，都会引起一系列的问题，比如说对整个风场的影响，对配套的发电机的影响，对负载的影响，因此，看上去似乎是很微小的一点点改进，在实际工作当中，都是付出了很多创造性劳动的。

本发明就是针对这两个问题，通过改变聚风面的形状或增加传感器和控制器或导风舵，使聚风面与风扇的迎风面保持同步转动，无论风从任意方向吹过来，都能够达到提高风机或风力发电机效率的目的；本发明还通过调整聚风面与风扇之间的位置，使所聚风能够最大量的达到风扇的有效做功部位，从而提高效率；本发明还采用了完全不同的聚风面的形状，使聚风效果更强。

本发明的另一个难点是在聚风面的重量上，由于在实际应用中，聚风面的尺寸较大，往往达到几百平米，因此，重量问题是非常重要的，涉及到许多工程力学的许多问题，最终，在经过长时间研究及实验的基础上，采用了轨道支撑加导风舵的方案。本发明虽和前述发明“一种增加风量提高风机或风力发电机效率的装置”看似略有相似，但是，却是做了大量创造性劳动得到的结果，从理论及实验数据来讲，也是产生了意料不到的效果的，是具有实质性技术进步的一项发明。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新型提高风机或风力发电机效率的装置。

本发明包括风机或风力发电机，以及一个或一个以上聚风面以及支撑这个聚风面并使所述聚风面稳固的一个或一个以上支撑架所构成；所述聚风面是右半喇叭面或右半锥形筒面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；所述左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面是左半喇叭面小右半喇叭面大或左半锥形筒面小右半锥形筒面大；所述聚风面是安装在风机风轮的下面或上面，所述支撑架是可以使所述聚风面稳固并使所述聚风面可以绕一个固定轴或绕风机塔筒旋转的装置。

以上所述聚风面是可以实现自动对风的；可以使用偏航装置或对风装置，也可以不使用偏航装置或对风装置。

由于本发明所述聚风面是可以绕一个垂直轴旋转的，因此，所述左、右位置容易引起误解，因此，定义：“右半喇叭面或右半锥形筒面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；所述左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面是左半喇叭面小右半喇叭面大或左半锥形筒面小右半锥形筒面大；”是指从所述聚风面的小口进风，为右半喇叭面或右半锥形筒面或左半喇叭面小右半喇叭面大或左半锥形筒面小右半锥形筒面大。当聚风面为右时，可以实现自动对风，可以不使用偏航装置或对风装置；反之，为左。

所述聚风面可以通过支撑架或支撑固定装置直接与风机风轮或机头部位固定连接，这样，由于本聚风面具有自动对风的功能，当风轮或机头与聚风面固定连接时，聚风面可带动风轮实现自动同步对风，因此，可以省去不用原风力发电机组中的偏航装置或对风装置。

本发明所述风机或风力发电机，可以是普通公知风机或风力发电机，也可以是去掉偏航装置后的风机或风力发电机。

还有另外一些形状的聚风面，是不能够实现自动对风的，因此，在所述装置上或支撑架或聚风面上还安装有对风装置，所述对风装置与风机或风力发电机相联。

所述对风装置是使聚风面与风机或风力发电机机舱保持同步旋转的设备；包括风向传感器、同步控制器、助力器；所述风向传感器联接同步控制器，所述同步控制器联接助力器；所述助力器是可以推动支撑架或聚风面运动的设备；助力器可以自带电源，也可以使用外接电源。

所述风向传感器与风机或风力发电机相联；所述风向传感器是可以感知风向或感知风机或风力发电机机舱在水平面旋转的方向和幅度，并将信息传递给同步控制器的设备；

所述同步控制器是可以接收来自传感器的信息，并将接收来的信息转化为控制信号，控制助力器推动支撑架和聚风面并使支撑架和聚风面与风机或风力发电机机舱保持同步旋转的设备；

对采用电动对风装置的风力机来说，所述风向传感器、同步控制器、助力器部分设备可以与风机共用；助力器可以是伺服电动机。所述同步控制器、助力器可以安装在地面。

所述对风装置，还可以是尾舵，在所述支撑架上安装有尾舵，尾舵可根据风向来控制聚风面的方向，并使聚风面的迎风面始终迎向主风向，所述尾舵还可以起到助力的作用；所述尾舵可以是风力发电机尾舵的形状；

