CN102953935A - 聚风塔式风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种聚风塔式风力发电系统，他有一个带有竖立的圆柱面的聚风塔。聚风塔可以将一系列小型风力发电机举高到适当的高度，同时聚风塔塔体的外形可以将吹向它表面的风流导向位于其圆柱面外侧的各小型风力发电机，可提高风力发电机的发电能力和有效运行时间。聚风塔式风力发电系统改变了一般小型风力发电机一台风力发电机用一条长立杆举高到空中的形式，可以大大节省用地，有更好的稳固性、安全性、和与周围环境的协调性，更适合安装于城市高层建筑的顶部，利用城市高层建筑顶部的风能。聚风塔可以形成密闭的空间，因此聚风塔可以用作居住、仓储、温室等。聚风塔有良好的结构强度，适合附着光伏电池板，与风力发电机形成风光互补系统。

Description

聚风塔式风力发电系统

一，技术领域：

本技术属于新能源发电技术领域。 

二，背景技术

自从人类200多年前开始步入工业化，化石能源越来越成为支撑工业化和城镇化发展的主要能源，在过去的200多年中较发达的国家消耗了大量的煤、石油、和天然气这些地球经过千百万年演化才生成的化石能源。化石能源在地球上的储量是有限的，近数十年随着人类对能源需求的不断增长，各种化石能源的价格不断的增长，同时人们也越来越担心化石能源会被人类很快消耗殆尽。 

各种化石能源不但可以作为能源使用，同时也是非常重要的化工原料。化石能源是不可再生的能源，将他们简单的作为燃料消耗掉会造成巨大的浪费。在化石能源的燃烧过程中，会排放大量的酸性气体、粉尘、二恶英、呋喃、重金属、排污水、和会对地球造成温室效应的气体等各种有害排放物。各种有害排放物对大气、土地、和水质造成污染，这会对人类的健康造成损害，给医疗保障体系造成极大的压力，会对水生物的生存造成威胁，会对粮食作物和植被的生长造成危害，会加快对人类各种设施的腐蚀。人类的气象记录显示进入工业化以后全球的气温已经显著的升高，燃烧化石能源所产生的巨量CO₂可能是引起全球气温升高的主要原因。全球气温升高会引起冰川融化，海平面升高，还会引起一系列我们无法预期的气候变迁，这可能会对人类的生存环境造成巨大的冲击。 

应用化石能源发电，主要的工艺是化石能源通过锅炉产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动蒸汽轮机，蒸汽轮机拖动发电机发电。在这个工艺过程中，系统所配备的冷却塔会消耗巨量的水资源。淡水对于今天的人类也是十分宝贵的资源。 

风力发电作为一种可再生的新型能源已经得到迅速的发展，风力发电的单位发电量成本已经降低到与燃烧化石能源的火力发电相当的水平。但是风力发电不会引起火力发电给人类生活环境带来的一系列巨大冲击。 

现在人们布置风力发电机时的最普遍的方式是选择风能密度高，全年有效风速时间长，土地价格便宜的风场布置越来越大型化的风力发电机。这样有利于利用高空的有较高风能密度的风能，充分的发挥风力发电机的效能，降低单位发电量的成本。但是我国大多数优质的风力发电场都位于较偏僻的地区，远离用电中心区域，需要配套输变电网络将发出的电力输送到用电区。风力发电的发电功率随着所处风场风速的变化而变化，较多的风力发电机集中在一些相对地域较小的风场内，风场内风速的波动会造成实际发电功率的不稳定，它给风力发电的上网带来很大的不便，也会造成大量的弃风情况的出现。 

经过多年的发展，风能发电在很多国家的能源结构中已经占有相当的比例，在西班牙和丹麦风能已占能源市场的20％，在德国风能占能源市场的10％。实际上适合作为风力发电场的优质高风能密度风场也是一种稀缺资源，随着风力发电市场的发展，风能密度高，适合安装大型风力发电机的场地会越来越少，这是很多大风力发电设备生产厂家所关注的问题。现在风力发电的一个发展方向是发展近岸的风力发电。但这种海上风力发电的设备、设备安装和维护费用都很高。风力发电的另外一个发展方向是为住宅区、村落、和工业企业建立小型风力发电站，到2011年全球已有50万台这类发电站。这类风力发电站从选址的风能密度来看不一定是最好的，但是它靠近用户端，所发电能可以直接供用户使用，超出用户所需的电量也可以向电网输送。这种风力发电站不是集中在少量的区域内，其分布可以较广，单一某地风力的大小对整体的实际发电功率的影响不大，对电网的稳定性影响很小。小型分布式风力发电可以靠近电网，很容易接入电网，它技术要求不高，投资不大，适合广大的中小型企业和个人投资和管理。对于无公共电网接入的地区，利用小型的风力发电机也可以提供比较方便的小容量供电。 

