CN103670937B - 一种增压风能发电装置及其发电方法 - Google Patents

一种增压风能发电装置及其发电方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风能发电技术领域，具体是一种增压风能发电装置及其发电方法，其包括增压系统、引风管道、旋转型集风系统、风腔室、涡轮叶片、60°进风格栅、联轴器、发电机及支架等。其中，增压系统具有4个独立的H型增压风帽，增压风帽为由两根竖管及一根横管构成的贯通管，竖管的下端口为喇叭口。当H型增压风帽的贯通端有气流流动时，引风管道内的风能随着H型贯通管排出，使引风管道中产生负压。旋转集风系统由8个旋转集风口收集各方向风能，收集的风能通过水平旋转进入风腔室。进风格栅输入60°的向上旋转气流，共同作用于涡轮风叶上。本发明不受风向影响，有极高的发电效率，成本低且便于生产安装，可单机或联网发电，是一种新型的能源基地。

Description

一种增压风能发电装置及其发电方法
[技术领域]
本发明涉及风能发电技术领域，具体是一种增压风能发电装置及其发电方法。
[背景技术]
目前矿物资源日趋枯竭，大量的地下开采给地球的地质带来了极大的灾害。随着火力发电的普及，碳的排放对大气的污染越来越严重，城市的雾霾天气越来越严重，给人类的健康带来极大的危害。因此，如何运用更天然、清洁的能源来发电是改变这一现状的主要解决方法。目前的自然资源发电主要有水力发电、风能发电等，其中风能发电由于成本低、建造方便而更为普及。现有市场上运行的风能发电装置均是以三片巨大的风叶安装在高高的支架上迎风而工作，其对风力和风向有很高的要求，尤其是风向改变后将不能正常工作，且造价成本过高，安装维护都有很大难度。且现有技术中的风力发电装置集风能力不够，导致输出电力也不够，无法满足实际需求。现有技术中有一种如公开号为CN101092933全方位采风罩装置，其有4个喇叭口集风组成，可起到增加风压的作用，但这种结构虽然对风压有一定的增进作用，但风能容易从其他敞口溢出，降低效率。
[发明内容]
本发明的目的就是为了解决现有技术中风能发电装置集风能力差、风能转换效率低等不足和缺陷，提供一种结构新颖、安全可靠，可有效提高风能增压的增压风能发电装置，包括支架、发电机、引风管道，其特征在于所述的引风管道底部连接风腔室，风腔室外围上设有集风系统，风腔室底部设有进风格栅，风腔室顶部连接引风管道，引风管道顶部设有增压系统，增压系统具有若干个H型增压风帽，所述的H型增压风帽为由一根横管及两根贯通的竖管构成的贯通管，一根横管设置于两根竖管之间，横管与引风管道贯通连接。
所述的进风格栅内的若干格栅片与集风系统中旋转集风口的水平方向呈60°角。
所述的H型增压风帽为由一根横管及两根贯通的竖管构成的贯通管，横管将竖管分成上下两段，竖管上段的长度小于竖管下段的长度，竖管下段的长度≤引风管道长度的三分之二，所有的贯通管的横截面之和大于引风管道的横截面，所述竖管的底部为喇叭口，若干H型增压风帽的横管和竖管互相连通并与引风管道相连接。
所述的集风系统具有8个旋转型集风口，所述的风腔室内设有涡轮风轴和涡轮叶片，涡轮风轴底部连接联轴器和发电机。
所述的H型增压风帽数量为4个。
所述的引风管道内壁具有氟碳涂层。