所述对风装置，还可以是舵轮；

所述聚风面还可以是凸凹面或凸凸面或缓陡面或平面或左半喇叭面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；所述左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面是左半喇叭面大右半喇叭面小或左半锥形筒面大右半锥形筒面小或左右相等，这些聚风面是需要使用对风装置的。

所述支撑架或聚风面还可以安装在回转体上，所述回转体由固定套、回转圈以及位于它们之间的轴承组成。所述轴承可以采用磁悬浮轴承。

所述回转体是套在风机或风力发电机塔杆外面，并使支撑架和聚风面可以绕风机塔杆为轴做水平转动的设备。所述回转体可以安装在风力机塔杆上，也可以有独立支撑柱与地面支撑固定并使之稳定。

所述回转体可以使用公知设备。

所述支撑架或聚风面的下面安装有滚轮，所述滚轮与轨道联接，所述轨道是以风机或风力发电机塔干为中心的圆形轨道；当风向改变时，所述支撑架带动聚风面沿轨道转动，并使聚风面的迎风面迎向主风向；所述轨道可以固定安装在地面，也可以有支柱固定支撑；所述轨道是一个或一个以上；所述轨道可以是普通公知轮轨。所述滚轮可以是普通滚轮，也可以内是采用磁恳浮轴承。

所述支撑架与轨道之间也可以采用磁悬浮轨道支撑，所述磁悬浮轨道由轨道座、下轨道以及上轨道组成，轨道固定安装在轨道座上；所述下轨道采用凹型结构，上轨道采用凸型结构，将上轨道的凸型结构陷于下轨道的凹型结构之内，上轨道与下轨道采用足够强的永磁体或电磁体，使上轨道与下轨道两个相邻的面之间具有相同的磁极，产生斥力，使斥力与上轨道及之上的重物所产生的重力相平衡，使上轨道悬浮于下轨道之上，由于磁斥力的性质是距离越近，斥力越大，因此，这是一个稳定平衡。下轨道通过轨道座可以固定安装在地面，也可以有支柱固定安装，上轨道通过轨道座与聚风面或支撑架固定安装，当助力器带动聚风面或支撑架转动时，上下轨道之间，由于斥力的作用，总有一个间隙，这样就消除了它们之间的摩擦力，使转动很容易进行。所述磁悬浮上轨道可以是连续的，也可以是分段的，所述磁悬浮下轨道是连续的，以风机或风力发电机塔干为中心的圆形轨道。

所述支撑架或滚轮与轨道之间，还可以采用公知的磁悬浮技术设备支撑，这样可以使得摩擦力很小或为零；所述公知的磁悬浮技术设备在国家知识产权局网站上有多个方案；由于有了磁悬浮技术，解决了在工程上如此巨大重量的物体进行移动的难题；

所述支撑架也可以使用斜杆支撑，所述斜杆支撑的方式是：在风力机塔杆上或塔杆的底部再套装上一回转体，斜杆底端连接在所述回转体上，斜杆的上端固定连接在聚风面上，斜杆使用刚性杆，用斜杆支撑住聚风面，当聚风面需要转动时，斜杆的底端在回转体上绕风力机塔杆转动；斜杆支撑主要应用在中小型机上，斜杆可以是一根，也可以是一根以上，优选的，斜杆是三根，底端对称安装在回转体上。所述斜杆底端的回转体内是磁悬浮轴承。

所述支撑架可以设计成活动的，当风力过强时，可以使聚风面与地面的倾角变小。

所述助力器是可以产生推力并推动支撑架和聚风面运动的公知设备，如电动设备。

所述风向传感器或同步控制器或助力器是可以采用公知设备的。

所述聚风面可以是平面或曲面的。

所述聚风面是可以将从低面的方向吹来的风，向风机叶片上聚集的公知的曲面。

为了风的流畅，所述聚风面的边缘可以设计成流线型的。

所述聚风面是与地面有一倾角，所述高边与底边始终平行于风轮扫掠面的。

本发明所述聚风面是平行于地平面放置的。

本发明所述聚风面是本发明附图说明中所述凸凹面或凸凸面或缓陡面或平面或左半喇叭面或右半喇叭面或左右双半喇叭面或左半锥形筒面或右半锥形筒面或左右双半锥形筒面。

本发明所述聚风面也可以是整喇叭状或整锥形筒状的，所述整喇叭筒或整锥形筒接近风机叶片的一端口小，远离风机叶片的一端口大，风从大口的一端吹进，将风聚集后从小口一端吹出，吹向风机叶片。

