CN102449300B - 方形活动体压缩风力发电装置 - Google Patents

Abstract

一种方形活动体压缩风力发电装置包括风轮机(B)，用于向风轮机(B)提供压缩风力的多个压缩器(A1，A2，A3，A4，A5)、左帆舵(8a)、右帆舵(8b)和帆舵(72)。风轮机(B)的中心轴(27)与发电机组(7、10)的输入轴相连。多个压缩器(A1，A2，A3，A4，A5)、左帆舵(8a)、右帆舵(8b)、以及后帆舵(72)组装成一体，使得它们能够在帆舵的作用下相对于风轮机(B)在360°范围内一起旋转，以使压缩器的进风面总是面向最大风力。该装置具有成本低、风源利用率高、装机容量大、而且使用寿命长的优点。

Description

方形活动体压缩风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电装置，尤其涉及一种方形活动体压缩风力发电装置。

背景技术

目前社会生产力高速发展，电能广泛使用，人们生活中的能量消耗又日益增加，造成有限资源严重消耗，面临枯竭的危险，据能源情报搜索数据显示，全球的电能85％以上由“火、核、油、气”产生，因而造成严重的环境污染、气候变化，这有可能直接威胁生态并危及人类生存。

作为传统的风力发电装置，通常已知的是三叶风扇型的发电装置。这种发电装置是将类似于电风扇扇叶的叶片安装在支柱的顶端，由于叶片的形状具有一定的弧度，因而在受风时叶片旋转，进而由发电机将叶片的旋转转化为电力。这种装置的结构较为简单，但却存在以下缺点。即，由于是利用叶片接受风力，而叶片的面积有限，叶片之间的大部分空间都无法对风源进行利用，所以利用率非常低，通常数百台这样的风力发电装置也无法供应一家普通工厂的生产用电，而若要满足生产的需求则会占用大面积土地从而造成土地和风力资源严重浪费。

发明内容

本发明是鉴于现有的风力发电装置中存在的上述问题而做出的，其目的在于提供一种成本低、风源利用率高、装机容量大、而且使用寿命长的方形活动体压缩风力发电装置。

为了实现上述目的，本发明提供的方形活动体压缩风力发电装置包括：

风轮机B，风轮机位于所述装置的中部，风轮机的中心轴27与发电机组7，10的输入轴相连，以驱动输入轴围绕中心旋转轴线Z旋转；

多个压缩器A1，A2，A3，A4，A5，用于向风轮机B提供压缩空气，该多个压缩器在所述装置的前侧沿中心旋转轴线Z方向彼此对齐地重叠在一起，并从其外端向所述装置的中部沿弧弯渐缩地延伸到其内端，压缩器的外端共同形成进风面，该进风面具有第一宽度w₁，压缩器的内端共同形成出风面，出风面围成用于容纳风轮机B的同心部分圆柱形空间；

左帆舵8a和右帆舵8b，左帆舵和右帆舵相对于所述装置的中心对称地直立在所述装置的左侧和右侧，并且都布置成靠近所述装置的后侧，左帆舵和右帆舵从前侧向后侧延伸，并且它们之间的距离逐渐增大；以及

后帆舵72，后帆舵直立地沿着所述装置的后侧布置，并根据面向后侧的压缩器背面轮廓靠近左帆舵8a或右帆舵8b布置；

其中，所述多个压缩器、左帆舵和右帆舵、以及后帆舵组装成一体，使得它们能够在帆舵的作用下相对于风轮机在360°范围内一起旋转，以使压缩器的进风面总是面向最大风力。

本装置实体是三角形，为了能够使进风面正对来风方向，因而所述装置的两侧边缘设置竖列帆舵，后侧边缘横向设置附加舵、再联合各横梁直骨形成了方形装置，通过如此设计，各进风口相对于来风方向不倾斜地吹入风道，从而能更为高效地驱动风轮机旋转。具体地，风从压缩器进风面进入压缩器、会聚压缩后从出风面冲击风轮机，驱动风轮机旋转进行发电。在帆舵的作用下可带动装置转动360°以保证进风面始终面向来风方向，从而使装置的各进风口正对准来风以全部接收来风，这样能够提高风源利用效率，所以在同样的风源情况下，与传统的风扇形装置相比，其利用效率可以提高8倍、单机功率相比提高300倍以上，并且又降低成本，还能明显地降低噪音。

优选地，压缩器的总高与各个帆舵、风轮机B的高度大致相同；所述帆舵和所述多个压缩器固定在方形框架11和圆环井架梁14，53上，所述方形框架11和圆环井架梁14，53通过滑轮2，47安装在圆环轨(3)和平滑地梁43上。

作为本发明压缩器的一个实施例，设置五个压缩器A1，A2，A3，A4，A5，每个压缩器包括彼此隔开的七个风道单元C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，该七个风道单元沿不同的弧弯从其外端向所述装置的中部渐缩地延伸到其内端，形成大致的喇叭形，并且进风面由中部的突起圆柱面50和两侧的平面48构成。每个风道单元C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7的横截面为大致的四边形，每个风道单元的沿中心旋转轴线Z方向的高度从风道单元的外端朝着风道单元总深度的三分之二位置处平滑地缩小，然后又从该深度处朝着风道单元的内端平滑地扩大，从而在该深度处形成收缩部23，由此在所述多个压缩器A1，A2，A3，A4，A5的相邻压缩器之间内部形成对应的压缩器隔间18。

