CN102808723A - 一种狭管聚风发电的离心式风力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明一种狭管聚风发电的离心式风力发动机涉及的是一种惯性离心效应，向心力，动平衡，气压梯度力，黏性力，叶片造型，螺旋风姿成因，涡轮效应等综合学科理论和重大核心技术，属一种狭管聚风发电的离心式风力发动机技术领域。包括对接筒体、前置法兰、流体进口、规整板A、固定环A、支撑件A、环形圈A、规整板B、固定环B、规整板C、固定环C、递级轴、支撑件B、泄风通道、环形圈B、叶片C、叶片B、叶片A、对接法兰、向心环A、向心环B、轴承A、轴承B、壳体A、壳体B、壳体C、轴座A和轴座B。

Description

一种狭管聚风发电的离心式风力发动机

技术领域

本发明一种狭管聚风发电的离心式风力发动机涉及的是一种惯性离心效应，向心力，动平衡，气压梯度力，黏性力，叶片造型，螺旋风姿成因，涡轮效应等综合学科理论和重大核心技术，属一种狭管聚风发电的离心式风力发动机技术领域。

背景技术

一提到风力机，大家马上会想到现在市场上多见的水平轴和垂直轴风力机；而一提到发动机，大家又会进一步想到各种机械做功的动力发动机或旋转式发动机。对于任何一台风力发电机，风能转换成机械能时必须要有一整套的转换装置，这对于狭管聚风风力发电来说尤为重要。狭管聚风风力发电有很多鲜为人知的突出优点，其中一大优点是采风在空中，而发电在地面。对于大功率兆瓦级以上，甚至10-30兆瓦级的单机发电，无论是水平轴还是垂直轴都是望尘莫及，无法达到的。狭管聚风之后风速一般可达80米/秒以上，甚至还有超过100米/秒的。目前能适应这种高速度、高温度、旋风式的专职装备寻遍世界每一个角落都无法找到。其实并不是无法制造，而是制造出来无用武之地。原因很简单，狭管聚风风力发电是人类21世纪绿色电能获取的极佳装备，因此当同行正沉醉于传统风力发电“做大做长”时，一些较有发展眼光的企业已经进入风力发电的“狭管聚风”时代，而一款能胜任这种时代来到时不负众望的离心式风力发动机核心技术装备是必不可少的。

经进一步检索及对市场的调查，未见与本发明完全一致或相类似的专家文献及专利报告。

发明内容

本发明的目的是针对国内外现有的风力发电机市场，所获悉的严重缺失第三种风力发电模式专家文献和专利报告，特别是针对配合未来狭管聚风风力发电存储核心技术作为本发明的目的。

本发明具有无与伦比的技术优势和核心价值，特点之一是：前所未有的采用龙卷风成因理论来指导规划设计，提增风速能量核心技术，从而消除高速工质流动时产生的乱流和涡流。由于采用新颖螺旋形规整板技术，当工质高速流动时，恰好进入分层旋转状层板，产生向心旋转力，在避免了乱流、涡流形成的同时，强化了风速能量的发挥，使效率大增。

特点之二是：采用非常规风动机创新技术，以多级串联能量多次利用来替代单级设置方式。当工质流从特殊的逐扩式管筒以80-100米/秒高速姿态流动时，第一级能量利用率是40%，而第二级可利用能量是剩余能量的40%，也就是进风总能量的22%左右，第三级风速仍然很高，在40米/秒左右，仍然可以利用的能量占总能量的10%左右。因此风能利用率之高是不言自明的。

特点之三是：采用优秀的水平面和背部龟背形造型特征原创性叶片技术，更加有利于动力转换，特别在三级的微风下也能正常启动，带动发电机满负荷运行发电。

特点之四是：运用新型复合材料和先进的制作工艺技术，使离心式发动机更具长寿命、重量轻、耐腐蚀、扭力大、强度高、运行稳定、不易损坏，是一款绿色电力制作的专职装备，从此填补国内外空白。