本发明还包括一种增压风能发电装置的增压方法为：当进入H型增压风帽的竖管底端风能气流f2向竖管顶端的风能气流f1流动时，H型增压风帽横管内的风能气流f5将跟随竖管底端风能气流f2向竖管顶端的风能气流f1快速地引出释放，从而使引风管道与外界产生负压，在引风管道的作用下，风腔室底部输入的大量风能气流f4通过进风格栅后在风腔室内呈60°向上旋转，同时从旋转集风口收集的风能气流f3在风腔室内作水平旋转，旋转集风口收集的风能气流f3和风腔室底部输入的大量风能气流f4共同作用于涡轮叶片后形成合成风能气流f5并由增压系统排出。
本发明增压风能发电装置的发电方法为:集风系统3由8个旋转集风口组成，集风系统安装于风腔室4的外围，旋转型集风口的数量有8个，收集不同方向的风能，进入旋转集风口的风能水平旋转进入风腔室，作用于涡轮叶片5上，集风口外径越大，收集的风能越大，进风格栅安装在风腔室的底部，它与旋转型集风口的水平成60°角，防止从集风系统收集的风能从底部溢风，使底部获得更多的进风流量，从旋转型集风口收集的风能气流f3在风腔室作水平旋转，底部输入的大量风能气流f4通过进风格栅后呈60°在风腔室内作向上旋转，在增压系统的增压下，从旋转型集风口收集的风能气流f3和底部输入的大量风能气流f4共同作用于涡轮叶片后形成合成风能气流f5并由增压系统排出，底部除了涡轮叶片和风腔室支架外，均为开放状态，旋转型集风口围绕风腔室分割，风腔室底部由进风格栅分割，无论在何种情况下进入风腔室的风能都需要在涡轮叶片上做功后通过引风管道由增压系统排出，而不会在风腔室内的其他地方溢出风能；在集风系统和进风格栅的共同作用下，由引风管道和增压系统的共同增压下，使涡轮叶片获得动能，涡轮风轴由联轴器与底部的发电机连接，从而带动发电机运转发电。
本发明同现有技术相比，其优点在于本发明H型增压风帽底部的喇叭口结构可使竖管获得最大的上升气流。进风格栅的格栅片与水平呈60°，不但能有效地防止从集风系统收集的风能从底部溢风，反而能使底部获得更多的进风流量。本发明中的旋转集风口围绕风腔室分割，底部由进风格栅分割，不管在何种情况下进入风腔室的风能都需要在涡轮叶片上做功后通过引风管道由增压系统排出，而不会在风腔室内的其他地方溢出风能。在集风系统、进风格栅的作用下，由引风管道和增压系统共同增压下，使涡轮叶片获得更大的动能，涡轮风轴由联轴器与底部的发电机连接，从而带动发电机运转发电。支架是整台设备安全运行的重要保证。本发明的增压式风能发电装置具有可在全风向、低风速工作运行的优势，在任何只要有2级风能的场所即能正常的运行工作，具有高效的发电能力。较目前的风能发电装置相比具有更大的优越性，输出功率大、占地面积小，成本低，易于安装和维护。本发明可安装于城市空旷的屋顶上，以及任何空旷场地。尤其适合安装于偏远的缺电地区，如新疆、西藏、青海、宁夏、内蒙及海岛等地区。本发明不仅可以单台发电，也可以联机发电，组成风能发电基地联网向城市发供电。
[附图说明]
图1是本发明的主要结构示意图；
图2（a）是本发明增压系统的俯视图；
图2（b）是本发明实施例中增压风帽及引风管道的气流示意图；
图3是本发明集风系统的主要结构示意图；
图4是本发明实施例中引风管道和集风系统的气流示意图；
图5是本发明的风腔室底部结构示意图；
如图所示，图中：1.增压系统2.引风管道3.集风系统4.风腔室5.涡轮叶片6.进风格栅7.联轴器8.发电机9.支架；