根据上述方案，各压缩器在其之间形成隔间地向装置中部逐渐缩窄，由此，构成弧弯连续风道单元，使得会聚风在连续挤压的过程中前进，压缩器内部隔间使风适度膨胀的压力加大，提高出风口风速，从而极大地提高风源冲击速度、促进了风源利用效率。另外，7个不同弧弯的风道单元组成喇叭形压缩器，与风轮机一起形成大致的三角体。

进一步地，七个风道单元C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7由上面板、下面板21，D3、两个侧面板16a，16b和六个竖隔板52隔成，每个风道单元包括较短的进风口段和出风口段，以及较长的中间段，进风口段包括多级压缩道D，E，F，G，出风口段包括分隔出风口的至少一个附加横隔板56和至少一个附加竖隔板55，所述竖隔板52和附加竖隔板55在压缩器内端相对于穿过进风面中心的风轮机直径线85形成的夹角为52°～62°。进风口段的多级压缩道作用是风源进道后不会向外逃逸。

优选地，包括五级压缩道，第一级压缩道C再分为三十个二级压缩道D，每个二级压缩道D再分为四个三级压缩道E，每个三级压缩道E再分为四个四级压缩道F，每个四级压缩道F再分为四个五级压缩道G。任一级压缩道的进风口和内出风口的四条边设有连接成框的压缩槛68，63，65，66，E1，E2，F1，F2，D1，D2，E5，E6，F5，F6。一级压缩道的进风口67和内出风口D5的压缩槛分别延伸连接上面板、下面板21、D3和两个侧面板16a，16b。进风口的每条压缩槛包括H字钢D7和包围该H字钢D7的弧形卷板D6。内出风口的压缩槛D8由圆管构成。

通过试验结果可知，压缩槛至少产生如下的益处：第一、采用压缩槛建设有利于使施工容易而且坚固装置，第二、双重口限的压缩槛设置，对风进入进风口67没有任何影响，由于风道单元内部宽阔，因此一旦风进入就不会逃逸，并形成内部膨胀，从而使得出风口的风力由装置所有进风口的风压决定。

另外，多级压缩道非常有利于大型装置建设，最优越点就是再大型的装置，只需对压缩道进行更多级的分隔、继续缩短风源压缩道D，这样能够极大地节省成本，更大程度地提高吸力效率，更容易节省建设的成本。

替代地，多级压缩道可以包括二至十一级压缩道。

优选地，第五风道单元C5的两侧竖隔板52均沿着从该风道单元的外端到内端的弧弯方向逐渐向该风道单元的中心靠近，右侧面板16b和第一、第二、第三、第四风道单元C1，C2，C3，C4的竖隔板从各自的外端朝着各自的内端均弯向第五风道单元C5，左侧面板16a和第六、第七风道单元C6，C7的竖隔板从各自的外端朝着各自深度的四分之三位置处均弯向第五风道单元C5，然后左侧面板16a和第六、第七风道单元C6，C7的竖隔板从该四分之三位置处朝着各自的内端弯曲偏离第五风道单元C5。这种设计有助于减小风的阻力。

优选地，每个压缩器A内部隔开的风道单元B9的数目至少是5～30个以进行发电。

作为本发明的风轮机B的一个实施例，风轮机B为包括外圆柱面87和内圆柱面89的圆柱形，风轮机B包括顶圆环板25、底圆环板77、以及处于顶圆环板25和底圆环板77之间的多个风轮机单元B1，B2，B3，B4，B5，中心轴27通过径向向外延伸的连接梁29分别连接每个风轮机单元B9的圆环板，该圆环板包括顶圆环板25和底圆环板77。每个压缩器A的出风面的面积是对应风轮机单元B9的外圆柱面87的48％～65％。

其中，每个风轮机单元设有多个沿圆周均匀间隔的叶片，每个叶片沿中心旋转轴线Z延伸，并通过位于外圆柱面87和内圆柱面89之间的上圆环板98和下圆环板99固定在一起，中心轴27通过径向向外延伸的连接梁29分别连接上圆环板98和下圆环板99。

优选地，外圆柱面87的外直径大致是第一宽度w₁的32％，内圆柱面89的内直径至少是风轮机B外直径的60％，上圆环板98和下圆环板99的圆环板径向宽度w₂至少是风轮机B外直径的20％。

优选地，每个叶片分成外部叶片80、中部叶片93和内部叶片92，外部叶片80、中部叶片93和内部叶片92分别通过连接柱90，91连成两折三弯，并分别以不同的角度从外圆柱面87向内圆柱面89延伸，内部叶片92向内延伸超出所述内圆柱面89。相对于穿过进风面中心的风轮机直径线85，内部叶片92朝外形成的夹角至少是50°，中部叶片93朝外形成的夹角至少是42°，外部叶片80朝内形成的夹角至少是29°。

其中，外部叶片80的径向宽度至少是圆环板径向宽度w₂的27％，中部叶片93的径向宽度至少是圆环板径向宽度w₂的30％，内部叶片92的径向宽度至少是圆环板径向宽度w₂的20％，并且内部叶片92超出所述内圆柱面89的部分86的径向宽度至少超过圆环板径向宽度w₂的0.5％。另外，内部叶片92的弯曲深度至少是其径向宽度的18％，中部叶片93的弯曲深度至少是其径向宽度的21％，外部叶片80的弯曲深度至少是其径向宽度的8％，附加外部叶片95的弯曲深度同外部叶片80。