本发明一种狭管聚风离心式风力发动机是采用以下技术方案实现的：

一种狭管聚风离心式风力发动机包括对接筒体、前置法兰、流体进口、规整板A、固定环A、支撑件A、环形圈A、规整板B、固定环B、规整板C、固定环C、递级轴、支撑件B、泄风通道、环形圈B、叶片C、叶片B、叶片A、对接法兰、向心环A、向心环B、轴承A、轴承B、壳体A、壳体B、壳体C、轴座A和轴座B。前置法兰设置在对接筒体环向流体进口一头；对接筒体另一头设置有对接法兰，对接筒体通过对接法兰设置在壳体A上；支撑件A一头设置在环形圈A上，支撑件A另一头设置在轴座A上；支撑件B一头设置在环形圈B上，支撑件B另一头设置在轴座B上；递级轴上设置有叶片A、叶片B、叶片C；递级轴一头套装在轴承A上，另一头套装在轴承B上；轴承A设置在轴座A上；轴承B设置在轴座B上；规整板A设置在固定环A上；固定环A设置在对接筒体环向内壁上；规整板B一头设置在固定环B上，另一头设置在向心环A上；向心环A套装在递级轴上；规整板C一头设置在固定环C上，另一头则设置在向心环B上；向心环B间隔套装在递级轴上；壳体A、壳体B、壳体C通过对接法兰对接固定后，一头设置在支撑件A上，另一头设置在支撑件B上；泄风通道设置在壳体C后部；而流体进口则设置在对接筒体前部。通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的一种狭管聚风发电的离心式风力发动机。

所述的规整板A、规整板B和规整板C采用不锈钢、中碳钢、玻璃钢或铝合金及其他具有耐摩擦、强度高、耐腐蚀、不易变形等特性的板材制成。

所述的规整板A、规整板B、规整板C均向心布板，并顺时针方向成螺旋状，板与板之间的间隔为50-3000毫米，板的宽度为500-5000毫米，高度为200-15000毫米，亦可采用能更好地配合叶片的其他尺寸。

所述的叶片A、叶片B和叶片C采用玻璃纤维/环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维增强，亦可选择在低温下有更高的结构阻尼和更好的抗疲劳特征的高分子复合材料制成。

所述的叶片A、叶片B和叶片C正面成水平状，而背部成龟背状，二者之间以龙骨加强，经饰面材料饰面形成整体，特别能适应风动效应的叶片也是一种合理选择。

所述的叶片A、叶片B和叶片C采用二到三片为一组，而第一组与第二组之间间距为500-5000毫米，在递级轴上同时可安装一至五组。采用二组同轴安装是较合适的选择，当然选择三组同轴安装也是完全可行的。最大特征是采用逐组扩大状，第一组直径500-6000毫米，第二组直径800-10000毫米，往后以此类推，有利于泄风顺畅。

所述的递级轴采用金属材料通过一系列加工工艺制成逐段扩大的递级整轴，也可采用分级分段连接成空心递级轴。无论采用任何一种递级轴，特征是分段为2-5级，较优秀的是二级，当然选择三级也是完全可行的。

所述的壳体A、壳体B和壳体C是采用金属薄板弯制而成，也可采用玻璃纤维/环氧材料及其他具有耐高温、抗疲劳、耐摩擦特征的高分子复合材料也是一种可行的选择。

所述的壳体A、壳体B和壳体C采用逐级拼铆、焊接形成整体，也可采用分级分段通过法兰、螺丝、螺帽对接固定。无论采用任何一种方式，均以稳定、牢靠、坚固为目的。

所述的环形圈A和环形圈B采用耐腐蚀、强度高、耐摩擦、光洁度好的金属板材弯制成圆筒状，厚度5-30毫米，宽带50-6000毫米。可有利于提高使用寿命，降低流体黏挂。

工作原理：

当狭管聚风获得的高速风从对接筒体的流体进口内，以几十米/秒或上百米/秒的速度进入，受旋式规整板A的分层整合，在消除乱流和涡流的同时，产生强大的冲击力，近似龙卷风状冲击叶片A，叶片A在接受冲撞时产生爆发力带动递级轴顺时针方向启动并运转，余风从叶片与叶片之间的缝隙中穿过时，停留黏挂时间小于前部，因此带动背部龟背产生拽力，促使风能得到双重利用。在余风经过第二级规整板B时，螺旋造型又一次提升了旋转能力，在力量加速度的双重保障下，递级轴又一次获取了能量，圆满完成了风能转换到机械能的全过程，以此类推往复循环。作用后的尾风从泄风通道排出，回归大自然。而机械能通过发动机直接和发电机主轴联接而传递给发电机，由发电机转换为电能输出。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他目的、特征和优点将变得更为清晰。