另外，本发明还可以采用将机头及发电装置安装在聚风面或支撑架上，可以省略不用风机塔筒或塔柱，大大地降低了成本费用，同时也解决了塔的弯矩问题；所述风机风轮或传动系统或发电机或机头座是直接安装在聚风面上或支撑架上。

支撑所述聚风面的也可以是支撑轴，所述支撑轴的一端固定安装在地面，另一端与聚风面或支撑架联接；所述支撑轴上有回转体，使聚风面安装在回转体上，所述回转体，可以使聚风面或支撑架绕支撑轴自由转动；所述支撑轴的作用一方面可以起支撑整体装置的作用，另一方面当风力很大的时候可以稳固整体装置；所述回转体由固定套、回转圈以及位于它们之间的轴承组成。所述轴承可以采用磁悬浮轴承。所述回转体可以使用公知设备。本发明所述支承轴也称作支撑架，也是本发明所述支撑架的一部分。

所述风机或风力发电机的控制系统可以安装在地面上，也可以安装在聚风面或支撑架上。

对使用塔筒的传统风力发电机来说，也可以将塔筒和支撑轴共用，只是在所述聚风面的底部有一孔洞，使风力发电机塔筒穿过，回转体套在塔筒的外环就可以了，风轮及发电系统还可以安装在塔筒的顶部。

本发明还可以在所述聚风面内安装有风导流挡板。在所述风力发电机为垂直轴风力发电机的情况下，安装使用风导流挡板效果非常好。

如果所述聚风面的大口面积与小口面积或聚风面的最细部位面积比值太大，则聚风面内风的流动将出现逆向压力梯度，并且，边界层也将发生分离，影响聚风效果。为了增强聚风效果，本发明还可以在聚风面的外环或下面，安装一增效环，所述增效环，是一1/N环形曲面，形状与右半喇叭面或右半锥形筒面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面的大口曲面是相似形或吻合，并与原聚风面形成一1/N环形狭缝，使风可以从狭缝的进风口吹进，从出风口吹出，由于进风口面积大于出风口面积，因此，出风口的风速高，压力小，这样，可以对通过原聚风面的风，起到引流的作用，增强聚风效果。

本发明说明书如有描述不清晰时，可以附图表示为准。

本发明适用于各种风机及风力发电设备。

本发明的有益效果是：

本发明可在现有风电场的基础上，略增加很少的一点投入，就可以大大的提高风力发电的效率，特别是对于大功率单机来说，每提高一点点功率，都意味着成本和技术难度的大幅度提升，大功率风力发电机的风轮直径往往在几十米甚至上百米，到目前为止，世界上还没有什么聚能型方案能够真正应用到这样的大型风力机上，目前已有的集风式或扩散式风力机都是集风或扩散设备与风力机一体的，风力机安装在集风或扩散设备之内，将几十甚至上百米高的叶片套在一个集风或扩散设备之内，就目前的科技发展状况来说，是根本不可能做到的，退一万步来讲，即使工程技术上可以做到，其成本之高昂，也是无法真正应用到实际工作之中去的；目前已有的许多发明，看上去设计理念非常好，但是，真正应用到工程上，或者是工程难度太大，或者成本太高，相比所要解决的问题来说，毫无实用价值；本发明的最大优点就是最优化的解决了工程难度太大，成本太高的问题，在放弃很小一部分的效率的情况下，比如说，将公知的筒式或环式聚风装置的上半部分去掉，大大的降低了工程难度和成本，使以前不可能做到的问题，得到了解决，使无实用价值的发明或方案，变得有实用价值了。

本发明采用了分离式和剖析式的思维方法，采用最优化的方法，将集风或扩散设备与风力机分解剖开，只针对效率最高的部位进行集能，相当于采用了总体工程量的30％，收获了总体效益的70％，无论风力机设备本身有多大，而集能设备都可以根据需要可大可小，使不可能变为了可能，使效率达到最优化，既解决了工程技术上不可能做到的难题，又使得成本达到了最优化，成功的解决了世界上无这种超大型风力机聚能设备的难题。