对于小型分布式风力发电的发展很关键的是如何适应不是很高的风力能量密度，如何降低单位发电量成本，如何保证风力发电装置使用中的安全性，如何保证风力发电装置不破坏与周围各种设施的协调性。如何节约这些地区的宝贵的土地资源。如何使设备的安装、使用、和维护方便。本聚风塔式风力发电系统就是要解决这些问题。 

三。发明内容

风力发电机是靠风力推动风力发电机的风轮，从而拖动发电机发电。吹到风力发电机风轮的风速在一年中不会是恒定的，一年中会有相当比率的时间风速会低于风力发电机的起动风速，这时风力发电机处于不工作状态，，靠近用户处的风场其年平均风速也未必很高，这严重的影响单位发电量的成本。 

在风场中风力发电系统所能吸收的风能决定于风场的风速，还决定于风力发电系统利用风能部分垂直于风向的截面积。例如风轮扫过的面积越大，吸收的风能越大。本聚风塔式风力发电系统是在基础平面向上竖立一个具有圆柱面的聚风塔，在聚风塔的外侧塔的直径两端从上到下布置两列小型风力发电机，风力发电机风轮受风面的方向都顺着聚风塔的切向并且方向相同。这两列风力发电机可以围绕着聚风塔圆柱面的轴线转动，使风力发电机风轮的受风面始终正面迎向风场中风的方向。在风场中，聚风塔的圆柱面和两列风力发电机风轮的受风面都正面迎着风，吹到聚风塔上的气流被圆柱面引导到位于聚风塔两侧的风力发电机，这就加大了两列风力发电机风轮受风面的风速，也就是将聚风塔受风面上的风能都聚集到风力发电机风轮的受风面，这就加大了风轮受风面上的风能密度。为了使风力发电机风轮和聚风塔很好的契合防止气流在风力发电机风轮和聚风塔之间的空隙中泄漏，在每一风力发电机风轮处装一个导风筒，导风筒可以随两列风力发电机绕聚风塔圆柱面的轴线转动，导风筒出风口的形状与风力发电机风轮契合，导风筒的进风口与聚风塔的外圆柱面契合，导风筒进风口的截面大于出风口的截面，这可以进一步的加大聚风的效果。为了简便也可以用导风板代替导风筒，导风板挡在风力发电机风轮与聚风塔圆柱面不完全契合的空隙部位防止气流的泄漏并将气流引导到风力发电机风轮受风面。 

普通风力发电机是由一个长立杆将风力发电机举高到空中，为了保持长立杆在强风作用下还具有足够的强度，往往还需要在长立杆顶端和地面之间用数条与地面倾斜的钢缆加固。如果应用小型风力发电机来获取较高的发电功率时，就需要安装较多的小型风力发电机以增加总的风力发电机风轮扫风面积，为了减少风力发电机之间在风场中的互相干扰还需要使他们之间具有适当的间隔，占地面积很大。 

将一系列的小型风力发电机布置在聚风塔侧面省了每一台小型风力发电机分别安装时所需的长立杆，聚风塔有较大的直径因此有较好的稳固性，多个风力发电机共同装在一个聚风塔上也可以节省很多土地资源。聚风塔的聚风和提高风能密度的效果可以减少所需布置的风力发电机的数量。风力发电机分别布置时，他被安装在长立杆的顶端，风力发电机安装时和维修时都很不方便，风力发电机布置在聚风塔侧面时，由于人可以通过聚风塔接近风力发电机因此安装、使用维护、和维修时都比较方便。 