图1是本发明一种狭管聚风发电的离心式风力发动机剖面图。

图中序号：1.对接筒体；2.前置法兰；3.流体进口；4.规整板A；5.固定环A；6.支撑件A；7.环形圈A；8.规整板B；9.固定环B；10.规整板C；11.固定环C；12.递级轴；13.支撑件B；14.泄风通道；15.环形圈B；16.叶片C；17.叶片B；18.叶片A；19.对接法兰；20.向心环A；21.向心环B；22.轴承A；23.轴承B；24.壳体C；25.壳体B；26.壳体A；27.轴座A；28.轴座B。

具体实施方式

参照附图1所示，本发明一种狭管聚风发电的离心式风力发动机是采用以下技术方案实现的：

一种狭管聚风发电的离心式风力发动机包括对接筒体1、前置法兰2、流体进口3、规整板A 4、固定环A 5、支撑件A 6、环形圈A 7、规整板B 8、固定环B 9、规整板C 10、固定环C 11、递级轴12、支撑件B 13、泄风通道14、环形圈B 15、叶片C 16、叶片B 17、叶片A 18、对接法兰19、向心环A 20、向心环B 21、轴承A 22、轴承B 23、壳体A 26、壳体B 25、壳体C 24、轴座A 27和轴座B 28。前置法兰2设置在对接筒体1环向流体进口3一头；对接筒体1另一头设置有对接法兰19；对接筒体1通过对接法兰19设置在壳体A 26上；支撑件A 6一头设置在环形圈A 7上，支撑件A 6另一头设置在轴座A 27上；支撑件B 13一头设置在环形圈B 15上，支撑件B 13另一头设置在轴座B 28上；递级轴12上设置有叶片A 18、叶片B 17、叶片C 16；递级轴12一头套装在轴承A 22上，另一头套装在轴承B 23上；轴承A 22设置在轴座A 27上；轴承B 23设置在轴座B 28上；规整板A 4设置在固定环A 5上；固定环A 5设置在对接筒体1环向内壁上；规整板B 8一头设置在固定环B 9上，另一头设置在向心环A 20上；向心环A 20套装在递级轴12上；规整板C 10一头设置在固定环C 11上，另一头则设置在向心环B 21上；向心环B 21间隔套装在递级轴12上；壳体A 26、壳体B 25、壳体C 24通过对接法兰19对接固定后，一头设置在支撑件A 6上，另一头设置在支撑件B 13上；泄风通道14设置在壳体C 24后部；而流体进口3则设置在对接筒体1前部。通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的一种狭管聚风发电的离心式风力发动机。

所述的规整板A、规整板B和规整板C采用不锈钢、中碳钢、玻璃钢或铝合金及其他具有耐摩擦、强度高、耐腐蚀、不易变形等特性的板材制成。

所述的规整板A 4、规整板B 8、规整板C 10均向心布板，并顺时针方向成螺旋状，板与板之间的间隔为50-3000毫米，板的宽度为500-5000毫米，高度为200-15000毫米，亦可采用能更好地配合叶片的其他尺寸。

所述的叶片A 18、叶片B 17和叶片C 16采用玻璃纤维/环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维增强，亦可选择在低温下有更高的结构阻尼和更好的抗疲劳特征的高分子复合材料制成。

所述的叶片A 18、叶片B 17和叶片C 16正面成水平状，而背部成龟背状，二者之间以龙骨加强，经饰面材料饰面形成整体，特别能适应风动效应的叶片也是一种合理选择。

所述的叶片A 18、叶片B 17和叶片C 16采用二到三片为一组，而第一组与第二组之间间距为500-5000毫米，在递级轴上同时可安装一至五组。采用二组同轴安装是较合适的选择，当然选择三组同轴安装也是完全可行的。最大特征是采用逐组扩大状，第一组直径500-6000毫米，第二组直径800-10000毫米，往后以此类推，有利于泄风顺畅。

