CN103161672B - 涡轮涡扇发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮涡扇发电系统，该系统包括：送风漏斗(020)、涡轮涡扇(400)、涡轮涡扇安装结构、发电机组件和控制装置。涡轮涡扇(400)通过传动装置带动发电机(140)转动，风能通过送风漏斗(020)进风，其中涡轮涡扇(400)是由若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装于轮毂的叶片组装而成，其优点是，结构简单、成本低，通过发电机组件达到一定的运转速度，从而最有效的利用风能，即可实现风能发电，节能环保、物尽其用。

Description

涡轮涡扇发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，尤其为一种涡轮涡扇发电系统。 

背景技术

我国近些年来出现了大面积“拉闸限电”现象。造成电力供应紧张的原因既有经济快速增长，高耗能产业急速发展的因素，也有能源结构不合理，新能源、可再生能源开发不足方面的因素。中国目前的电力供应主要以水力发电和火力发电为主，一旦干旱严重或煤炭供应紧张，电力供应就会受到很大的影响。而风能作为一种重要的可再生能源，取之不尽、用之不竭，因而风力发电技术在国内外受到了极大的重视。 

由于自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不稳定的特性，因此风力发电存在功率调节、变速运行、对风调节和变浆距等问题。由于在地面上利用太阳能要受到大气层衰减的影响，还要受阴晴天、日出日落、地理位置等影响，因此太阳能的利用率较低，而且能量不平衡。 

为此，本申请的发明人针对上述传统技术的缺陷，通过本申请特提出有效的解决方案。 

发明内容

本发明目的是，提供一种涡轮涡扇发电系统，解决不同风力下都能够发电的，涡轮涡扇制造、运输、安装所面临的难题。 

本发明的工作原理：自然风通过高压强力送风机经送风漏斗输送，输送进来的风带动涡轮涡扇随着风一起转动，同时滚轮会在运行轨道上滚动运行，而与涡轮涡扇连接的大齿圈会随着涡轮涡扇一起转动，那么与大齿圈啮合的小齿轮就会高速转动，达到发电机组需要的转速时发电机开始发电。另外该发电设备外置于一静止叶片筒内，使底层风沿着该筒壁螺旋上升到下一组涡轮涡扇发电装置中。 

为实现上述目的，本发明解决的主要技术问题是，第一，采用涡轮涡扇设计，涡轮涡扇由若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装于轮毂的叶片组装而成，涡轮涡扇置于一静止叶片筒内，该静止叶片筒内壁装有若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装的叶片，从而可以使风沿着叶片角度流动，就会形成像龙卷风一样向上呈75°角旋转上升的高速热气流；第二，涡轮涡扇的安装结构中的运行轨道保证了涡轮涡扇在风的作用下进行转动，同时涡轮涡扇对轨道圆心内部有一定的向心角度，就会使涡轮涡扇在轨道上向心做圆周运动，不会走直线或向其它方向运行；第三，与涡轮涡扇连接的大齿圈会随着涡轮涡扇一起转动，从而带动与大齿圈相啮合的小齿轮高速转动，当达到发电机组需要的转速时发电机开始发电。 

本发明技术方案是，所给出的涡轮涡扇发电系统构成包括：涡轮涡扇、涡轮涡扇的安装结构、发电机组和控制装置。涡轮涡扇通过大齿圈与小齿轮啮合，小齿轮轴同轴依次还装有圆柱体动力分配器、变速器、高压电磁助力器和发电机，当小齿轮运转速度达到发电机组需要的转速时发电机开始发电；当小齿轮运转速度较低时，高压电磁助力器可以起到助力的作用，从而带动发电机来发电。 

上述技术方案中，所述涡轮涡扇结构包括内叶片、外叶片、涡轮涡扇主体。所述内叶片螺旋扭曲焊接在涡轮涡扇主体的内壁；外叶片螺旋扭曲焊接在涡轮涡扇的外壁，且所述内叶片和外叶片与水平面呈75°夹角。扭曲是为了使叶顶至叶根处扬程相等，避免涡流损失。因为当叶轮旋转时，由于沿半径方向的线速度不同，为了得到同样的扬程，沿半径方向叶片各截面的安装角不相等，愈接近外缘其安装角就愈小，因此，叶片呈扭曲状。本涡轮涡扇充分利用风能运动，利用从中心到外围转速递增的涡流使流体风自动从涡流中心区吸入涡流中， 利用涡流中心产生吸力，将送风机送来的风向上提升，促使发电机发电。 