从成本上看，与一般小型风力发电机相比聚风塔一方面可以减少所需布置的风力发电机的数量和风力发电机分别布置时所需的长立杆，但另一方面聚风塔本身也会增加一部分成本。控制好聚风塔的成本，或者充分的挖掘和利用好聚风塔的功能就能使聚风塔式风力发电系统具有非常好的技术和经济价值。聚风塔内部可以形成一个密闭的空间，这个密闭空间可以被利用作为人类的居住、仓储、生产、种养，和其他活动。例如在农场如将圆柱形的粮仓和聚风塔结合起来或将圆柱形住宅与聚风塔结合起来就可以大大的提高经济效益。如用玻璃、光伏电池/建筑幕墙、透明塑料、或其他透明材料做聚风塔的外壁，可以在聚风塔内部形成很好的温室环境，在温室内可以形成较适宜的温度、湿度、光照，和防风、防雪、防雨、防风沙、防病虫害的小环境，这在作为聚风塔的同时，也可以在聚风塔内部进行绿色无土栽培、花卉培植等经济活动，聚风塔的混凝土基础可以制成中空的结构作为存储水窖。利用滴灌系统在沙漠等干旱地区也可以保证比较稳定的灌溉。 

聚风塔可以用各种适合的材料制作，如用光伏电池板/建筑幕墙做聚风塔的外壁还可以与风力发电形成良好的风光互补发电系统。也可以在聚风塔的壁上附着柔性的光伏电池板以形成风光互补发电系统。如用非光伏电池板的透明材料制成聚风塔外壁也可以在聚风塔内壁侧悬挂光伏电池板，悬挂的光伏电池板还可以沿着聚风塔内壁的圆弧面滑动以追踪阳光的方向形成风光互补发电系统。聚风塔本身是一个比较稳固的结构，可以很好的抵御强风等的作用，因此可以简化光伏电池板的支架等附件，节省成本。 

现在将光伏发电和风力发电置于建筑顶面的“屋顶计划”受到世界很多国家的重视。聚风塔具有较好的外形，可以较好的与周围环境相协调。聚风塔比较稳固，可以比较安全、协调的安装于较大型建筑的顶端，既节省用地，又可以利用城市中较高层空间的风能，同时也靠近风能消纳端。在建筑的顶部装聚风塔式发电系统时可以选用各种适合的建筑材料制作聚风塔，如夹芯板等，而且可以很方便的将聚风塔内部的空间做有效的利用。但是考虑到在已建好的建筑上加建聚风塔，用较轻型材料做聚风塔的外壁这有利于降低聚风塔的重量，如选用棚布等柔性材料作为聚风塔外壁的材料，一方面可以减轻聚风塔外壁的重量和成本，另一方面在遇到很罕见的强风时可以很容易的将这类聚风塔外壁材料从聚风塔架上取下来，或将这类材料在聚风塔上聚拢成较小的受风面积，这有利于进一步的简化聚风塔的结构和降低聚风塔构架的重量，降低聚风塔的成本。 

输电线路和通信基站有大量的塔架，在这些塔架的适当部位用合适的材料围成竖直的圆柱体也可以利用作为聚风塔式风力发电系统的聚风塔。对于电信基站获得的风电供电可以作为电信基站的工作供电。 

四，附图说明

附图1是以小型水平轴风力发电机与聚风塔组合形成聚风塔式风力发电系统的方案。 

附图1中的1是聚风塔，可以用各种适合的材料制成。它的表面形状由竖立在基础平面上的圆柱形表面和圆柱形表面上部的顶盖组成，它是聚风塔式风力发电系统中的主要受力件，帮助将风力发电机举高到有较高风能密度的空中，同时它也将吹向它的正表面的风导向它的两个侧面从而使它的侧面部位的风能密度得到加强，见附图6，附图6是附图1的俯视图。 

附图1中的2是摆臂，它可以围绕聚风塔1顶部的摆臂心轴4回转，摆臂心轴4的轴线与聚风塔1圆柱面的轴线重合，因此也就是摆臂2可以围绕聚风塔1圆柱面的轴线回转而摆动到希望的方位。摆臂2两端与十字头6铰接，摆臂2的回转由附图2中的摆臂驱动轮20及摆臂驱动电动机21驱动，附图2是附图1的A向视图。摆臂2通过附图2中的摆臂驱动轮20和摆臂支承轮22支承在摆臂导轨3上，从而构成可以围绕聚风塔1圆柱面轴线回转的回转车架。 

附图1中的3是摆臂导轨，摆臂导轨3通过图2中摆臂导轨支架39支承在聚风塔的顶部。摆臂2通过附图2中的摆臂驱动轮20和摆臂支承轮22支承在摆臂导轨3上。摆臂导轨3围成水平的圆环状，其圆环中心与摆臂心轴4的轴线重合。 