四、附图说明：

图1是本发明实施例一的结构原理正视图示意图。

图2是本发明实施例一或实施例二或实施例三或实施例四的结构原理左视图示意图。

图3是本发明实施例一或实施例二或实施例三的结构原理俯视图示意图。

图4是本发明实施例一的结构原理示意图。

图5是本发明实施例二的结构原理正视图示意图。

图6是本发明实施例二的结构原理示意图。

图7是本发明实施例三的结构原理正视图示意图。

图8是本发明实施例三的结构原理示意图。

图9是本发明实施例四的结构原理正视图示意图。

图10是本发明实施例四的结构原理示意图。

图11是本发明实施例五的结构原理正视图示意图。

图12是本发明实施例五或实施例七的结构原理左视图示意图。

图13是本发明实施例五的聚风面的俯视图示意图。

图14是本发明实施例五的结构原理示意图。

图15是本发明实施例六的结构原理正视图示意图，

图16是本发明实施例六的结构原理左视图示意图。

图17是本发明实施例六的聚风面的俯视图示意图。

图18是本发明实施例六的结构原理示意图。

图19是本发明实施例七的结构原理正视图示意图。

图20是本发明实施例七的聚风面的俯视图示意图。

图21是本发明实施例七的整体结构原理示意图。

图22是本发明实施例八的结构原理正视图示意图。

图23是本发明实施例八的聚风面的左视图示意图。

图24是本发明实施例八的聚风面的俯视图示意图。

图25是本发明实施例八的结构原理示意图。

图26是本发明实施例九的结构原理正视图示意图。

图27是本发明磁悬浮轨道一种结构原理正视图示意图；下轨道为连续的园型轨道，上轨道为分段的。

图28是本发明磁悬浮轨道一种结构原理左视剖视图示意图；上轨道的N极与下轨道的N极相邻，两S极远离；或两S极相邻，两N极远离。

图29是本发明实施例十的结构原理正视图示意图。

图30是本发明实施例十一的结构原理示意图。

图31是本发明实施例十二的结构原理正视图示意图；

图32是本发明实施例十二的聚风面及安装机头座支撑架部位的正视图示意图。

图33是本发明实施例十二的聚风面及安装机头座支撑架部位的左视图示意图。

图34是本发明实施例十二的聚风面及安装机头座支撑架部位的俯视图示意图。

图35是本发明实施例十三结构原理正视图示意图；

图36是本发明实施例十四结构原理正视图示意图

图37是本发明实施例十五结构原理正视图示意图；

图38是本发明实施例十五结构原理俯视图示意图；

图39是本发明实施例十六结构原理正视图示意图；

图40是本发明实施例十六结构原理左视图示意图。

图41是本发明实施例十六结构原理俯视图示意图。

图42是本发明实施例十六整体结构原理正视图示意图；

图43是本发明实施例十六结构原理右视图示意图。

附图标志

1聚风面  2叶片  3风  4风机塔杆  5支撑架或支承轴  6尾舵  7回转体  8风向传感器  9同步控制器  10助力器  11轨道  12磁悬浮上轨道  13支撑架  14滚轮  15联接线  16磁悬浮下轨道  17轨道座  18斜杆  19传动系统20发电机  21机头座  22偏航装置  23控制系统  24风机叶片  25风导流挡板26上密封盖  27垂直轴风力发电机  28进风口  29出风口  30增效环

五、具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明

实施例一：

如图1、图2、图3、图4所示，图1是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为两个光滑曲面的连接，A-B段为凸面向上，B-C段为凹面向上，聚风面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，这样就可以使得A-B段聚集的风，能够最有效的到达风机叶片的最有效部位；所述聚风面是横放在风轮扫风面的前下方，凸面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，若是下风式风力机，则横放在风轮扫风面的后下方，本发明中定义所述聚风面为：凸凹面。优点是聚风位置和聚风方向准确，效果佳。