优选的是，所述涡轮涡扇为风力发电叶轮。本发明的涡轮涡扇不仅适于风向不同环境，也适于风力比较小的环境中，将更多的风能转换为机械能，进而转换为电能。 

优选的是，所述涡轮涡扇的主体为圆筒，该圆筒有一定的厚度，便于内外叶片的焊接。 

优选的是，所述涡轮涡扇的主体内外都装有叶片。外叶片将送风机抽送来的风汇集于涡轮涡扇的内部；内叶片将汇集风抽送到上空。 

优选的是，所述涡轮涡扇的叶片在2°-5°螺旋角之间扭曲地安装于主体壁上，总体呈螺旋上升趋势。 

优选的是，所述涡轮涡扇的叶片根据进入涡轮涡扇的气流量不同来定其数量，一般以内外比例为1∶2。 

优选的是，所述涡轮涡扇的内外叶片配置不同，内外叶片的分布有相对的和错开的。保证了更有效的接受风能。 

优选的是，所述涡轮涡扇中内部有9个叶片，外部有18个叶片，由于内外叶片配置不同，所以它们的分布有相对的，有错开的。这样减少了风能的损失，保证了更多的风被提升到上空。叶片数量乃是该发明的最佳数量，当然我们也可以根据实践需要增加或减少叶片的数目，内叶片可以选择6片或7片或9片或10等，外叶片可以对应根据内叶片的增加而增加，内叶片的减少而减少。 

优选的是，所述涡轮涡扇中的叶片展开平后为长方形。当然我们也不排除其他的形状叶片，如： 

倒宽卵形-长宽近相等，最宽处近上部的叶形(如玉兰)； 

圆形-长宽近相等，最宽处近中部的叶形(如莲)； 

宽卵形-长宽近相等，最宽处近下部的叶形(如马甲子)； 

倒卵形-长约为宽的1.5～2倍，最宽处近上部的叶形(如栌兰)； 

椭圆形-长约为宽的1.5～2倍，最宽处近中部的叶形(如大叶黄杨)； 

卵形-长约为宽的1.5～2倍，最宽处近下部的叶形(如女贞)； 

倒披针形-长约为宽的3～4倍，最宽处近上部的叶形(如鼠曲草)； 

长椭圆形-长约为宽的3～4倍，最宽处近中部的叶形(如金丝梅)； 

披针形-长约为宽的3～4倍，最宽处近下部的叶形(如柳)； 

线形-长约为宽的5倍以上，最宽处近中部的叶形(如沿阶草)； 

剑形-长约为宽的5倍以上，最宽处近下部的叶形(如石菖蒲)，至于为其它形状的，尚有三角形、戟形、箭形、心形、肾形、菱形、匙形、镰形、偏斜形等。 

优选的是，所述涡轮涡扇的叶片均匀分布。内叶片均匀地安装在主体内壁上，外叶片均匀地安装在主体外壁上。 

优选的是，所述涡轮涡扇的内外叶片与水平面呈75°-80°夹角，当涡轮涡扇发生转动时将送风机送来的风转变成像龙卷风一样一致的旋转上升的热气流，急速提升到上空。 

上述方案中，所述涡轮涡扇的安装结构，其包括运行轨道、涡轮涡扇、黄油固定圈、大齿圈，所述涡轮涡扇由运行轨道上的柱销托起，涡轮涡扇上平面装有黄油固定圈，黄油固定圈通过螺栓组连接了大齿圈；所述运行轨道包括轨道、柱销、滚轮支架；所述轨道由轨道外侧凹面、轨道内侧凹面、轨道上凹面、轨道上支撑沿、轨道下支撑沿组成；所述涡轮涡扇由涡轮主体、内叶片、外叶片组成。 