附图1中的4是摆臂心轴，摆臂2可以以摆臂心轴4为回转中心旋转.摆臂心轴4的轴线与聚风塔1圆柱面的回转中心重合。 

附图1中的5是摆臂2与十字头6的铰接点，它允许十字头6和与十字头6铰接的挂臂7围绕十字头与摆臂铰接点5在聚风塔1的径向方向摆动。 

附图1中的6是十字头，它通过十字头与摆臂铰接点5和挂臂上铰接点8将摆臂2和挂臂7连接起来，使挂臂7可以在聚风塔1的径向方向和切线方向摆动。 

附图1中的7是挂臂，它的上部与十字头6铰接，挂臂7的下部与下摆架12铰接。位于摆臂2两端部的两挂臂7上从上至下布置两列小型风力发电机，见发电机及变速箱10和风力发电机风轮11。为使挂臂7及其上的风力发电机的重量落在挂臂下铰接点17和下摆架12及下摆架导轨15上，挂臂上铰接点孔9成长孔状，见挂臂上铰接点孔9，而挂臂下铰接点17为圆孔，见挂臂下铰接点17。当聚风塔1具有较好的结构强度，也可以制成挂臂7及挂臂7上安装的发电机及变速箱10、风力发电机风轮11、和导风筒19的重量通过十字头6、摆臂2、摆臂导轨3作用在聚风塔1的上部，这时需对图1中的十字头、挂臂上铰接点、和挂臂下铰接点作相应的改动见图7。在图7中挂臂上铰接点24为圆孔，挂臂下铰接点23为长型孔，挂臂7与十字头6铰接的挂臂上铰接点24位于十字头与摆臂的铰接点5的下方。 

附图1中的8是挂臂上铰接点，通过挂臂上铰接点8使挂臂7可以在聚风塔1的切向方向摆动。 

附图1中的9是挂臂上铰接点孔，附图1中的17是挂臂下铰接点，图1中挂臂上铰接点孔9是长孔，挂臂下铰接点17是圆形孔，挂臂下铰接点17承受挂臂7，及挂臂7上安装的发电机及变速箱10、风力发电机风轮11、及导风筒19的重量。当希望挂臂上铰接点承受挂臂7，及挂臂7上安装的发电机及变速箱10、风力发电机风轮11、及导风筒19的重量时，挂臂上铰接孔改为图7中24所示 的圆形孔，而挂臂下铰接点改为图7中23所示的长型孔，挂臂的上铰接点24位于十字头与摆臂的铰接点5的下方。 

附图1中10是发电机及变速箱，在两条挂臂7上的适当高度内由上至下安装两列由发电机及变速箱10，和风力发电机风轮11一起组成的小型风力发电机。在每条挂臂7上安装的小型风力发电机的台数可由聚风塔1的设计高度和风力发电机风轮11的尺寸，和最下面风力发电机的安装高度决定。 

附图1中11是风力发电机的风轮，它们与发电机及变速箱10一起构成小型风力发电机，被安装在挂臂7上，两挂臂7上各风力发电机的风轮11的方向相同，指向聚风塔1圆柱面的切向方向。风力发电机、挂臂7、导风筒19跟随摆臂2、及下摆架12随着风向的变化而在图2所示摆臂驱动马达21和图1中所示下摆架驱动马达14的驱动下而摆动，使风力发电机风轮11的受风面朝向来风的方向。风场中的来风和经聚风塔1导流的较高风能密度的风叠加流经风力发电机风轮11，使风力发电机经常可以在较高输出功率状态下工作。 

附图1中12是下摆架。它通过附图1中下摆架驱动轮13、下摆架支承轮16支承在下摆架导轨15上，构成可以围绕聚风塔1圆柱面轴线回转的回转车架。下摆架导轨15成圆环形，其圆环的轴线与聚风塔1圆柱面的轴线重合。下摆架12可以在下摆架驱动轮13及下摆架驱动马达14的驱动下绕聚风塔1的圆柱面回转。 

附图1中13是下摆架驱动轮。下摆架驱动马达14通过下摆架驱动轮13驱动下摆架12以调整下摆架12的回转方位。 

附图1中14是下摆架驱动马达。它可以通过下摆架驱动轮13调整下摆架12的回转方位。 

附图1中15是下摆架导轨。下摆架导轨15成圆环状，其回转中心轴线与聚风塔1圆柱面的轴线重合，下摆架12通过下摆架驱动轮13和下摆架支承轮16支承在下摆架导轨15上。下摆架导轨15可以通过图3所示下摆架导轨支架38固定在基面上，也可以通过下摆架导轨支架38固定在聚风塔1圆柱面的一定高度上。如固定在聚风塔1圆柱面的一定高度上，这需要聚风塔1具有较高的结构强度，它更有利于管理人员方便的从基面进入聚风塔1的内部开展各种活动，也可以减少挂臂7的长度。 