图2是本发明结构原理左视图示意图，图3是本发明结构原理俯视图示意图，图4是本发明一种结构原理整体示意图。当风从聚风面1的A-B段吹过来时，风向顶部聚集，到达B-C段时，开始扩散，使风机叶片位于开始扩散的初始阶段，根据物理学知识，此时的风向、风力处于做功的较佳阶段，这样就可以使A-B段吹过来风，收集到叶片扫风面的位置，从而提高风机或风力发电机效率；当风向改变时，风向传感器8可以感知风向或感知风机或风力发电机机舱在水平面旋转的方向和幅度，并将信息传递给同步控制器，同步控制器9通过助力器10推动支撑架5，使聚风面保持与风机扫风面同步旋转，在支撑架5的尾部，还安装有尾舵6，尾舵6的作用也是使聚风面与风机扫风面或与风力发电机机舱保持同步旋转。同时，尾舵6也可以起到助力的作用，尾舵可以是多个；一般情况下，尾舵是配合同步控制器9和助力器10使用的，很少情况下，单独使用尾舵，因为在单独使用尾舵或自动对风向的装置中，很难保持与机舱在水平面旋转的准确同步，因此，一般情况下，同步控制器9和助力器10是必须的。在支撑架5的下面通过滚轮14与轨道11联接，轨道11可以用支撑架13固定支撑。本发明可以通过提高风速或增加到达风机扫风面风量的方法提高发电效率。本聚风面的优点是可以使风力集中到风叶的所需任意部位，使风叶更接近风力做功的最佳位置。

实施例二：

同理，如图5、图2、图3、图6所示，

图5是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为光滑凸面曲面或半桶状曲面，凸面向上，横放在风轮扫风面的前下方，若是下风式风力机，则横放在风轮扫风面的后下方，凸面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，本发明中定义所述聚风面为：凸凸面。

图2是本发明结构原理左视图示意图，图3是本发明结构原理俯视图示意图；

图6是本发明一种结构原理整体示意图。

实施例三：

同理，如图7、图2、图3、图8所示，

图7是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为流线型曲面，D-E段为缓慢上升段，E-F段为陡峭下降段，凸面向上，横放在风轮扫封面的前下方，若是下风式风力机，则横放在风轮扫风面的后下方，凸面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，本发明中定义所述聚风面为：缓陡面。优点是聚风位置准确。

图2是本发明结构原理左视图示意图，图3是本发明结构原理俯视图示意图，图8是本发明一种结构原理整体示意图。

实施例四：

同理，如图9、图2、图10所示，

图9是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为一平面，所述聚风面的一个边高于另一个边，使风力发电机叶片位于高边位置，当风从低边的方向吹向高边的方向时，所述聚风面将使通过风机叶片下方的风聚集到风机叶片上，增加有效做功风量，从而提高风机的效率。本发明中定义所述聚风面为：平面。

图2是本发明结构原理左视图示意图，图10是本发明一种结构原理整体示意图。

实施例五：

如图11、图12、图13、图14所示，

图11是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为半喇叭状或1/N喇叭状，N为实数，喇叭的对称轴呈水平放置或垂直于叶片扫风面，去掉对称轴以上的水平部分或去掉喇叭状的(N-1)/N部分，本发明中定义所述聚风面为：左半喇叭面或左半锥形筒面；使喇叭的小口置于叶片扫风面的最底部位以下，喇叭的大口面向风吹过来的方向，使叶片扫风面的下部置于半喇叭或1/N喇叭的小口内，当风从喇叭的大口吹向叶片时，可以将风聚集起来，提高风速；本发明中定义所述聚风面为：左半喇叭面。半喇叭面的优点是聚风效率高，与半锥形筒面或半漏斗面相比，从正视图或俯视图可以看出来，半喇叭面的底面投影线为曲线，而半锥形筒面的底面投影线为直线，半锥形筒面可产生轻微的湍流，从而降低效率，而半喇叭面克服了这一缺陷，因此，可以提高效率；经大量的实验研究数据证实，半喇叭面与半锥形筒面相比，可提高效率达16.9％，有把握的说，至少提高5％以上；当然，本发明聚风面也可以是左半锥形筒面的，只是聚风效果小于左半喇叭面。优选的，本发明半喇叭面或半锥形筒面的小口直径，应大于风力机扫风面的直径。

图12是本发明结构原理左视图示意图，图13是本发明结构原理俯视图示意图，图14是本发明一种结构原理整体示意图。

本实施例中，我们采用了一种叶片长度33.95米，塔杆高68米，叶尖与塔杆的垂直距离9。8米，叶轮直径70米，扫掠面积3848平方米，切入风速3M/S，额定功率1500KW，工程总造价约1000万元；我们设计采用了半喇叭面的小口直径为71米，大口直径128米，高28.5米，半喇叭面外缘与塔杆的垂直距离39米，聚风面采用建筑级玻璃钢面，支撑架采用轻质刚体管，轨道采用钢轨，工程总造价在100-120万元，不超过200万元。