优选的是，所述运行轨道由三段阶梯式的圆弧形轨道组成的圆周轨道。分成三段阶梯式，当托运和安装时都很方便，同时可以简单轻巧的将装有滚轮的滚轮支架卡在轨道上。每段圆弧形轨道做成阶梯形式后用若干螺栓组组连接将阶梯式的三段安装成一个整圆轨道，进而安装简单易行而且满足了动力运转的需求。 

优选的是，所述涡轮涡扇由运行轨道的柱销托起，该柱销的上端面为圆平面。 

优选的是，所述运行轨道内装有滚轮，该滚轮为锥形圆柱滚轮，锥形滚轮中间装有一滚轮轴，滚轮轴安装于侧面开有小孔的圆孔中， 进而将锥形圆柱滚轮安装于滚轮支架上。 

优选的是，所述运行轨道设有轨道上凹面，锥形圆柱滚轮的圆柱面与轨道上凹面接触，保证了锥形圆柱滚轮平稳的沿着轨道运行。 

优选的是，所述锥形圆柱滚轮的两头为圆锥面，中间为圆柱面，进而减少了该圆柱面与轨道上凹面的接触面积，降低了圆柱面与轨道上凹面的摩擦力，使滚轮在轨道凹面上运行的更加顺利平稳。 

优选的是，所述运行轨道的内侧面和外侧面均为凹形面，滚轮内侧凸面为一圆弧面，并且该圆弧面的圆心与轨道的圆心同心，滚轮支架内侧凸面卡在凹形面上，涡轮涡扇转动时就不会脱离轨道，也不会当风力很大时随风一起向上运动，同时滚轮对轨道圆心内部有一定的向心角度，进而使滚轮在轨道上向心做圆周运动，不会走直线或向其它方向运行。 

优选的是，所述黄油固定圈通过螺栓组连接安装于涡轮涡扇的上平面；黄油固定圈通过螺栓组连接了大齿圈，并且黄油固定圈内部注入了黄油，当涡轮涡扇发生运转时起到润滑、防锈的作用。 

在上述技术方案中，所述电机组件若干，每一电机组由小齿轮、齿轮轴轴承、多柱体动力分配器、变速器、高压电磁助力器和Nkw永磁发电机组成。小齿轮与齿轮轴固定连接，小齿轮与大齿圈呈外啮合，此外小齿轮轴同轴还依次装有圆柱体动力分配器、变速器、高压电磁助力器和发电机。 

上述技术方案中，所述电机组件各部件的作用为：当小齿轮轴随齿轮旋转时产生扭力，圆柱体动力分配器起到减小扭力，以防该轴扭断；风力大小不同，用变速器来自动调速，使发电机平稳发电；风力比较小的时候，安装在转动轴上得高压电磁助力器起到助力的作用。 

在上述技术方案中，所述电机组件和控制装置安装在静止叶片内壁的固定架上。控制装置由启动器和电磁制动器组成。该电磁制动器安装于大齿圈内壁，在涡轮涡扇需要停止的时候打开电磁制动器，电 磁制动器产生磁力将大齿圈吸合起到制动的作用；该启动器安装于小齿轮轴上，当小齿轮转动带动大齿圈转动时帮助涡轮涡扇启动。 

