CN102562467B - 聚风增速风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚风增速风力发电装置，它包括基座、拔风筒、聚风塔、风力涡轮机、聚风增速机构、垂直发电机和磁平衡磁浮机构。拔风筒安装在基座上。聚风塔安装在基座上并围绕在拔风筒的外围。风力涡轮机为垂直轴贯通式螺旋涡轮机，安装在拔风筒内的下部。垂直发电机安装在拔风筒内的底部并位于风力涡轮机的下方。磁平衡磁浮机构分别设置在垂直发电机的下方和风力涡轮机的周围。本发明的聚风增速风力发电装置不仅提高了风速，以风速三次方乘积来提高功率，同时还提高了涡轮机有效受风面积和涡轮机效率，使聚风增速风力发电装置获得大装机容量。

Description

聚风增速风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别涉及一种聚风增速风力发电装置。

背景技术

新能源和生命科学是21世纪人类最关注的两件革命性大事。在能源领域里真正革命性的技术创新十分罕见，无论电力能量来源是煤炭、天然气，抑或核能，目前发电仍然依靠蒸汽涡轮机的变体，而蒸汽涡轮机自19世纪80年代就诞生了。现代世界大力发展的风力涡轮机于1887年由美国首创，现在使用的三叶片螺旋浆水平轴风机早在1927年就诞生了。但是直到目前，利用风能所发出的电能仍然微不足道，世界电能依然大量依赖石化燃料，现有的新技术难以取代燃煤发电。

水平轴风力发电被世界公认为技术最成熟的清洁能源。以我国目前最先进的上海东海大桥102MW海上风电为例：34台3MW风电机，总投资24亿元，有效发电时间2600小时，是常规煤电投资的2.4倍，如按发电量达到煤电5500小时计算，其投资是煤电的5倍。世界最先进的丹麦5MW深海风电，螺旋桨直径达126米，安装采用现代海上石油开采技术和设备，连开发商自己也承认投资成本太高，难以推广。目前太阳能的投资成本更高于海上风电，如上海虹桥高铁站刚投产的6688kw的太阳能发电装置，投资1.6亿元，装机容量投资为23923/kw，是煤电投资的4.8倍，而有效发电时间仅为943小时，按相同发电时间计算，投资是煤电的2.8倍。在市场经济情况下，高成本的风电、太阳能发电目前仍能迅速发展，主要依赖世界各国都提供了优惠政策。如我国煤电并网收购价通常为0.28～0.33元/KW，而上海风电并网收购价为0.679元/KW，通常并网收购价比煤电高0.3元/KW，太阳能发电并网收购价更高。一旦世界有某种新能源突破，发电并网条件、收购价一视同仁，重新回归市场经济时，现有水平轴风电如无技术突破，必将被淘汰。

能源是任何一个国家可持续发展的关键。我国近几年每年新增装机容量近1亿KW，直接促进了国民经济的迅速发展。但我国人均能源的使用量仅占美国人均量的八分之一，尚有4亿人口将进入城市，需电量更大。又如印度有11亿人口，装机容量是我国的十分之一，尚有50％的家庭未能使用国家电网的电能，所以目前电力高速发展是必然的。我国发电量目前77％仍然是煤电，不仅影响人类健康，还污染环境，使用清洁能源是必然趋势。我国现已成为石油、煤炭的净进口国，今年已成为世界最大的煤电进口国，预计到2020年石油需求约90％依赖进口。世界各国的政治和军事斗争主要是为了控制能源和原料。发达国家依赖世界能源发展成现代化国家的道路，对后发达的我国是走不通的，发展新能源是我们的出路之一。

世界人口最稠密，工业最发达的沿海地区，既是能源最缺乏的地区，又是风能最丰富的地区，有取之不尽、用之不竭，一年四季、昼夜不断的风能。但人类对风力发电从未很好的认识和使用，到目前为止，人们只会被动的使用自然风能，对世界广泛使用的水平轴风电机，也只能不断的增长螺旋浆长度来增加装机容量，这种思路和技术是无法取代燃煤发电。