所述的递级轴12采用金属材料通过一系列加工工艺制成逐段扩大的递级整轴，也可采用分级分段连接成空心递级轴。无论采用任何一种递级轴，特征是分段为2-5级，较优秀的是二级，当然选择三级也是完全可行的。

所述的壳体A 26、壳体B 25和壳体C 24是采用金属薄板弯制而成，也可采用玻璃纤维/环氧材料及其他具有耐高温、抗疲劳、耐摩擦特征的高分子复合材料也是一种可行的选择。

所述的壳体A 26、壳体B 25、壳体C 24采用逐级拼铆、焊接形成整体，也可采用分级分段通过法兰、螺丝、螺帽对接固定。无论采用任何一种方式，均以稳定、牢靠、坚固为目的。

所述的环形圈A 7和环形圈B 15采用耐腐蚀、强度高、耐摩擦、光洁度好的金属板材弯制成圆筒状，厚度5-30毫米，宽带50-6000毫米。可有利于提高使用寿命，降低流体黏挂。

本发明一种狭管聚风发电的离心式风力发动机具有卓越的技术和性价优势，具体如下：

1、充分运用“龙卷风”成因理论来指导规划设计，提升能力与功率最大化。

人们都知道龙卷风是一种难以预测的超自然现象，而且龙卷风是一种强烈的小范围的空气涡旋，是在极不稳定天气下由空气强烈对流运动而产生的，其风力可达12级以上，最大可达100米/秒以上。大自然中的龙卷风人类目前无法真正掌握，但这种龙卷风的原理极大地启发了人们，只要加以创造就可以获得。本发明充分运用龙卷风的能力与功率哲理，以航空理论作为先导，设计出完全符合龙卷风原理的旋翼规整板，在消除高速工质流动时产生的乱流和涡流同时，产生极强的惯性离心效应，强化了进入壳体内风速能量发挥，增强了风能到机械能的转换量，使效率大增。

2、采用非常规风动机创新技术，以组件串联逐扩方式来替代单级架构模式。

现有风力发电机的主力驱动件，如叶片式旋式转轮，当风吹来时，只能一吹而过，无法二次或三次以上利用，因此风能利用率低，元件易损坏，维护难是众所周知的。本发明以特有的逐扩管筒式结构，耦合多级串联叶轮方式，当几十米/秒到上百米/秒的高速风成螺旋状冲撞第一级叶轮时，将其中40%左右的能量转换成机械能，携带剩余能量的工质仍然快速前进，继续推动第二级叶轮同轴旋转，又转换了总能量的22%左右。当余风从泄风通道排出时，风速还有40米/秒，第三级叶轮仍可转换总能量的10%左右，因此风能的利用率突破了70%，是现存风力发电各类风力机的三倍以上。不难看出本发明离心式风力发动机的独特功效。必然成为未来狭管聚风发电的不二选择。

3、采用“飞机机翼”理论设计制造的，正面为水平面耦合背部龟板型，中间以龙骨加强的特征原创性叶片技术。

叶片作为主机启动动态受力点核心部件，有其较复杂的空气动力学、气动造型、黏性力、扭力矩、长效性等一系列技术问题。本发明吸收消化了“飞机机翼”气动造型理论，将阻风面设计为水平面，叶根成18-68°斜置时，更加有利于高速工质流黏挂、旋转，动力强劲。而背部龟背式造型，使得流经背部的气流速度加快，压强减少，加上管道壳体形态已经固定，所以驱使气流向压强小的方向流动，形成拽力。增加的龙骨支持起到了增强抗冲击力，即使是每平方米的撞击力有好几吨，也可若无其事，完全不必要采用大叶片来启动风机。在配合狭管聚风发电时，甚至在三级风，只有约5米/秒的风速下，本发明均能正常启动，带动发电机满负荷发电。