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，其中： 

图1所示为按照本发明的涡轮涡扇风力发电系统的一优选实施例的结构示意图； 

图2所示为送风漏斗剖面图； 

图2-1所示为送风漏斗俯视图； 

图3A所示为按照本发明的涡轮涡扇风力发电结构一优选实施例的示意图； 

图3B所示为按照本发明的涡轮涡扇风力发电结构实施例二的示意图； 

图3-1所示为图1的一优选实施例的结构俯视图； 

图3-2所示为图1的一优选实施例的结构侧视图； 

图4所示为图1组装件的立体图； 

图4-1所示为图1组装件的侧视图； 

图5所示为涡轮涡扇的立体图； 

图6所示为运行轨道的立体图； 

图6-1所示为运行轨道的图视图； 

图7所示为静止叶片的立体图； 

图7-1所示为静止叶片的剖视图。 

图中标注说明：混凝土墙体010，送风漏斗020，高压送风机021，送风管道022，漏斗023，混凝土基台100，固定螺栓200，运行轨道300，涡轮涡扇400，运转齿圈500，黄油固定圈600，电磁制动器700， 齿轮轴轴承800，小齿轮900，多柱体动力分配器110，变速器120，高压电磁助力器130，Nkw永磁发电机140，固定架150，静止叶片160，启动器170，倒杆制动器180，大轴承190，中心轴210，滚轮支架内侧凸面301，滚轮支架302，柱销303，锥形圆柱滚轮304，滚轮轴305，滚轮306，轨道内侧凹面307，轨道上凹面308，轨道上支撑沿309，轨道外侧凹面310，轨道下支撑沿311，轨道312，外叶片401，涡轮涡扇主体402，内叶片403，主体内壁404，主体外壁405，主体上平面406，主体下平面407。 

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明的实施例。 

实施例一：本实施例为一种涡轮涡扇发电系统，其构成及结构如图1、2、2-1、3A所示。 

本实施例给出发电系统由以下各部分组成：送风漏斗020、涡轮涡扇400、涡轮涡扇安装结构、若干发电机组件和控制装置。涡轮涡扇400通过传动装置带动发电机140转动，风能通过送风漏斗020进风，其中涡轮涡扇400是由若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装于主体壁的叶片组装而成。 

所述送风漏斗020由漏斗023、送风管道022组成。漏斗023的大口向上，小口向下，漏斗023的大口与混凝土基台100的底部接触。漏斗023的下端连接有四根90°折弯的送风管道022，以促使底部的风沿着管道的内壁直线上升，送风管道022由厚度为10mm的钢板卷管焊接而成。由于自然风比较散乱，所以每一送风管道022的水平端口各安装一个高压强力送风机021，该高压强力送风机021将自然中的风汇集到一起，所形成的大风经送风漏斗020输送到静止叶片筒160内。静止叶片筒160内的叶片在2°-5°螺旋角之间扭曲地安装于主体壁上，并且这些叶片与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装在静止叶片筒160的内筒壁上，使风总体上呈螺旋上升的趋势，像龙卷风 一样。 

电机组件和控制装置安装在静止叶片筒160内壁的固定架150上，并且静止叶片筒160与涡轮涡扇400之间留有200mm的间隙，这就保证了静止叶片筒160内的风更多地提升到下一组涡轮涡扇发电装置中。 

控制装置由启动器170和电磁制动器700组成，该电磁制动器700安装于大齿圈600的内壁，在涡轮涡扇400需要停止时，则停止给高压强力送风机送风。由于惯性涡轮涡扇400不能够立即停止，这时打开电磁制动器700。由于电磁制动器700是由两铁芯构成，并且各个铁芯以相同的线圈和相同的方向流入电流，在通电的情况下根据螺旋定则可产生磁力，两铁芯向中间靠拢，就会把齿圈卡在两铁芯之间，齿圈转动就会与两铁芯形成很大的摩擦力，起到制动的作用。该启动器170安装于小齿轮轴上，当小齿轮900转动带动运转齿圈500转动时帮助涡轮涡扇400启动。 

本实施例的涡轮涡扇结构如图5所示。此涡轮涡扇400由外叶片401，主体402，内叶片403组成。叶片主体包括：主体内壁404，主体外壁405，主体上平面406，主体下平面407。将9个外叶片401以焊接的连接方式倾斜固定连接在主体外壁405上，其与主体外壁405的垂直壁面成一定角度，例如是15°、20°或25°等。外叶片401连接到叶片外壁405的一端的对立端在水平方向不超过主体上平面406和主体下面407。将18个内叶片403以焊接的连接方式倾斜固定连接在主体内壁404上，其与主体内壁404的垂直壁面成一定角度，例如是15度、20度或25度等。内叶片403连接到叶片内壁404的一端的对立端在水平方向上也不超过主体上平面406和主体下面407。如此倾斜成角度地设置内、外叶片401、402的好处在于，叶片的构型方向与流过叶片的风向大体相同，便于减少风能损失，从而提高涡轮叶片的效率。 