只有当人类对风力发电所使用的自然风能完全被控制，能主动掌握自然风的风能、风速、风压、风量、风向和风密度时，自然风就能满足人类清洁能源的需求，实现低成本、大装机容量的风力发电，将彻底取代燃煤发电，世界将进入清洁能源时代。

本发明是在原聚风式风力发电装置(申请号为200910195607.9)基础的改进上，在聚风塔、拔风筒和聚风装置上有了重大的技术突破和实质性的提高。

发明内容

本发明的目的，就是为了提供一种发电功率大、并且能实现全方位发电的聚风增速风力发电装置。

本发明的技术方案是：一种聚风增速风力发电装置，其包括：

基座；

拔风筒，安装在基座上的中心位置，在拔风筒下部设有聚风进风口；

聚风塔，包括环形聚风通道和多个聚风墙，环形聚风通道安装在基座上并围绕在拔风筒的外围，多个聚风墙安装在基座上并呈散射状围绕在环形聚风通道的外围；各聚风墙结构相同，整体呈外窄内宽、上窄下宽的锥形框架夹层结构，并在聚风墙的左右侧面和外侧面形成多个框架形进风口，进风口内设有聚风门，聚风墙的内侧设有出风口与环形聚风通道连通，所述拔风筒下部的聚风进风口与环形聚风通道连通；

风力涡轮机，通过涡轮机框架安装在拔风筒内的下部，为垂直轴贯通式螺旋涡轮机，上部为出风口，垂直轴下部连接有惯性轮；

聚风增速导向机构，环设在风力涡轮机与拔风筒之间，其外侧通过拔风筒的聚风进风口与聚风塔的环形聚风通道连通，内侧与风力涡轮机连通，中间设有一圈呈螺旋状分布的聚风板；

垂直发电机，安装在拔风筒内的底部并位于风力涡轮机的下方，其驱动轴向上伸出并与风力涡轮机的垂直轴连成一体；

磁平衡磁浮机构，包括两个轴向磁平衡磁浮机构和两个径向磁平衡磁浮机构；其中一个轴向磁平衡磁浮机构设置在垂直发电机的下方并固定在主轴和基座上，另一个轴向磁平衡磁浮机构设置在风力涡轮机的惯性轮下方并固定在涡轮机的惯性轮和涡轮机框架上；两个径向磁平衡磁浮机构分别设置在风力涡轮机的上下两端并固定在拔风筒内壁和涡轮机框架上；各磁平衡磁浮机构分别包括两组对应设置的磁浮组件，两组对应的磁浮组件非接触相互插入，并按磁平衡原则排列。

所述的拔风筒为上大下小的喇叭形结构，其高度高于聚风塔的高度，其高出聚风塔的部分环设有多个拔风口，拔风口外侧上部安装有水平轴，水平轴上安装有挡风门，挡风门可沿水平轴转动，挡风门处于迎风面时关闭拔风口，处于背风面时由拔风筒内的上升气流吹开。

所述的聚风塔包括多个聚风墙，各聚风墙的两侧墙面均呈平面，多个聚风墙均匀分布围绕在环形聚风通道的外围，形成多角星形结构，相邻聚风墙的上部外端之间连接有拉紧钢绳。

所述的聚风塔包括多个聚风墙，各聚风墙的两侧墙面均呈弧形面并且弯曲方向相同，多个聚风墙均匀分布围绕在环形聚风通道的外围，形成多角星形结构，相邻聚风墙的上部外端之间连接有拉紧钢绳。

所述的聚风墙在出风口处设有自平衡风量调节机构，该自平衡风量调节机构包括轨道、调节风门和控制装置，轨道垂直安装在拔风筒上，调节风门架设在轨道上，调节风门可沿轨道上下移动并可将出风口的一部分或全部封闭，控制装置安装在聚风墙内控制调节风门的移动。

所述的聚风门包括水平固定轴、调节门和调节机构，水平固定轴水平安装在所述进风口的上部，调节机构安装在所述进风口的下部并可前后移动调节，调节门的上端与水平固定轴活动相连，调节门的下端抵靠在调节机构上。