效益分析：

由简单的计算我们就可以看出：半喇叭面的大口直径为128米，面积为3.14×64×64÷2＝6430平方米，叶片扫掠面积的一半是3848/2＝1924平方米；6430-1924＝4506平方米；(4506÷3848)×100％＝117％，相当于扫掠面积提高了117％，由于风机输出功率与扫掠面积成正比，因此，理论上说，可以提高发电效率117％，考虑到风力的摩擦及阻力损失，发电效率也可以提高90％以上；另外，由于本发明提高了风轮下半部位的风速，可以自然补偿自然风的上下不均匀的问题，而且，降低了启动风速，提高了风机的有效利用天数，扩大了可以利用风力发电的区域范围。

由此可以看出，在总投资提高不到20％的情况下，发电效率却可以提高90％以上，因此，本发明的经济效益和社会效益是十分巨大的。

实施例六：

如图15、图16、图17、图18所示，

图15是本发明一种结构原理正视图示意图，右半部位为半喇叭状或1/N喇叭状，喇叭的对称轴呈水平放置或垂直于叶片扫风面，去掉对称轴以上的水平部分或去掉喇叭状的(N-1)/N部分，N为实数，本发明中定义所述聚风面为：右半喇叭面或右半锥形筒面：使喇叭的小口置于叶片扫封面的最底部位以下，喇叭的小口面向风吹过来的方向，使叶片扫风面的下部置于半喇叭或1/N喇叭的小口内，由物理学原理知道，当风从喇叭的小口吹向叶片时，风向喇叭的大口部位扩散，从而提高喇叭的小口部分的风速；在聚风面的底面有一孔洞，使风力机塔杆或回转体可以穿过聚风面；聚风面安装在回转体上；由于本方案的物理原理是利用风扩散时所产生的负压，与左半喇叭面或左半锥形筒面利用风的正压不同，且本方案安装方式和位置都优于左半喇叭面或左半锥形筒面的方案，安装成本低，更易于稳定平衡，且实验证明，本方案采用扩散风，对喇叭小口处的吸力效果更优于左半喇叭面或左半锥形筒面的正压聚风方案；本发明的优点是可以实现自动对风，可以使用另加对风装置，也可以不使用另加对风装置；

当然，本发明聚风面也可以是右半锥形筒面的，经实验证明，只是聚风效果小于右半喇叭面。

图16是本发明结构原理左视图示意图；如果有些曲面是本发明半喇叭面或半锥形筒面的简单变形，比如，本图中的半圆形变换为半圆多边形等，均应视为与本发明中所述半喇叭面或半锥形筒面等同。

图17是本发明结构原理俯视图示意图，图18是本发明一种结构原理整体示意图。本实施例中可以实现自动对风，不使用另加对风装置。

实施例七：

如图19、图12、图20、图21所示，

图19是本发明一种结构原理正视图示意图，左或右半部位均为半喇叭状或1/N喇叭状，喇叭的对称轴呈水平放置或垂直于叶片扫风面，去掉对称轴以上的水平部分或去掉喇叭状的(N-1)/N部分，本发明中定义所述聚风面为：左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；使喇叭的小口置于叶片扫风面的最底部位以下；左和右半部位的两个半喇叭状在小口处由水平曲面光滑对接，使叶片扫风面的下部置于半喇叭或1/N喇叭的小口内，叶片的最佳位置在右半喇叭面的小口风扩散段的位置，使两个半喇叭状面的小口光滑对接处的最底部位，高于叶片扫封面的最底部位；当风从喇叭的大口吹向叶片时，可以将风聚集起来，提高风速，当风吹过叶片后，通过扩散，还可以再一次提高喇叭的小口处的风速。优点是聚风位置和聚风方向准确，聚风量大。本发明左或右半部位的半喇叭可以是相同大小，也可以是不同大小的，可以是左半喇叭面小，右半喇叭面大，也可以是左半喇叭大，右半喇叭小。当然，本发明聚风面也可以是左右双半锥形筒面的，只是聚风效果小于左右双半喇叭面。在聚风面的底面有一孔洞，使风力机塔杆或回转体可以穿过聚风面；聚风面安装在回转体上；本发明中，若选用左半喇叭面小右半喇叭面大或左半锥形筒面小右半锥形筒面大的方案，则聚风效果优于其它方案，且安装成本低及性能更优；是本发明的最佳方案；可以实现自动对风，可以使用另加对风装置，也可以不使用另加对风装置。