本发明中的外叶片401和内叶片402沿2°-5°螺旋扭曲角焊接在主体外壁405和主体内壁404上，当涡轮涡扇发生转动时将送风机送来的风转变成像龙卷风一样一致的旋转上升的热气流，急速提升到上空。 

本发明涡轮涡扇的叶片以内外比例为1∶2均匀的分布在主体内壁404和主体外壁405上。本发明中，内部有9个叶片，外部有18个叶片，由于内外叶片配置不同，所以它们的分布有相对的，有错开的。这样减少了风能的损失，保证了更多的风被提升到上空。叶片数量乃是该发明的最佳数量，当然我们也可以根据实践需要增加或减少叶片的数目，内叶片可以选择6片或7片或9片或10等，外叶片可以对应根据内叶片的增加而增加，内叶片的减少而减少。本实施例的涡轮涡扇的叶片为一端比较窄，与之相对的一端比较宽。当然我们也不排除其他的形状叶片。 

本实施例所采用的涡轮涡扇的安装结构如图4、4-1、6、6-1所示，该涡轮涡扇的安装结构包括运行轨道300、涡轮涡扇400、黄油固定圈600、大齿圈500。涡轮涡扇400由运行轨道300上的设定在滚轮托架302上的柱销303托起，涡轮涡扇400的上平面通过若干螺栓组与黄油固定圈600紧固地连接在一起；黄油固定圈600的上平面通过若干螺栓组与大齿圈500紧固地连接在一起。通过螺栓组的连接就将涡轮涡扇400、黄油固定圈600和大齿圈500连接成一体，当涡轮涡扇400发生转动时，黄油固定圈600和大齿圈500也会随之转动，这样就不会发生偏移或相对的错位现象。 

黄油固定圈600通过螺栓组固定安装于涡轮涡扇400的上平面；黄油固定圈600通过螺栓组连接到大齿圈500，并且黄油固定圈600内部注入了黄油，当涡轮涡扇400发生运转时起到润滑、防锈的作用。 

如图6、6-1所示，运行轨道300包括轨道312、柱销303、滚轮支架302；轨道312由轨道外侧凹面310、轨道内侧凹面307、轨道上凹面308、轨道上支撑沿309、轨道下支撑沿311组成。 

轨道312是由三段阶梯式的圆弧形轨道组成的圆周轨道。所述阶梯式为轨道312的三段的每段的两端的断口一端呈凹字形，另一端呈凸字形，相邻两段的首尾相接成一圆弧面。之所以分成三段阶梯式，是为了考虑托运和安装时的方便，同时可以更加简单轻巧的将装有滚轮的滚轮支架302卡在轨道312上。将每段圆弧形轨道做成阶梯形式，再用若干螺栓组将阶梯式的三段安装成一个整圆轨道，这样就可实现简单安装，进而有效地满足动力运转的需求。 

柱销303的上端面为圆平面，其与涡轮涡扇400的下平面相接触；柱销303的下端面为一光滑的圆形平面，该平面位于滚轮支架302的上平面之上，并且滚轮支架302的上平面大于柱销303的圆柱底圆，便于安装滚轮组件。 

装有滚轮轴305的滚轮306通过滚轮支架302的侧边板小孔，将滚轮306连接在滚轮支架302内，并且滚轮306的锥形圆柱滚轮304的圆柱面部分与轨道312的轨道上凹面308接触。滚轮306对轨道312的圆心内部有一定的向心角度，当涡轮涡扇400转动时，滚轮306将沿着轨道312进行圆周运动。 

滚轮支架内侧301卡在轨道外侧凹面310和轨道内侧凹面307上；滚轮支架302的下平面紧贴于轨道下支撑沿311上，滚轮支架302的内侧突出平面紧贴于轨道上支撑沿309上，这样保证了涡轮涡扇400在转动时不会脱离轨道312，而且当风力很大时不会随风一起向上运动，同时滚轮306对轨道312圆心内部有一定的向心角度，使滚轮306在轨道312上做向心圆周运动，不会走直线或向其它方向运行。 