可选地，内部叶片92超出所述内圆柱面89的部分86的径向宽度至少是外直径的1％。

优选地，每个内部叶片92还装有靠近内圆柱面89的角铁柱94，角铁柱94沿内部叶片92的背面设置，使得相邻内部叶片92之间形成的排风口88的宽度的至少50％被角铁柱94占据。

优选地，每对相邻外部叶片80之间还设有附加外部叶片95，在相邻的外部叶片80和附加外部叶片95之间的间隔进风口79中设有横向的弧形楔板B6以连接该相邻的外部叶片80和附加外部叶片95，附加外部叶片95安装在上圆环板98和下圆环板99之间，并安装在连接柱91上。

进一步地，在每个风轮机单元的上、下圆环板之间还可设有附加圆环板78，该附加圆环板78保持大致平直。

优选地，一个风轮机单元的叶片数为128片～1800去时片。

优选地，风轮机单元的数目B9与压缩器A的数目相一致，而风轮机单元和压缩器各至少设置1～8个以进行发电。

作为本发明帆舵的实施例，位于所述装置后侧的左帆舵和右帆舵最外端之间的距离1至少是第一宽度w₁的101％。

进一步地，每个帆舵包括多个排成一排的彼此相接的弧卷叶，该多个弧卷叶的联合宽度是第一宽度w₁的40％。其中，左帆舵和右帆舵的该多个弧卷叶从所述装置的前侧向后侧阶梯式地扩大，而后帆舵的该多个弧卷叶则相同。

总体而言，本发明的压缩风力发电装置与所有其它发电装置相比具有成本低，建设容易，单机规模大(据实机数据推算大型单机可达50万kw以上)风源利用率高、(单机1KW效率65％、1MW效率80％、10MW效率90％、100MW效率95％)顺风无阻噪音低、使用寿命长等优点，而且适应性强，具有极强大的实用性。

附图说明

下面结合附图来说明本发明的更多特征及优点，其中：

图1是根据本发明的方形活动体压缩风力发电装置的一个实施例的立体图；

图2是图1所示风力发电装置的底盘根基平面图；

图3是图1所示风力发电装置的底部框架平面图；

图4是图1所示风力发电装置的压缩器斜视图；

图5是图4所示的压缩器重叠组合装置的立体图；

图6是图5所示装置的进风口联合的立面图；

图7是图6所示进风口压缩器单元分隔压缩道D视意图；

图8是图7所示压缩道D的分隔压缩道E、F斜视图；

图9是图1所示风力发电装置的顶平面俯视图；

图10是图1所示圆柱风轮机的立体图；

图11是图10所示圆柱风轮机的叶片设置平面图；

图12是图10所示圆柱风轮机的单元剖视图。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例进一步说明本发明的结构，但本发明的保护范围不受实施例所限。

图1是表示本发明一个实施例的方形活动体压缩风力发电装置的立体图，在图1中，附图标记A表示后述压缩器，附图标记B表示后述圆柱风轮机。在图4、图7、图8中，附图标记C、D、E、F、G分别表示后述压缩器的五级压缩道(第五级压缩道G未设附图)，附图标记15表示后述井架柱，附图虚线表示内部。另外，装置各种配置规格按照装置根据进风面48、50联合宽度(即第一宽度w₁)确定，装置直径线85限定为穿过风轮机B的中心线Z和进风面的中心，在以下的说明中，“前侧”、“左右侧”、“后侧”、“左右方向”、“内外缘”、“上下方向”均是针对组装状态的方形活动体压缩风力发电装置而言的。下述的“径向宽度”是指沿着风轮机直径方向测得的宽度。

如图1和图4、图5所示，作为一个优选实施例，该整体装置包括压缩器、横直井架梁组成的方形框架、圆环井架梁、各井架柱、梁、杆骨、帆舵及压缩道、槛和各基础一起联体底部框架，通过滑轮安装于圆环轨和平滑地梁的底盘根基中；以及圆柱风轮机，该风轮机包括对应各压缩器内缘位于活动空间中的风轮机单元，在风轮机中心轴下端连接于链轮连接器上端，而连接器下端相连内齿轮，内齿轮又啮合圆柱齿轮和发电机组输入轴，经所述压缩器进风面进入进风口的风、通过压缩道、风道单元会聚压缩后冲击出风口外的活动空间，进而驱动风轮机旋转进行发电。

具体地，在该装置的前侧沿中心旋转轴线Z方向彼此对齐地重叠在一起的5个压缩器A1、A2、A3、A4、A5，这5个压缩器从其外端向装置的中部沿弧弯渐缩地延伸到其内端，在压缩器外端共同形成进风面，该进风面具有第一宽度w₁，在压缩器内端共同形成出风面61，出风面围成用于容纳风轮机B的同心部分圆柱形空间。出风面61的面积是风轮机外周面的48％～58％。这5个压缩器的相邻压缩器内部之间形成隔间18。圆柱风轮机B置于同心部分圆柱形空间中，装置左右两侧边缘分别设置左、右竖列帆舵8a，8b，中部后方设置附加后帆舵72。压缩器与各帆舵形成整体装置，在左右帆舵8a，8b，72的作用下，整体装置可在360°范围旋转，使装置进风面48、50面向来风方向自然转动(360°)地接收八面风力。