所述的聚风门包括垂直固定轴、调节门和调节机构，垂直固定轴垂直安装在所述进风口的一侧，调节机构安装在所述进风口的另一侧并可左右移动调节，调节门的一侧与垂直固定轴活动相连，调节门的另一侧抵靠在调节机构上。

所述的聚风墙底部设有泄风调节机构，该泄风调节机构包括泄风口、导轨和泄风门，导轨安装在泄风口的两侧，泄风门安装在导轨上可上下移动。

本发明的聚风增速风力发电装置能实施大装机容量，当聚风塔上的自然风经聚风增速装置增速后，风速提高数倍。风的功率与风速的三次方成正比，聚风塔和拨风筒组成的聚风通道，能全方位驱动贯通式涡轮机的每一片叶片，使涡轮机受风力的面积大增，能显著提高功率。螺旋涡轮机安装在磁平衡磁浮惯性轮上，并在全磁浮状态下运行，不仅提高了涡轮机效率，惯性轮使输出功率更稳定。本方法采用增加聚风面积，配合泄风装置能有效增加发电时间。垂直发电机采用空气冷却，气体所带出的热量，以及聚风增速时的能量损失所产生热量都能使拨风管的龙卷风抽拨力增加，都能填补因风能不足所增加的能量，维持发电机的恒速运行。本发明的聚风增速风力发电装置使气流经蜗轮导向装置全方位推动贯通式螺旋蜗轮机，在拔风筒形成强烈上旋气流，即形成人造龙卷风，并在中心产生低气压，对蜗轮机产生巨大的抽拔力。在聚风增速的推力和龙卷风增速的抽拔力的共同作用下，实现了大装机容量。

附图说明

图1是本发明聚风增速风力发电装置的纵向剖视结构示意图；

图2、图3是本发明两个实施例的立体结构示意图；

图4、图5是本发明两个实施例的横向剖视结构示意图；

图6、图7是本发明中的聚风门的结构示意图。

具体实施方式

附图给出了本发明的一个较佳实施例，下面结合附图的实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，配合参见图2、图3、图4、图5，本发明的聚风增速风力发电装置，包括基座1、拔风筒2、聚风塔3、风力涡轮机4、聚风增速机构5、垂直发电机6和磁平衡磁浮机构。

拔风筒2安装在基座1上的中心位置，在拔风筒下部设有聚风进风口21，拔风筒2为上大下小的喇叭形结构，其高度高于聚风塔3的高度，其高出聚风塔的部分环设有多个拔风口22，拔风口22外侧上部安装有水平轴23，拔风口22周围设有防振条25，水平轴23上安装有挡风门24，挡风门24可沿水平轴23转动，挡风门处于迎风面时关闭拔风口，处于背风面时由拔风筒内的上升气流吹开。

聚风塔3包括环形聚风通道31和多个聚风墙32，聚风塔3的上端设有上顶层33，下部设有下底层34。环形聚风通道31安装在基座上并围绕在拔风筒2的外围，多个聚风墙32安装在基座上并呈散射状围绕在环形聚风通道31的外围；各聚风墙32结构相同，整体呈外窄内宽、上窄下宽的锥形框架夹层结构，并在聚风墙的左右侧面和外侧面形成多个框架形进风口321，进风口内设有聚风门322，聚风墙的内侧设有出风口与环形聚风通道31连通，上述拔风筒2下部的聚风进风口与环形聚风通道31连通。聚风墙底部设有泄风调节机构9，该泄风调节机构9包括泄风口91、导轨92和泄风门93，导轨92安装在泄风口91的两侧，泄风门93安装在导轨上可上下移动。

风力涡轮机4通过涡轮机框架41安装在拔风筒2内的下部，为垂直轴贯通式螺旋涡轮机，上部为出风口并与拔风筒2连通，垂直轴42下部连接有惯性轮43。

聚风增速导向机构5环设在风力涡轮机4与拔风筒2之间，其外侧通过拔风筒的聚风进风口与聚风塔的环形聚风通道连通，内侧与风力涡轮机连通，中间设有一圈呈螺旋状分布的聚风板51。