柱销303、滚轮支架302、滚轮轴305、锥形圆柱滚轮304在本实施例中各为5个，根据三点确定一个平面的原则可以选择3个或4个或6个或7个等，我们可以根据该安装结构的实际大小增加或减少柱销303、滚轮支架302、滚轮轴305、锥形圆柱滚轮304的数量；柱销 303、滚轮支架302、滚轮轴305、锥形圆柱滚轮304的组合件均匀的分布在轨道312上。 

实施例二： 

本实施例中的结构、安装结构和电机组件同实施例一。 

本实施例组成构造如图3B所示，在涡轮涡扇400的内壁焊接有钢框架，钢框架的中心又连接了一中心轴210，中心轴210上装有启动器170和导杆制动器180。由于涡轮涡扇400的质量比较大其惯性也就比较大，在风力推动下涡轮涡扇400从静止开始旋转比较缓慢，所以装一启动器170帮助其启动，使涡轮涡扇400更快的进入高速运转状态。当系统发生故障需要检修时涡轮涡扇400要立刻停止运转，这是就要开启导杆制动器180使涡轮涡扇400停止运转进行检修。 

Claims (15)

1.涡轮涡扇发电系统，该系统包括送风漏斗（020）、涡轮涡扇（400）、涡轮涡扇安装结构、若干发电机组件和控制装置，涡轮涡扇（400）通过传动装置带动发电机（140）转动，风能通过送风漏斗（020）进风，其中涡轮涡扇（400）是由若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装于轮毂的叶片组装而成；涡轮涡扇结构包括内叶片、外叶片、涡轮涡扇主体；内叶片螺旋扭曲焊接在涡轮涡扇主体的内壁；外叶片螺旋扭曲焊接在涡轮涡扇的外壁；涡轮涡扇（400）置于一静止叶片筒（160）内，该静止叶片筒（160）内壁装有若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装的叶片。

2.如权利要求1的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：所述送风漏斗（020）由漏斗（023）、送风管道（022）组成。

3.如权利要求2的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：漏斗（023）的大口向上，小口向下。

4.如权利要求1或2的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：漏斗（023）的大口与混凝土基台（100）的底部接触。

5.如权利要求1或2的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：漏斗（023）的下端连接有四根90°折弯的送风管道（022），送风管道（022）由厚度为10mm的钢板卷管焊接而成。

6.如权利要求5的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：每一送风管道（022）的水平端口各安装一个高压强力送风机（021）。

7.如权利要求1的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：涡轮涡扇（400）是由若干与水平面呈75°夹角螺旋扭曲安装于主体内外壁的叶片组装而成，并且内外壁的叶片呈1：2有错开有相对的安装于主体内外壁上。

8.如权利要求1的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：涡轮涡扇的安装结构由运行轨道（300）、黄油固定圈（600）、运转齿圈（500）组成。

9.如权利要求8的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：运行轨道（300）由轨道（312）、柱销（303）、滚轮支架（302）组成。

10.如权利要求8的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：柱销（303）和滚轮支架（302）各为五个，均匀的分布在轨道（312）上，并且柱销（303）焊接在滚轮支架（302）的上平面上。

11.如权利要求9或10的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：滚轮支架（302）的内侧面卡在运行轨道（300）的内外侧凹面上，并且滚轮支架（302）的内部装有一滚轮（306）。

12.如权利要求1的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：内部注有黄油的黄油固定圈（600）用螺栓组连接安装于涡轮涡扇（400）的上平面，并且固定圈上平面用螺栓组连接了运转齿圈（500）。

13.如权利要求8或12的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：运转齿圈（500）内壁安装一电磁磁铁制动器（700）。

14.如权利要求1的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：每一电机组件由多柱体动力分配器（110）、变速器（120）、发电机（140）组成。

15.如权利要求1的涡轮涡扇发电系统，其特征在于：制动装置由启动器（170）和电磁制动器（700）组成。