本发明方形活动体压缩风力发电装置首先以外、内圆环地梁1、43为底盘根基，底盘根基包括从外围护栏网35向内延伸的各直地梁45、46，以及发电机组7、10的坐基。由于外圆环地梁1平面设置有圆环轨3啮合滑轮2以进行相对活动，各滑轮2、47通过弹簧被安装于外、内圆环井架梁53、14的底部，该外、内圆环井架梁53、14与各横与直井架梁4、17联合组成的框架11形成一体，包括竖立井架柱15、风轮机B外壳半圆横梁19和立架柱13、斜撑井架柱5、风轮机B顶安装架30和圆环架26、各竖列帆舵8a、8b、72连接上直与横的梁32、70和支撑杆骨31、压缩器A体内压缩道(虚线22)和圆管柱49、75、76等一起被焊接联体。

圆柱风轮机B底部设置多根井架梁59，这些井架梁59结合圆环井架梁14和滑轮47，并被对准于内圆环地梁43中。井架梁59向内延伸到中心安装平面轴承58，与风轮机B的中心轴27固定在一起。中心轴27连接链轮联接器12。联接器12连接内齿轮6，进而连接到大型发电机组7、小型发电机组10。风轮机B的顶部安装架30相连于圆环架26，用于固定风轮机B的顶部轴承28并支承风机B的梁骨29和中心轴27。顶部安装架30与风机B顶圆环板25及整体风轮机B对准，顶部安装架30中的空间24用于轴向排风。

下面，参照图2和图3，对装置底盘根基和装置底部框架进行详细说明。

装置底盘根基分别设置内与外圆环地梁43、1，包括中心发电机组工作室44、环墙34和方形柱33，该柱33联体于朝向外的各直梁45，与各直梁45相联的内圆环平滑地梁43和外圆环地梁1、附加直式地梁46。所述装置底盘各地梁下面还设置四条地道各分别通过外门口40、内门口42相连工作室44，中间门口41连通圆环工作道39，通过工作道39连接装置内部各电梯道51口。如图2所示，底盘外缘周围上平面设置护栏网35、观察道37、内栏杆36、隔离空间38、圆环滑轨3啮合装置、底部各滑轮2。如图3所示，装置底部框架11设置各横与直井架梁4、17联体于内外各圆环井架梁14、53，包括各井架柱15、13、5基础、竖列帆舵8a，8b和附加舵72基础、圆管柱49基础、压缩器A各单元C1～C7的隔板52基础、风源接收立面50、48内的各直槛65、64、D1、E2、E5、F2、F5和带槽滑轮2及平滑滑轮47基础等，这些基础均被焊接联体。各种横与直的井架梁4、17在压缩器A位置范围增加数目，按装置体积配置规格，内外圆环地梁1、43平面准确平衡，在压缩器A位置配置的滑轮2、47数目比外部多出三倍以上。内外各种井架柱13、15，包括圆环井架梁14、53、斜撑井架柱5及横直井架梁4、17等，全部采用圆管结构焊接。

接下来参照图4和图5至图9对压缩器A的结构进行详细说明。

压缩器A以10片板组装成喇叭形压缩器A体，该压缩器A的10片板分别是下面板D3与上面板21各1片，2片侧面板16a，16b，将风道分隔为风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7的6片竖隔板52。竖隔板52从外缘(进风口67)的最宽点，向内平滑缩窄(竖隔板52上下边缘同样地向内平滑地缩窄)至该板52总长的三分之二处(即压缩线23)形成最窄点，约为其最大宽度的67％，再从压缩线23处向出风口57平滑地扩宽，在出风口57的宽度约为其最大宽度相同。

如图4、图5、图6、图9所示，各压缩器A1、A2、A3、A4、A5各以7个不同的弧弯从外向内缩窄的风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7组成压缩器A，再由各压缩器A1～A5重叠组成总压缩器装置。如图9所示，各风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7弧弯及深度各不同，而各风道单元C1～C7的进风口67高度尺寸相同，但出风口57高度尺寸是相同进风口67高度。

各风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7呈队道式内空四棱体，该单元从外缘接风立面48、50的进风口67向内逐渐收缩至出风口57，与进风口67相比，出风口57缩小61％，其次，如图9所示，风道单元C5的两侧隔板52从进风口67到出风口57大致对称地向该风道单元中间靠近，其他风道单元C如C6和C4与C7和C3、C2、C1等全部弧弯向风道单元C5，如单元C6、C7的隔板52和外侧板16a从压缩部23处开始朝内再向外反弯至装置内缘61，如图4所示，各风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7的出风口57有设置附加竖隔板55及附加横隔板56，该附加竖隔板和附加横隔板55、56从出风口57向风道内延伸的长度为外缘接风立面48、50联合总宽的约5％，附加竖隔板55的高度同出风口57的高度。每个附加竖隔板55在出风口57附近相对于直径线85形成56°的偏心角，侧面板16a，16b在出风口57附近相对于直径线85形成的偏心角同竖隔板。

如图5、图6、图7、图9所示，外缘接风立面48、50构成风源接收口67，其内缘61围成大致半圆柱体的活动空间，用来安装圆柱风轮机B。从图5虚线的竖隔板54和主横隔板60可以看出，风源接收口67朝内设置有风源压缩道D，该压缩道D朝内深度尺寸大约是压缩器A的接风立面48、50联合总宽的5％～7％，每个压缩道D从进风口67向内收缩至内出风口D5，体积减少7％。各风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7的进风口67段设置有风源压缩道D，而出风口57各设置附加竖隔板55及附加横隔板56，除贯穿风道单元C内部的圆管柱49、75、76和电梯道51以外，其他内部段都属于空四棱体。