附图1中16是下摆架支承轮。下摆架支承轮16和下摆架驱动轮13共同将下摆架12支承在下摆架导轨15上。 

附图1中17是挂臂下铰接点。摆臂2及下摆架12分别通过挂臂上铰接点8和挂臂下铰接点17带动挂臂7绕聚风塔1圆柱面回转，使挂臂7保持垂直状态，并且使安装在挂臂7上的风力发电机风轮11的受风面保持对准来风方向。 

附图1中18是柔性密封板。柔性密封板18安装在挂臂7及导风筒19上，用以防止风流沿聚风塔1圆柱面外侧处的间隙泄漏。加装柔性密封板18可以减小对聚风塔1的形状和聚风塔式风力发电系统各部分之间的相对安装精度要求。 

附图1中19是导风筒。风力发电机风轮11旋转时扫过的面积是圆形，与聚风塔1圆柱面的素线不能很好的契合。通过导风筒19可以使风力发电机风轮11与聚风塔1很好的契合，防止风流的泄漏。导风筒19的进风口为方形，可以与聚风塔圆柱面很好的契合。导风筒19出风口为圆形，可以与风力发电机风轮11很好的契合。 

附图2是附图1的A向视图，图中20是摆臂驱动轮。摆臂驱动马达21通过摆臂驱动轮20调整摆臂2的回转方位。摆臂驱动轮20与摆臂支承轮22一起将摆臂2支承在摆臂导轨3上。 

附图2是附图1的A向视图，图中21是摆臂驱动马达。摆臂驱动马达21通过摆臂驱动轮20驱动摆臂2，调整摆臂2回转的方位。 

附图2是附图1的A向视图，图中22是摆臂支承轮。摆臂支承轮22与摆臂驱动轮20一起将摆臂2支承在摆臂导轨3上。 

附图7是挂臂7将垂直负荷作用在挂臂上铰接点的结构形式，图中23是挂臂下铰接点孔，24是挂臂上铰接点。挂臂7的挂臂上铰接点24处的孔是圆孔，挂臂下铰接点孔23是长型孔。 

附图2是附图1的A向视图，附图1及附图2中的25是摆臂导轨夹紧轮，26是弹簧A，27是摆杆A，28是摆杆A铰接点。弹簧A 26通过摆杆A 27及摆杆铰接点28给摆臂导轨夹紧轮25一个夹紧力，使摆臂驱动轮20与摆臂导轨3间产生一个合适的附加正压力，使摆臂2在摆臂驱动轮20驱动调整方 位时，在摆臂驱动轮20和摆臂导轨3间有足够的摩擦力，以克服风压的干扰。在摆臂2的方位非调整期间，摆臂驱动轮20和摆臂导轨3间的摩擦力和摆臂驱动马达21的减速机构的逆向驱动自锁作用可以防止摆臂2在风压的扰动下移位。 

附图3是附图1的B-B向视图，附图1及附图3中的29是下摆架导轨夹紧轮，30是弹簧B，31是摆杆B，32是摆杆B铰接点。弹簧B 30通过摆杆B 31及摆杆B铰接点32给下摆架导轨夹紧轮29一个夹紧力，使下摆架驱动轮13与下摆架导轨15间产生一个合适的附加正压力，使下摆架12在下摆架驱动轮13驱动调整方位时，在下摆架驱动轮13和下摆架导轨15间的有足够的摩擦力，以克服风压的干扰。在下摆架12的方位非调整期间，下摆架驱动轮13和下摆架导轨15间的摩擦力和下摆架驱动马达14的减速机构的逆向驱动自锁作用可以防止下摆架12在风压的扰动下移位。 

附图5是附图1的D-D向视图，附图1及附图5中的33是扣底轮。数个扣底轮33安装在下摆架12上，扣底轮33在下摆架导轨15的底部扣住下摆架导轨15，防止下摆架驱动轮13和下摆架支承轮16脱离下摆架导轨15。 