图12是本发明结构原理左视图示意图，图20是本发明结构原理俯视图示意图，图21是本发明一种结构原理整体示意图。

实施例八：

如图22、图23、图24、图25所示，

图22是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为一整喇叭筒状，筒的一端口大，另一端口小，口小的一端面向叶片扫风面的下部或所需位置。本发明聚风面也可以是整锥形筒面的，只是聚风效果小于整喇叭面。本发明中定义所述聚风面为：整喇叭筒面或整锥形筒面。叶片在整喇叭筒面或整锥形筒面的小口外面。

图23是本发明结构原理左视图示意图，图24是本发明结构原理俯视图示意图，图25是本发明一种结构原理整体示意图。

实施例九：

如图26是本发明再一种结构原理正视图示意图，左或右半部位均为半喇叭状或1/N喇叭状，左半喇叭面小，右半喇叭面大，叶片扫风面位于右半喇叭面内；使用斜杆支撑方案；斜杆与下面的回转体结合，可以有效地实现自动对风，可以使用另加对风装置，也可以不使用另加对风装置。

实施例十：

图29是本发明另一种结构原理正视图示意图；本发明聚风面为左或右半部位均为半喇叭状或1/N喇叭状，左半喇叭面小，右半喇叭面大，安装在风力机叶片的上方，凹面向下，凸面向上，由支撑架支撑，支撑架下面支撑在轨道上，本方案主要适用于小型机上，安装在楼顶，半喇叭面的小口直径和轨道直径均大于风力机扫风面的直径。本方案聚风面也可以是右半喇叭面或右半锥形筒面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；所述左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面是左半喇叭面小右半喇叭面大或左半锥形筒面小右半锥形筒面大。

本方案可以实现自动对风，可以使用另加对风装置，也可以不使用另加对风装置。

所述支撑架是可以使所述聚风面稳固并使所述聚风面可以绕一个固定轴旋转的装置。

所述聚风面可以通过支撑架或支撑固定装置直接与风机风轮或机头部位固定连接，这样，由于本聚风面具有自动对风的功能，当风轮或机头与聚风面固定连接时，聚风面可带动风轮实现自动对风，因此，可以省去不用原风力发电机组中的偏航装置或对风装置。

实施例十一：

图30是本实施例的结构原理示意图；为右半喇叭面或右半锥形筒面；所述聚风面可以通过支撑架或支撑固定装置直接与风机风轮或机头部位固定连接，这样，由于本聚风面具有自动对风的功能，当风轮或机头与聚风面固定连接时，聚风面可带动风轮实现自动对风，因此，可以省去不用对风装置，也可以省去不用原风力发电机组中的偏航装置或对风装置。

本发明实施例采用了上风向风机，对下风向风机同样适用，仍然是聚风面的小口进风，定义为右；大口进风，定义为左。

实施例十二：

如图31、图32、图33、图34所示，

图31是本发明一种结构原理正视图示意图，为左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面。优选的，本发明半喇叭面或半锥形筒面的小口直径，应大于风力机扫风面的直径。

在所述聚风面的支撑架上安装有机头座，机头座上安装有传动系统和发电机，传动系统连接风轮；在所述聚风面或支撑架下连接有滚轮，滚轮与轨道连接；

在聚风面的下面，轨道的圆心位置，安装有支撑轴，支撑轴上安装有回转体，回转体上连接有偏航装置；当风向变化时，偏航装置可以带动聚风面及整体装置沿轨道转动，以跟踪风向的变化，使风轮始终处于迎风状态；本发明中，支撑轴是一个辅助系统，可以使用，也可以不使用；当不使用支撑轴时，偏航装置可以安装在聚风面或支撑架上；