如图3、图6、和图9所示，形成接风立面50的风道单元C2、C3、C4、C5、C6共5个的外缘设置在外圆环地梁周长的0.9/4的范围内，如图3所示，并且风道单元C2～C6外缘延伸超出圆环地梁1，超出的长度约是圆环地梁1周长的0.1％～0.5％。风道单元C1和C7的外缘则与横梁4平行，同样地，风道单元C1、C7超出横梁4的长度约是横梁4长度的0.1％～0.5％。如图6所示，各压缩器A1、A2、A3、A4、A5在接风立面48、50联合紧密地重叠68，形成接收风源的大栅网，再以各竖列帆舵8、72的作用下，装置接风各立面48、50向八方来风接收。

如图7和图8所示，风源压缩道D由于压缩器A的风道单元的进风口67段分隔而成，该各单元通过5片竖隔板54、4片横隔板60联合D9将风道C分隔为30个压缩道D，如图7所示，从进风口67至内出风口D5的压缩道D呈队道式的四棱通风道，而且进风口67和内出风口D5各设置风源压缩槛66、65、D8，该内出风口D5压缩槛D8采用圆管作为横槛D2与直槛D1交接贯穿连接压缩器A侧面板16a、16b、竖隔板52、上面板21、下面板D3等，在图7中侧面板16a、16b和竖隔板52以剖开线D4为限，不再继述其内部。所述进风口67的压缩槛66、65的内部以H字钢D7贯穿连接各单元的直槛63、64和横槛重叠，其中各直槛63、64、65贯穿连接于装置底部的框架11中，包括内出风口D5的压缩槛D1和图8中再分隔的压缩道E、F的直槛E2、F2及各内出风口D5的直槛E5、F5等，连接装置底部框架11。所述进风口67的各类压缩槛以H字钢D7为内脏相接各外缘，再以板D6制成弧卷形将H字钢D7包住，这样各级压缩槛形成椭圆扁式两外缘尖锐。如图8所示，装置特大型建设必须连续分隔5级以上的压缩道，第一级风道C各分隔成30个第二级压缩道D，再由各压缩道D各分隔成4个第三代压缩道E，再由各压缩道E各分隔成4个第四代压缩道F，再由各压缩道F各分隔成4个第五代压缩道G，以此类推可以继续分隔。所述各压缩道从进风口67逐渐收缩至内出风口D5，锥度0.2°～0.3°。从图8可以看出，以压缩道D的进风口67以内的压缩直槛E2和压缩横槛E1向压缩道内退缩，被安装于竖隔板54和横隔板60中，内出风口D5处的直与横的槛E5、E6也被安装于隔间板54和横隔板60中，这样压缩道E比压缩道D短5％，相似地，压缩道F比压缩道E短5％，如此压缩道E和压缩道F各竖隔板E4、F3也相应缩短地安装于各槛E1、E2、F1、F2的尖锐处，包括压缩道D的竖隔板54、横隔板60及槛65、66和圆管的横与直的槛D2、D1、E6、E5、F6、F5。如图8所示，进风口67的压缩道E的压缩槛E1、E2比压缩道D的槛65、66缩小10％，压缩道F的槛F1、F2比压缩道E的槛E1、E2也缩小10％，内出风口D5的各圆管槛D1、D2、E5、E6、F5、F6比进风口67的同级压缩道的压缩槛缩小3％。所述接风立面48、50和内出风口D5等所有各种压缩横槛贯穿各压缩道连接左、右侧面板16a、16b，还包括所有各种压缩道直槛连接装置的上面板21、向下贯穿各压缩器A5～A1的压缩道、连接装置底部框架11，从而形成连体。由于双重压缩槛的作用再结合锥度压缩道，无论大或小风源进入压缩道都不会逃逸，形成自压缩风力冲击风轮机B，使风轮机B旋转力等于受风接风立面48、50大面积的聚风压力，从而驱动风轮机B高速旋转。

如图9所示，压缩风电装置是以风轮机B为中心，结合压缩器A及各竖列帆舵8、72组成整体方形装置，该装置横向与纵向相比横向宽超8％，压缩器A的接风立面48、50总宽w₁与装置两侧对立的帆舵8a、8b的最大距离1相比，最大距离1超总宽w₁约5％，风轮机B外直径85是立面48、50总宽w₁的32％。所述压缩器A的各风道单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7的竖隔板52(包括侧面板16a、16b)顺着弧弯向单元C5重围，并逐渐缩窄风道朝向压缩器与风轮机B之间的间隙空间73。竖隔板52(包括侧面板16a、16b)向外则逐渐扩宽至接风立面48、50，风道单元C1、C7沿井架横梁4设置，形成的立面48与井架横梁4平行，中部5个风道单元C2、C3、C4、C5、C6设置在外圆环地梁1的周长的0.9/4的范围内、形成突出部分圆柱立面50。圆管柱49、75、76的设置受到限制，圆管柱49位置在竖隔板54附近，圆管柱75设置在压缩部23中，其他圆管柱76数量是否增加根据实际需要决定。所述竖列帆舵8a、8b对称地设置在压缩器A后方左、右两侧边缘，后边缘偏右方设置附加舵72，各舵8a、8b、72一般为5～6片弧卷叶9，其直立地排列成一排，并与装置等高，其中对立的帆舵8a、8b的各弧卷叶9的规格不同，与最接近压缩器A的叶相比，相邻叶扩宽7％，以此类推，其余依次扩宽7％。其他附加舵72的叶沿装置的后边缘横向排列，不需扩宽。横与直井架梁69、70、71和各井架柱15、13都可以按装置规格设计，它们的数量、体积以及位置等根据装置的规格计算决定。