聚风塔式风力发电系统在工作过程中随风向的变化而调整摆架12和摆臂2的回转方位，使挂臂7趋于垂直和挂臂7上的风力发电机的风轮的受风面指向风场中的来风方向。 

附图2是附图1的A向视图，附图4是附图1的C-C剖视图，附图1、附图2、和附图4中的34是风标，35是下部方位感知孔，下方位感知孔35均匀的分布在下摆架导轨15的整个圆周上，36是接近传感器K1，37是接近传感器K2，40是接近传感器K3，41是接近传感器K4，42是上部方位感知孔，它均匀的分布在上部的摆臂导轨3的整个圆周上。风标34、下部方位感知孔35、接近传感器K1 36，接近传感器K2 37、接近传感器K3 40、接近传感器K4 41、上部方位感知孔42、和电子控制系统一起构成一种可供选择的回转方位控制系统。风标34检测风场中风向的角度方位信号。接近传感器K1 36和接近传感器K2 37水平并排布置，在聚风塔式风力发电系统工作过程中将他们顺时针或逆时针扫过的下部方位感知孔35的信号传给电子控制系统并进行累计，从而检测下摆架12所处的角方位和下摆架12围绕聚风塔1旋转的圈数的累计值。接近传感器K3 40和接近传感器K4 41水平并排布置，在聚风塔式风力发电系统工作过程中将他们顺时针或逆时针扫过的上部方位感知孔42的信号传给电子控制系统并进行累计，从而检测摆臂2所处角方位和摆臂2围绕聚风塔1旋转的圈数的累计值。通过电子控制系统比较风场中风向的角方位值、下摆架12的角方位值、和摆臂3的角方位值分别控制下摆架驱动马达14和摆臂驱动马达21的停/起，和旋转方向，使下摆架12和摆臂2的方位角与风场中风的方向趋于一致，并且控制下摆架12和摆臂2的方位角差不超过限定值。风力发电机的动力电缆和控制信号电缆从中空的摆臂心轴4穿过进入聚风塔1内部，当风力发电机在同一方向绕聚风塔1一定圈数时则控制摆臂驱动马达21和下摆架驱动马达14驱动摆臂2和下摆架12带动风力发电机绕聚风塔1反向回转直到风力发电机回到中间位置。 

附图1中的43是风向舵，44是中位行程开关K5，45是中位行程开关触点，46是极限行程开关K6，47是极限行程开关K7。风向舵43安装在摆臂2上随摆臂2回转，感知风场中风向方位角与摆臂2所处方位角的差异。极限行程开关K6 46，中位行程开关K5 44，极限行程开关K7 47安装在下摆架12上。中位行程开关触点45位于挂臂7上，当挂臂7位于垂直位置时，中位行程开关触点45触发中位行程开关K5 44。风向舵43、极限行程开关K6 46、中位行程开关K5 44、中位行程开关触点45、极限行程开关K7 47、和电子控制系统共同构成一套可供选择的摆臂2和下摆架12所处角方位控制系统。风向舵43感知风场中风向方位角与摆臂2所处方位角的差异，同时通过极限行程开关K6 46、中位行程开关K5 44、和极限开关K7 47检测挂臂7是否由于摆臂2与下摆架12角方位误差太大而偏离允许的垂直度值，在保证挂臂7的垂直度在允许值的范围内的情况下，也就是保证摆臂2的方位角与下摆架12的方位角在允许范围内的情况下，控制摆臂驱动马达21和下摆架驱动马达14的停/起，和旋转方向使摆臂2的方位角与风场中风向的方位角趋于一致。 

附图8是以小型垂直轴风力发电机与聚风塔组合构成聚风塔式风力发电系统的方案。它与附图1所示以小型水平轴风力发电机与聚风塔组合构成聚风塔式风力发电系统的方案相比主要区别在于在挂臂7上安装垂直轴风力发电机而不是安装水平轴风力发电机。 