控制系统可以安装在地面，通过连接线与发电系统连接。

本方案省略了风机塔筒，且设备重心在圆形轨道内，既稳定又解决了塔的弯矩问题。

图32是本发明聚风面及安装机头座支撑架部位的正视图示意图。

图33是本发明聚风面及安装机头座支撑架部位的左视图示意图。传动系统、发电机、机头座可以安装在本图中的支撑架上。本图中的半圆可以是大半圆也可以是小半圆。

图34是本发明聚风面及安装机头座支撑架部位的俯视图示意图。

实施例十三：

图35是本实施例结构原理正视图示意图；为右半喇叭面或右半锥形筒面。在所述聚风面的支撑架上安装有机头座，机头座上安装有传动系统和发电机，传动系统连接风轮；本实施例的风机可以不用偏航装置，有聚风面带动风轮实现自动对风；本实施例可以不用风机塔筒，且设备重心在圆形轨道内，既稳定又解决了塔的弯矩问题，同时，还降低了成本。

实施例十四：

图36是本实施例结构原理正视图示意图；为左半喇叭面或左半锥形筒面。

所述聚风面是左半部位为半喇叭状或1/N喇叭状，叶片扫风面位于左半喇叭面内的小口部位；本方案必须使用偏航装置且转动不够灵活，通常情况下很少使用。本方案聚风面也可以是半锥形筒面的，只是聚风效果小于半喇叭面。

实施例十五：

图37是本实施例结构原理俯视图或俯视剖视图示意图；

所述风力发电机为垂直轴风力发电机，在所述聚风面内安装有风导流挡板。

图38是本实施例结构原理正视图示意图；

对中小型水平轴或各类垂直轴风机来说，当其高度是在工程允许范围内时，使风机叶片完全安装在聚风面内，在聚风面上在加上密封盖，效果更好。

实施例十六：

图39是本实施例结构原理正视图示意图；为右半喇叭面或右半锥形筒面，在所述右半喇叭面的大口部位，安装1/N环形曲面，所述环形曲面与右半喇叭面之间，留有环形缝隙，使进风口面积大于出风口面积，使风可以从狭缝的进风口吹进，从出风口吹出，由于进风口面积大于出风口面积，因此，出风口的风速高，压力小，在出风口处产生一低压区，这样，可以对通过原聚风面的风，起到引流的作用，增强聚风效果。所述环形曲面是增效环。

图40是本实施例结构原理左视图示意图。

图41是本实施例结构原理俯视图示意图。

图42是本实施例整体结构原理正视图示意图；可以使用对风装置，也可以不使用对风装置。

图43是本实施例结构原理右视图示意图。

Claims (10)

1.一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述装置由风机或风力发电机以及一个或一个以上聚风面以及支撑这个聚风面并使所述聚风面稳固的一个或一个以上支撑架所构成；所述聚风面是右半喇叭面或右半锥形筒面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；所述左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面是左半喇叭面小右半喇叭面大或左半锥形筒面小右半锥形筒面大；所述聚风面是安装在风机风轮的下面或上面，所述支撑架是可以使所述聚风面稳固并使所述聚风面可以绕一个固定轴或绕风机塔筒旋转的装置。

2.根据权利要求1所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述装置上还安装有对风装置，所述对风装置与风机或风力发电机相联。

3.根据权利要求2所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述聚风面是凸凹面或凸凸面或缓陡面或平面或左半喇叭面或左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面；所述左右双半喇叭面或左右双半锥形筒面是左半喇叭面大右半喇叭面小或左半锥形筒面大右半锥形筒面小或左右相等。

4.根据权利要求1或3所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，支撑所述支撑架或聚风面的是轨道，所述支撑架或聚风面的下面安装有滚轮，所述滚轮支撑在轨道上，所述轨道是普通公知轨道或磁悬浮轨道。

5.根据权利要求1或3所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述支撑架或聚风面是安装在风机塔杆上的，所述支撑架或聚风面是与回转体连接，所述回转体是套在风机或风力发电机塔杆外面。

6.根据权利要求1或3所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述聚风面可以通过支撑架或支撑固定装置直接与风机风轮或机头部位固定连接。

7.根据权利要求1或3所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述风机风轮或传动系统或发电机或机头座是直接安装在聚风面上或支撑架上。

8.根据权利要求1所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，在所述聚风面的外环或下面，安装有增效环。

9.根据权利要求4所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述滚轮内是磁悬浮轴承。

10.根据权利要求1或3所述一种新型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述聚风面内安装有风导流挡板。

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