需要说明的是，由于多个压缩器在上下方向上彼此隔开间隔地重叠，因此可以在各风道中部竖隔板处设置多根圆管柱和电梯道贯穿各压缩器，并连接到底部框架，包括外缘井架柱，这样的设置用于10兆瓦以上的大型装置加固和保养作用。

下面参照图10、图11、图12对本发明的风轮机进行详细说明。

以下标记B9表示风轮机单元。

圆柱风轮机B为包括外圆柱面87和内圆柱面89的圆柱形，风轮机B包括顶圆环板25、底圆环板77、以及处于顶圆环板25和底圆环板77之间的5个风轮机单元B1，B2，B3，B4，B5。风轮机B的中部为中空圆柱体空间。中心轴27通过径向向外延伸的连接梁29分别连接各单元B9的圆环板，该圆环板包括顶圆环板25和底圆环板77。圆柱风轮机B整体高度根据装置压缩器A重叠数目确定。

风轮机B各单元B1、B2、B3、B4、B5分别包括上下各一片的圆环板98、99和组叶80、92、93，如图11所示，在圆环板B7平面B8中分别是外部叶80、中部叶93、内部叶92以及内圆管柱90和外圆管柱91。外部叶80、中部叶93、内部叶92相连成两折三弯。所述外部叶80从圆环板B7外缘87向内连接至外圆管柱91的位置，并且外部叶80从外缘87到该位置的径向宽度是各圆环板B7的本体平面B8的单方宽度w₂的37％。中部叶93分别连接外圆管柱91和内圆管柱90，并且中部叶93从外圆管柱91到内圆管柱90的径向宽度占单方宽度w₂的38％。内部叶92连接内圆管柱90，并且内部叶92从内圆管柱90到圆环板B7的内缘89的径向宽度是单方宽度w₂的25％，内圆管柱90沿着整个圆环板B7的平面B8一周均匀分配，数目为32根，外圆管柱91则为64根，该两种圆管柱90、91各从风轮机B底面的双合圆环板77平面贯穿各单元B1、B2、B3、B4、B5，包括各层圆环板B7、附加圆环板78，连接于风轮机B的顶面圆环板25。

如图11所示，风轮机B隔层圆环板98、99的平面B8分为内、中、外三个部分，该三个部分就是各单元B1、B2、B3、B4、B5的外部叶80、中部叶93、内部叶92的安装位置，如外部叶80从圆环板B7外缘87延伸至外部圆管柱91，该叶80体线相对于直径线85向内形成夹角为35°，而中部叶93和内部叶92相反地分别向外与直径线85形成夹角、内部叶92夹角为70°，中部叶93夹角为50°，外部叶80呈椭圆半体形式，卷深为自宽的25％，中部叶93呈半圆弧，卷深为自宽的43％，内部叶92呈弧形，卷深为自宽的13％。所述内、中、外各叶92、93、80相连成两折三弯的数目根据内外圆管柱90、91数目64根分成三个部分各为32片，另外，附加外叶95的圆管柱91为32根。在外部叶80和附加外部叶95之间的隔间进风口79中还设置多层多个环楔板B6，以加固连接风轮机B周围，并且在隔层圆环板98、99的平面B8中，各叶92、93、80形成火炬式的两折三弯图案。圆管96各端相对连接贯穿各单元B9，连接到底及面圆环板77、25中，该圆管96及角铁柱94的各自数量32条与内部叶92相同。如图12所示，角铁柱94两边缘安装于内叶92正面，而角铁柱94的尺寸占该内缘89排风口88宽度的50％～90％。在图11圆环板B7的平面B8的内、中、外叶92、93、80布局中，可以看出各单元B1、B2、B3、B4、B5的进风口79窄，而进风空间内部宽，这样的设置使进风容易并且内部风源产生膨胀，形成的风力使风轮机B整体吸力平衡，如图5和图6所示，相对于压缩器A内缘61，风轮机B外缘87圆周面的一半属于进风口79空间，其他一半属于排风空间，再加上下轴向排风空间24，并且该风轮机B外缘87的面积47％是进风口79空间，53％是联合排风空间。

现首先对各单元B1、B2、B3、B4、B5的直径说明，这里的直径指的是外圆柱面87的直径。该直径尺寸为压缩器A各立面48、50联合宽度的32％，圆环板B7则占该直径的29.5％、内部叶92超出圆环板B7内缘89的排风口88的部分86占该直径的1％、中空空间24圆柱体占该直径的69.5％。

圆柱风轮机B的各单元B1、B2、B3、B4、B5在一般普通大型装置建设中，必须附加多层附加圆环板78，原因是每个隔间进风口79的分隔单元高度不能超过两米以上，宽度不能超过1.8米，附加圆环板78用于加固风轮机B，而风轮机B单元B9取决于按照装置规格所需设的压缩器A的层数，也可另外增加。梁骨29焊接到所述各圆环板25、77、98、99、B7内缘89的连接端朝着内缘89逐渐扩宽，另一端通过法兰83加固连接于中心轴27中，该轴27下端连接平面轴承58，上端缩小成颈84用于安装啮合轴承壳74的法兰83的轴承28，以连接安装架30和圆环架26。但各梁骨29的数目可以根据实际需要确定。