垂直发电机6安装在拔风筒2内的底部并位于风力涡轮机4的下方，其驱动轴61向上伸出并与风力涡轮机的垂直轴42连成一体。

磁平衡磁浮机构包括两个轴向磁平衡磁浮机构71、72和两个径向磁平衡磁浮机构73；其中轴向磁平衡磁浮机构71设置在垂直发电机的下方并固定在驱动轴61和基座1上，轴向磁平衡磁浮机构72设置在风力涡轮机4的下方并固定在涡轮机的惯性轮43和螺旋涡轮机框架41上；两个径向磁平衡磁浮机构73分别设置在风力涡轮机4的上下两端并固定在拔风筒2内壁和涡轮机框架41上；各磁平衡磁浮机构分别包括两组对应设置的磁浮组件，两组对应的磁浮组件非接触相互插入，并按磁平衡原则排列。

本发明中的聚风塔3可以设计成如图2、图4所示的结构，包括多个(本实施例为六个)聚风墙，多个聚风墙的两侧墙面均呈平面，多个聚风墙均匀分布围绕在环形聚风通道的外围，形成多角星形结构，相邻聚风墙的上部外端之间连接有拉紧钢绳33。

本发明中的聚风塔3还可以设计成如图3、图5所示的结构，包括多个(本实施例为五个)聚风墙，多个聚风墙的两侧墙面均呈弧形面并且弯曲方向相同，多个聚风墙均匀分布围绕在环形聚风通道的外围，形成多角星形结构，相邻聚风墙的上部外端之间连接有拉紧钢绳33。

本发明中的聚风墙在出风口处设有自平衡风量调节机构8，该自平衡风量调节机构包括轨道81、调节风门82和控制装置，轨道81垂直安装在拔风筒2上，调节风门82(共两个分别设置在聚风墙出风口的上下两端)架设在轨道81上可沿轨道上下移动并可将出风口的一部分或全部封闭，控制装置安装在聚风墙内控制调节风门的移动。

配合参见图6、图7，本发明中的聚风门322可以设计成垂直轴聚风门或水平轴聚风门，水平轴聚风门的结构如图6所示，包括水平固定轴3221、调节门3222和调节机构3223以及密封框3224，水平固定轴3221水平安装在进风口的上部，调节机构3223安装在进风口的下部并可前后移动调节，调节门3222的上端与水平固定轴活动相连，调节门的下端抵靠在调节机构上。图2、图4所示的多角星形结构聚风塔中采用的就是这种水平轴聚风门。

垂直轴聚风门包括垂直固定轴3225、调节门3222和调节机构3223以及密封框3224，垂直固定轴3225垂直安装在进风口的一侧，调节机构3223安装在进风口的另一侧并可左右移动调节，调节门3222的一侧与垂直固定轴活动相连，调节门的另一侧抵靠在调节机构上。图3、图5所示的多角星形结构聚风塔中采用的就是这种垂直轴聚风门。

本发明的工作原理是，在自然风吹动下，向风面的聚风门打开，成为进风口。聚风增速大小由调节机构调整，而背风面的聚风门受内部风压作用将自动关闭，并被密封框所封闭。在进风口处，风被增速数倍，并形成数千帕高气压区。聚风塔下部与拨风管下部进风口相通，拨风管上端排风口与大气相通，从聚风塔进风口进来的高压气流必然向与大气相通的拨风管排气口流动，并形成高速气流。贯通式的涡轮机位于聚风增速机构内，高风速全方位驱动涡轮机的每一叶片，涡轮机排出的旋转高速风，在拨风管道形成人造龙卷风，对涡轮机又产生巨大的抽吸力，推力和抽吸力两合力驱动涡轮机旋转，带动发电机发电。自平衡风量调节机构能自动调节进风量和泄风量，保持发电机恒速旋转，达到50HZ的并网技术要求。

Claims (7)