4、运用新型高分子复合材料耦合先进的制作工艺技术，为离心式发动机打下了良好的基础和创造了安全保障。

本发明叶片、叶轮和旋型规整板、递级动力轴、多级串联模式每一步均深含其物理学理论，特别又加强了人体工学理论应用，以强、轻、牢、长、免五字方针紧紧地环环相扣。一是强度高，每平方米可受力几吨以上；二是重量轻，采用耐温性、耐摩擦性能好的玻璃纤维材料耦合相同特性的环氧树脂复合；三是牢靠，稳定性好，拼装时一气呵成，严丝合缝；四是寿命长，正常运行寿命25年以上，衰竭寿命35年；五是免维护，平时加强观察，小毛小病及时处理，不需作整机维护。无论采用几级叶轮组成，每段均留有相当空间，工作人员进入时可做到无障碍行走，又可坏哪修哪。壳体可分段打开，又可整体打开，避免日后保养、维修时带来不必要的事故。

综上所述不难看出本发明具有独特的核心技术和优异的性价比，同时具备极佳配合狭管聚风发电的超强能力，从此填补了国内外空白。

Claims (10)

1.一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：包括对接筒体、前置法兰、流体进口、规整板A、固定环A、支撑件A、环形圈A、规整板B、固定环B、规整板C、固定环C、递级轴、支撑件B、泄风通道、环形圈B、叶片C、叶片B、叶片A、对接法兰、向心环A、向心环B、轴承A、轴承B、壳体A、壳体B、壳体C、轴座A和轴座B；前置法兰设置在对接筒体环向流体进口一头；对接筒体另一头设置有对接法兰，对接筒体通过对接法兰设置在壳体A上；支撑件A一头设置在环形圈A上，支撑件A另一头设置在轴座A上；支撑件B一头设置在环形圈B上，支撑件B另一头设置在轴座B上；递级轴上设置有叶片A、叶片B、叶片C；递级轴一头套装在轴承A上，另一头套装在轴承B上；轴承A设置在轴座A上；轴承B设置在轴座B上；规整板A设置在固定环A上；固定环A设置在对接筒体环向内壁上；规整板B一头设置在固定环B上，另一头设置在向心环A上；向心环A套装在递级轴上；规整板C一头设置在固定环C上，另一头则设置在向心环B上；向心环B间隔套装在递级轴上；壳体A、壳体B、壳体C通过对接法兰对接固定后，一头设置在支撑件A上，另一头设置在支撑件B上；泄风通道设置在壳体C后部；而流体进口则设置在对接筒体前部，通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的一种狭管聚风发电的离心式风力发动机。

2.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的规整板A、规整板B和规整板C采用不锈钢、中碳钢、玻璃钢或铝合金。

3.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的规整板A、规整板B、规整板C均向心布板，并顺时针方向成螺旋状，板与板之间的间隔为50-3000毫米，板的宽度为500-5000毫米，高度为200-15000毫米。

4.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的叶片A、叶片B和叶片C采用玻璃纤维/环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维增强，或选择在低温下有更高的结构阻尼和更好的抗疲劳特征的高分子复合材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的叶片A、叶片B和叶片C正面成水平状，而背部成龟背状，二者之间以龙骨加强，经饰面材料饰面形成整体。

6.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的叶片A、叶片B和叶片C采用二到三片为一组，而第一组与第二组之间间距为500-5000毫米，在递级轴上同时可安装一至五组，采用二组同轴安装，或三组同轴安装，采用逐组扩大状，第一组直径500-6000毫米，第二组直径800-10000毫米，往后以此类推，有利于泄风顺畅。

7.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的递级轴采用金属材料通过一系列加工工艺制成逐段扩大的递级整轴，或采用分级分段连接成空心递级轴，分段为2-5级。

8.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的壳体A、壳体B和壳体C是采用金属薄板弯制而成，或采用玻璃纤维/环氧材料及其他具有耐高温、抗疲劳、耐摩擦特征的高分子复合材料。

9.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的壳体A、壳体B和壳体C采用逐级拼铆、焊接形成整体，或采用分级分段通过法兰、螺丝、螺帽对接固定。

10.根据权利要求1所述的一种狭管聚风离心式风力发动机，其特征在于：所述的环形圈A和环形圈B采用耐腐蚀、强度高、耐摩擦、光洁度好的金属板材弯制成圆筒状，厚度5-30毫米，宽带50-6000毫米。

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