各风轮机单元通过杆骨全部联体于中心轴，而中心轴上端以轴承固定，下端通过平面轴承相接链轮连接器，再通过推动轴承，将动能输入发电机组，这样属粗糙工艺，再大型都容易施工，并且能够节省施工，更为减少成本。

另外需要说明的是，本装置各规格尺寸都是对照压缩器受风面宽度推算得出，但压缩器的各个弧弯倾斜偏心度数全部按照风轮机中心对照压缩器受风面中心而推算得出，并且活动空间供风面积只能占风轮机的外缘实面积的47％左右，另53％是属风轮机排风面积。

本装置大小相差极大，如小型装置可建100瓦用于路灯照明，大型装置可以建设100万千瓦以上，这样大与小装置就相差千万倍以上。为了增加装置的容量，通过对压缩道进行更多级的分隔和/或增加叶片、环楔板、外圆柱及外叶就能实现，这样的设计使装置变得更加紧凑，更为节省成本。

Claims (33)

1.一种方形活动体压缩风力发电装置，该装置包括：

风轮机（B），风轮机位于所述装置的中部，风轮机的中心轴（27）与发电机组（7、10）的输入轴相连，以驱动输入轴围绕中心旋转轴线（Z）旋转；

其特征在于还包括：

多个压缩器（A1，A2，A3，A4，A5），用于向风轮机（B）提供压缩风力，该多个压缩器在所述装置的前侧沿中心旋转轴线（Z）方向彼此对齐地重叠在一起，并从其外端向所述装置的中部沿弧弯渐缩地延伸到其内端，压缩器的外端共同形成进风面，该进风面具有第一宽度（w₁），压缩器的内端共同形成出风面，出风面围成用于容纳风轮机（B）的同心部分圆柱形空间；

左帆舵（8a）和右帆舵（8b），左帆舵和右帆舵相对于所述装置的中心对称地直立在所述装置的左侧和右侧，并且都布置成靠近所述装置的后侧，左帆舵和右帆舵从前侧向后侧延伸，并且它们之间的距离逐渐增大；以及

后帆舵（72），后帆舵直立地沿着所述装置的后侧布置，并根据面向后侧的压缩器背面轮廓靠近左帆舵（8a）或右帆舵（8b）布置；

其中，所述多个压缩器、左帆舵和右帆舵、以及后帆舵组装成一体，使得它们能够在帆舵的作用下相对于风轮机在360度范围内一起旋转，以使压缩器的进风面总是面向最大风力。

2.根据权利要求1所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述多个压缩器（A1，A2，A3，A4，A5）为五个，每个压缩器包括彼此隔开的七个风道单元（C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7）,该七个风道单元沿不同的弧弯从其外端向所述装置的中部渐缩地延伸到其内端，形成大致的喇叭形，并且进风面由中部的突起圆柱面（50）和两侧的平面（48）构成。

3.根据权利要求2所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个风道单元（C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7）的横截面为大致的四边形，每个风道单元的沿中心旋转轴线（z）方向的高度从风道单元的外端朝着风道单元的一定深度处平滑地缩小，然后又从该一定深度处朝着风道单元的内端平滑地扩大，从而在该一定深度处形成收缩部（23），由此在所述多个压缩器（A1，A2，A3，A4，A5）的相邻压缩器之间内部形成对应的压缩器隔间（18）。

4.根据权利要求3所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，收缩部（23）从风道单元的外端算起位于每个风道单元总深度的三分之二位置处。

5.根据权利要求2所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述七个风道单元（C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7）由上面板、下面板（21、D3）、两个侧面板（16a，16b）和六个竖隔板（52）隔成，每个风道单元包括较短的进风口段和出风口段，以及较长的中间段，进风口段包括多级压缩道（D，E，F，G），出风口段包括分隔出风口的至少一个附加横隔板（56）和至少一个附加竖隔板（55），所述竖隔板（52）和附加竖隔板（55）在所述压缩器的内端相对于穿过进风面中心的风轮机直径线（85）形成的夹角为52度～62度。

6.根据权利要求5所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述多级压缩道包括五级压缩道，第一级压缩道（C）再分为三十个二级压缩道（D），每个二级压缩道（D）再分为四个三级压缩道（E），每个三级压缩道（E）再分为四个四级压缩道（F），每个四级压缩道（F）再分为四个五级压缩道（G）。

7.据权利要求5所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述多级压缩道可以包括二至十一级压缩道。

8.根据权利要求5所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，任一级压缩道的进风口（67）和内出风口（D5）的四条边设有连接成框的压缩槛（68，63，65，66，E1，E2，F1，F2，D1，D2，E5，E6，F5，F6）。

9.根据权利要求8所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，进风口（67）的每条压缩槛包括H字钢（D7）和包围该H字钢（D7）的弧形卷板（D6）。

10.根据权利要求8所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，内出风口（D5）的压缩槛由圆管构成。

11.根据权利要求8所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，一级压缩道的进风口（67）和内出风口（D5）的压缩槛分别延伸连接上面板、下面板（21、D3）和两个侧面板（16a，16b）。

12.根据权利要求5所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，第五风道单元（C5）的两侧竖隔板（52）均沿着从该风道单元的外端到内端的弧弯方向逐渐向该风道单元的中心靠近，右侧面板（16 b）和第一、第二、第三、第四风道单元（C1，C2，C3，C4）的竖隔板从各自的外端朝着各自的内端均弯向第五风道单元（C5），左侧面板（16 a）和第六、第七风道单元（C6，C7）的竖隔板从各自的外端朝着各自深度的四分之三位置处均弯向第五风道单元（C5），然后左侧面板（16 a）和第六、第七风道单元（C6，C7）的竖隔板从该四分之三位置处朝着各自的内端弯曲偏离第五风道单元（C5）。