1.一种聚风增速风力发电装置，其特征在于包括：

基座；

拔风筒，安装在基座上的中心位置，在拔风筒下部设有聚风进风口；

聚风塔，包括环形聚风通道和多个聚风墙，环形聚风通道安装在基座上并围绕在拔风筒的外围，多个聚风墙安装在基座上并呈散射状围绕在环形聚风通道的外围；各聚风墙结构相同，整体呈外窄内宽、上窄下宽的锥形框架夹层结构，并在聚风墙的左右侧面和外侧面形成多个框架形进风口，进风口内设有聚风门，聚风墙的内侧设有出风口与环形聚风通道连通，所述拔风筒下部的聚风进风口与环形聚风通道连通；

风力涡轮机，通过涡轮机框架安装在拔风筒内的下部，为垂直轴贯通式螺旋涡轮机，上部为出风口，垂直轴下部连接有惯性轮；

聚风增速导向机构，环设在风力涡轮机与拔风筒之间，其外侧通过拔风筒的聚风进风口与聚风塔的环形聚风通道连通，内侧与风力涡轮机连通，中间设有一圈呈螺旋状分布的聚风板；

垂直发电机，安装在拔风筒内的底部并位于风力涡轮机的下方，其驱动轴向上伸出并与风力涡轮机的垂直轴连成一体；

磁平衡磁浮机构，包括两个轴向磁平衡磁浮机构和两个径向磁平衡磁浮机构；其中一个轴向磁平衡磁浮机构设置在垂直发电机的下方并固定在驱动轴和基座上，另一个轴向磁平衡磁浮机构设置在风力涡轮机的惯性轮下方并固定在涡轮机的惯性轮和涡轮机框架上；两个径向磁平衡磁浮机构分别设置在风力涡轮机的上下两端并固定在拔风筒内壁和涡轮机框架上；各磁平衡磁浮机构分别包括两组对应设置的磁浮组件，两组对应的磁浮组件非接触相互插入，并按磁平衡原则排列；

所述的拔风筒为上大下小的喇叭形结构，其高度高于聚风塔的高度，其高出聚风塔的部分环设有多个拔风口，拔风口外侧上部安装有水平轴，水平轴上安装有挡风门，挡风门可沿水平轴转动，挡风门处于迎风面时关闭拔风口，处于背风面时由拔风筒内的上升气流吹开。

2.根据权利要求1所述的聚风增速风力发电装置，其特征在于：所述的聚风塔包括多个聚风墙，各聚风墙的两侧墙面均呈平面，多个聚风墙均匀分布围绕在环形聚风通道的外围，形成多角星形结构，相邻聚风墙的上部外端之间连接有拉紧钢绳。

3.根据权利要求1所述的聚风增速风力发电装置，其特征在于：所述的聚风塔包括多个聚风墙，各聚风墙的两侧墙面均呈弧形面并且弯曲方向相同，多个聚风墙均匀分布围绕在环形聚风通道的外围，形成多角星形结构，相邻聚风墙的上部外端之间连接有拉紧钢绳。

4.根据权利要求1所述的聚风增速风力发电装置，其特征在于：所述的聚风墙在出风口处设有自平衡风量调节机构，该自平衡风量调节机构包括轨道、调节风门和控制装置，轨道垂直安装在拔风筒上，调节风门架设在轨道上，调节风门可沿轨道上下移动并可将出风口的一部分或全部封闭，控制装置安装在聚风墙内控制调节风门的移动。

5.根据权利要求1所述的聚风增速风力发电装置，其特征在于：所述的聚风门包括水平固定轴、调节门和调节机构，水平固定轴水平安装在所述进风口的上部，调节机构安装在所述进风口的下部并可前后移动调节，调节门的上端与水平固定轴活动相连，调节门的下端抵靠在调节机构上。

6.根据权利要求1所述的聚风增速风力发电装置，其特征在于：所述的聚风门包括垂直固定轴、调节门和调节机构，垂直固定轴垂直安装在所述进风口的一侧，调节机构安装在所述进风口的另一侧并可左右移动调节，调节门的一侧与垂直固定轴活动相连，调节门的另一侧抵靠在调节机构上。

7.根据权利要求1所述的聚风增速风力发电装置，其特征在于：所述的聚风墙底部设有泄风调节机构，该泄风调节机构包括泄风口、导轨和泄风门，导轨安装在泄风口的两侧，泄风门安装在导轨上可上下移动。