附图8中48是垂直轴风力发电机风轮.垂直轴风力发电机风轮48与垂直轴发电机及变速箱49- 起垂直安装在挂臂7上.垂直轴风力发电机风轮48和垂直轴发电机及变速箱49可以是一对一成套配置，形成单套的垂直轴风力发电机，也可以将数个垂直安装的垂直轴风力发电机风轮48通过数个联轴节50串联起来，垂直轴发电机及变速箱49的数量也可以与垂直轴风力发电电机风轮48的数量不一样，可以是每个挂臂7上安装一个垂直轴发电机及变速箱49，也可以是安装数个垂直轴发电机及变速箱49，垂直轴发电机及变速箱49与垂直轴风力发电机风轮48通过联轴节50串接起来。当每个挂臂7安装了多于1个垂直轴发电机及变速箱49并且与同挂臂上的垂直轴风力发电机风轮48全部通过联轴节50串接起来时，在风场中风力较小时可以切断其中数个垂直轴发电机及变速箱49的电力输出，形成较多垂直轴发电机风轮48拖动较少垂直轴发电机及变速箱49的情况，保证系统仍可发电。在聚风塔式风力发电系统中安装的垂直轴风力发电机风轮48、发电机及变速箱49、及联轴节的数量由聚风塔的设计高度和和各部件的轴线尺寸确定。 

附图8中49是垂直轴发电机及变速箱。垂直轴发电机及变速箱49与垂直轴风力发电机风轮48一起垂直安装在挂臂7上。垂直轴发电机及变速箱48与垂直轴风力发电机风轮48可以是一个对一个串联起来形成风力发电机单元。也可以是一个或数个垂直轴发电机及变速箱49与数个垂直轴风力发电机风轮48串联起来形成一个同转速和同相位的回转整体。 

附图8中50是联轴节。数个联轴节50将安装在每个挂臂7上的一个或多个垂直轴发电机及变速箱49与一个或数个垂直轴风力发电机风轮48串接起来。 

附图8中51是导风板。导风板51安装在挂臂7上，它们安装在非垂直轴风力发电机风轮48的部位，防止风流的泄漏并且将风流引导到垂直轴风力发电机风轮48部位。 

附图8中52是柔性密封板。柔性密封板52被安装在挂臂7与聚风塔1圆柱面之间，补偿系统制造和安装过程中的误差，防止风流经这个部位泄漏。 

附图9相对于附图1以导风板53代替了导风筒19，54是柔性密封板。导风板53封闭住风力发电机风轮11与聚风塔1之间不契合的空隙并将风流导向风力发电机风轮11。 

当计划在每条挂臂上安装的风力发电机较少时，可以如附图10所示挂臂56直接与摆臂55连接，系统不设下摆架和下摆架导轨。摆臂55通过支承轮支承在摆臂导轨3上，构成可以围绕聚风塔1圆柱面轴线回转的回转车架。 

当系统不允许以摆臂从聚风塔顶部支承挂臂并且在每条挂臂安装的风力发电机较少时，可以如附图11所示。附图11中的57是摆架，58是挂臂，59是摆架导轨，60是摆架支承轮。挂臂58与摆架57连接，摆架57由摆架支承轮60支承在摆架导轨59上，构成可以围绕聚风塔1圆柱面轴线回转的回转车架，摆架导轨59支撑在聚风塔1上。摆架57回转方位的调整可以如附图1中下摆架部分所示的由驱动马达和驱动轮调整，也可以采取附图11中61所示的风舵调整，当风力发电机风轮11的受风面不是对正风场中的来风时，作用在风舵61上的风压自动调整摆架方位使风力发电机风轮11的受风面对正来风。当聚风塔高度足够高时，可以通过上下排列的多层摆架57和多层摆架导轨悬挂多层的挂臂58从而安装多层的风力发电机。风力发电机可以是水平轴风力发电机，也可以是垂直轴风力发电机. 

附图12比较附图10是摆臂完全通过轴承支承在摆臂心轴的方案，他没有摆臂导轨。图中61是风舵，62是摆臂，63是摆臂心轴，64是挂臂。摆臂62的回转方位可由作用在风舵61上的风压自动调节，电缆经中空的摆臂心轴63处的滑环集流器连接发电机和聚风塔内部的其他电器装置。摆臂62通过轴承支承在摆臂心轴63上，构成可围绕聚风塔1圆柱面轴线回转的回转小车。摆臂心轴63需要承受摆臂62对其作用的垂直方向的力、水平方向的力和弯矩，因此须有较高的强度。挂臂64与摆臂62相连，风力发电机安装于挂臂64上。 

为了充分的利用聚风塔的支撑作用还可以在聚风塔的顶部等部位加装风力发电机。 

本技术可以达到如下的效果： 

1.他是一种利用可再生能源的发电形式，可以有效地减少化石能源占人类能源消耗中的比例，减少对空气、水源、土地等方面的污染。 

2.它相对火力发电不需要消耗大量的水资源。 

3.他不会生成温室气体，对我们的气候环境造成冲击。 

4.它可以将风能聚集，提高风能的密度，能很好的利用较低风能密度地区的风能。经风能聚集，吸收风场中同样迎风面积的风能时可以布置较少的风力发电机，降低成本。当风能密度太低无法驱动一般的风力发电机运转发电时，经本系统的聚风作用后仍可以驱动风力发电机工作，延长风力发电的有效运行时间。 