13.根据权利要求1所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，风轮机（B）为包括外圆柱面（87）和内圆柱面（89）的圆柱形，风轮机（B）包括顶圆环板（25）、底圆环板（77）、以及处于顶圆环板（25）和底圆环板（77）之间的多个风轮机单元（B1，B2，B3，B4，B5），中心轴（27）通过径向向外延伸的连接梁（29）分别连接每个风轮机单元（B9）的圆环板，所述圆环板包括顶圆环板（25）和底圆环板（77）。

14.根据权利要求13所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个风轮机单元设有多个沿圆周均匀间隔的叶片，每个叶片沿中心旋转轴线（Z）延伸，并通过位于外圆柱面（87）和内圆柱面（89）之间的上圆环板（98）和下圆环板（99）固定在一起，中心轴（27）通过径向向外延伸的连接梁（29）分别连接上圆环板（98）下圆环板（99）。

15.根据权利要求14所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，外圆柱面（87）的外直径大致是第一宽度（w₁）的32%，内圆柱面（89）的内直径至少是风轮机B外直径的60%，上圆环板（98）和下圆环板（99）的圆环板径向宽度（w₂）至少是风轮机B外直径的20%。

16.根据权利要求14所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个叶片分成外部叶片（80）、中部叶片（93）和内部叶片（92），外部叶片（80）、中部叶片（93）和内部叶片（92）分别通过连接柱（90，91）连成两折三弯，并分别以不同的角度从外圆柱面（87）向内圆柱面（89）延伸，内部叶片（92）向内延伸超出所述内圆柱面（89）。

17.根据权利要求16所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，外部叶片（80）的径向宽度至少是圆环板径向宽度（w₂）的27%，中部叶片（93）的径向宽度至少是圆环板径向宽度（w₂）的30%，内部叶片（92）的径向宽度至少是圆环板径向宽度（w₂）的20%，并且内部叶片（92）超出所述内圆柱面（89）的部分（86）的径向宽度至少超过圆环板径向宽度（w₂）的0.5%。

18.根据权利要求16所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，相对于穿过进风面中心的风轮机直径线（85），内部叶片（92）朝外形成的夹角至少是50度，中部叶片（93）朝外形成的夹角至少是42度，外部叶片（80）朝内形成的夹角至少是29度。

19.根据权利要求16所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个内部叶片（92）还装有靠近内圆柱面（89）的角铁柱（94），角铁柱（94）沿内部叶片（92）的正面设置，使得相邻内部叶片（92）之间形成的排风口（88）的宽度的至少50%被角铁柱（94）占据。

20.根据权利要求16所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每对相邻外部叶片（80）之间还设有附加外部叶片（95），在相邻的外部叶片（80）和附加外部叶片（95）之间的间隔进风口（79）中设有横向的弧形楔板（B6）以连接该相邻的外部叶片（80）和附加外部叶片（95），附加外部叶片（95）安装在上圆环板（98）和下圆环板（99）之间，并安装在连接柱（91）上。

21.根据权利要求16所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，内部叶片（92）的弯曲深度至少是其径向宽度的18%，中部叶片（93）的弯曲深度至少是其径向宽度的21%，外部叶片（80）的弯曲深度至少是其径向宽度的8%，附加外部叶片（95）的弯曲深度同外部叶片（80）。

22.根据权利要求14所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，在每个风轮机单元的上、下圆环板（98、99）之间还设有至少一个以上附加圆环板（78），该附加圆环板（78）保持大致平直。

23.根据权利要求16所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，一个风轮机单元（B9）的叶片（9）数目为128片～1800片，而连接柱（90、91）和角铁柱（94）随叶片（9）相应增加。

24.根据权利要求20所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述风轮机单元（B9）的外部叶片（80）和附加外部叶片（95）之间的各间隔横向设置弧形楔板（B6）数目为1片～180片。

25.根据权利要求13所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个压缩器（A）的出风面的面积是对应风轮机单元（B9）的外圆柱面（87）的48%～65%。

26.根据权利要求13所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，风轮机单元的数目（B9）与压缩器（A）的数目相一致，而风轮机单元和压缩器各设置1～8个进行发电。

27.根据权利要求5所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个压缩器（A）内部隔开的风道单元的数目是5～30个以进行发电。

28.根据权利要求1所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，位于所述装置后侧的左帆舵和右帆舵最外端之间的距离（l）至少是第一宽度（w₁）的101%。

29.根据权利要求28所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，每个帆舵包括多个排成一排的彼此相接的弧卷叶，该多个弧卷叶的联合宽度至少是第一宽度（w₁）的35%。

30.根据权利要求29所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，左帆舵和右帆舵的所述多个弧卷叶从所述装置的前侧向后侧阶梯式地扩大。

31.根据权利要求29所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，后帆舵（72）的所述多个弧卷叶的规格相同。

32.根据权利要求1所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述压缩器（A）重叠的总高与所述帆舵、风轮机（B）的高度大致相同。

33.根据权利要求1所述的方形活动体压缩风力发电装置，其中，所述帆舵和所述多个压缩器（A）固定在方形框架（11）和圆环井架梁（14，53）上，所述方形框架（11）和圆环井架梁（14，53）通过滑轮（2，47）安装在圆环轨（3）和平滑地梁（43）上。