5.他很适合分布式发电系统，它可以布置在靠近电力消纳用户处，这些区域风能密度不一定很高，但可以具有分布式发电系统接入电网方便、成本低、对电网运行影响小的优点。 

6.风力发电机布置在聚风塔侧，很容易通过聚风塔接近，风力发电机的安装和日常检修维护很方便。 

7.聚风塔内部的空间可以作为居住环境，也可以作为农场等的储仓等加以利用。 

8.可以利用光伏电池板/建筑幕墙作为聚风塔的外壁，或将柔性光伏电池板附着到聚风塔的外壁，形成风光互补发电系统。 

9.当聚风塔用透明材料制成时，可以在聚风塔内布置光伏电池板，形成具有很好的风、光互补性的发电系统。 

10.当聚风塔外壁材料具有适当的透光性和保温性能时，能在聚风塔内形成良好的温度，湿度，和光照的小环境，可以作为很好的温室开展高附加值的种养，花卉养植，和无土栽培等经济活动。如在比较寒冷、干旱地区的城市周围布置一批这种发电系统，它本身可以是一个很好的景观和环境保护普及的教育样本，同时它也可以通过在温室内栽培花卉在寒冷的冬季也可以为市民提供一个难得的空中立体、绿色景观。在学校建这种发电系统，可以获得一个很好的风能发电、太阳能发电、生物、和节水科技等方面的教学基地，它的占地面积很少。在沙特等这样有较好的风能和光能资源密度的沙漠地区安装聚风塔式风力发电系统既可以获得便宜的电力，又可以提供难得的适于栽培的局部小环境，在短暂的雨季中的降水也可以储存起来得到良好的利用，为居民提供难得的绿色景观和新鲜蔬菜供应。 

11.现在在城市的屋顶安装风能发电装置和太阳能发电装置已经受到人们的重视，它在一些国家已经作为屋顶计划提了出来，在屋顶安装风力发电机和光伏发电系统可以不占用城市周边的宝贵土地又可以靠近用户。常见的风力发电机是在一个立杆的顶部安装一个风力发电机，将这种风力发电机安装在建筑的顶上在安全性上和与城市及建筑的景观协调性上都不利，它工作时的噪音也会影响到建筑内的人员。聚风塔式风力发电系统它具有较好的外形，可以较好的与周围环境相协调，他的塔状结构很稳固和安全性较好，它的风轮被罩在导风筒内可以起到较好的隔音的效果。 

在建筑的顶面上如果有圆柱状的塔楼，它可以作为很好的聚风塔，如果塔楼的形状不是圆柱状，可以利用塔楼的稳定性在他周围围出一个圆柱状的聚风塔，这个聚风塔可以很轻便、简单、和低成本，如不希望遮挡住塔楼可以在聚风塔的外壁采用透明材料。在屋顶经常会布置有电梯机房和水池等设施这些设施都会高于楼顶面，他们也是构筑聚风塔的优选部位。在建筑顶面的空旷的区域也可以用构架构筑出聚风塔。为了减少聚风塔的重量可以尽量选用较轻质的外壁材料。如选用棚布等柔性材料作为聚风塔的外壁，在台风等强风时间可以将柔性外壁材料摘除或将柔性外壁在聚风塔上聚拢捆扎在一起，以减小风压的作用，如此可以减轻聚风塔构架的重量。 

12.各种电力输送线路塔架、各种无线通信基站塔架都很适合被利用来围闭成聚风塔。 

Claims (3)

1.聚风塔式风力发电系统，其特征在于它有一个外形带有竖立的圆柱面的聚风塔，有可以围绕聚风塔圆柱面轴线回转的回转车架，风力发电机安装在挂臂上，挂臂支承在回转车架上，回转车架可以带动风力发电机绕聚风塔圆柱面的外侧面回转。

2.根据权利要求1所述的聚风塔式风力发电系统，其特征在于安装于挂臂上的风力发电机是水平轴式风力发电机。

3.根据权利要求1所述的聚风塔式风力发电系统，其特征在于安装于挂臂上的风力发电机是垂直轴式风力发电机。

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