指定图1为本发明的摘要附图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是一种利用风能气流自行增压的发电装置，其进风方式包括旋转集风口集风以及底部向上旋转的进风流，其旋转集风口和进风格栅共同作用于风腔内涡轮叶片上，由引风管输出并经增压风帽排出系统，如图（1）所示，本发明的增压式风能发电机主要包括增压系统1、引风管道2、集风系统3、风腔室4、涡轮叶片5、进风格栅6、联轴器7、发电机8、支架9等组成。其中，增压系统1由4个独立的H型增压风帽组成，其安装于引风管道的顶部。风腔室底部进风格栅的格栅片为斜向上设置，进风格栅的格栅片与水平线的夹角为60°。如图2（a）所示，图2（a）为增压系统的俯视图，图2（b）为单个H型增压风帽的示意图，增压风帽由两根贯通的竖管和横管连接，横管相连于引风管道的顶部。每个竖管的贯通端的下端口为喇叭口设计，以便使竖管获得最大的上升气流，如图2（b）所示，当进入H型增压风帽的竖管底端风能气流f2向竖管顶端的风能气流f1流动时，H型增压风帽横管内的风能气流f5将跟随f2向f1快速地引出释放，从而使引风管道与外界产生负压，在引风管道的作用下，风腔室底部输入的大量风能气流f4通过进风格栅后在风腔室内呈60°向上旋转，同时从旋转集风口收集的风能气流f3在风腔室内作水平旋转，f3和f4共同作用于涡轮叶片后合成风能气流f5并由增压系统排出。
H型增压风帽要求竖管的贯通管以横管为中心，下端长于上端，但下端的长度不超过引风管道2的三分之二，且所有H型增压风帽的竖管横截面积总和应大于引风管道2的横街面积。引风管道在条件许可的情况下应尽可能设计得高些。引风管道2的高低与发电机输出功率有关。
集风系统3由8个旋转集风口组成，它安装于风腔室4的外围，如图（3）所示，旋转型集风口的数量有8个，收集不同方向的风能，进入旋转集风口的风能水平旋转进入风腔室，作用于涡轮叶片5上，集风口外径越大，收集的风能越大，进风格栅安装在风腔室的底部，它与旋转型集风口的水平成60°角。其作用不但能有效地防止从集风系统收集的风能从底部溢风，反而能使底部获得更多的进风流量。如图（4）所示，从旋转型集风口收集的风能f3在风腔室作水平旋转，底部输入的大量风能气流f4通过进风格栅后呈60°在风腔室内作向上旋转，在增压系统的增压下，f3和f4共同作用于涡轮叶片后合成f5由增压系统排出，底部除了涡轮叶片和风腔室支架外，全是开放状态。旋转型集风口围绕风腔室分割。风腔室底部由进风格栅分割。无论在何种情况下进入风腔室的风能都需要在涡轮叶片上做功后通过引风管道由增压系统排出，而不会在风腔室内的其他地方溢出风能。进风格栅的结构如图5所示，其由格栅片分割底部，其作用主要向风腔室输入呈60°旋转的风能气流。在集风系统和进风格栅的共同作用下，由引风管道和增压系统的共同增压下，使涡轮叶片获得更大的动能，涡轮风轴由联轴器与底部的发电机连接，从而带动发电机运转发电。支架是支撑整台设备安全运行的重要保证。本发明的增压式风能发电装置具有全风向、低风速工作运行的优势，在任何只要有2级风能的场所即能正常的运行工作，本发明具有高效的发电能力。本发明在拼装时采用现场拼装法，涡轮叶片用螺栓固定于风轴上。涡轮叶片经塑喷处理。引风管道内壁进行氟碳喷涂处理以减少风阻，外壳全部进行塑喷处理。

Claims (8)

1.一种增压风能发电装置，包括支架、发电机、引风管道，其特征在于所述的引风管道底部连接风腔室，风腔室外围上设有集风系统，风腔室底部设有进风格栅，风腔室顶部连接引风管道，引风管道顶部设有增压系统，增压系统具有若干个H型增压风帽，所述的H型增压风帽为由一根横管及两根贯通的竖管构成的贯通管，一根横管设置于两根竖管之间，横管与引风管道贯通连接，所述的风腔室内设有涡轮风轴和涡轮叶片，涡轮风轴底部连接联轴器和发电机。
2.如权利要求1所述的一种增压风能发电装置，其特征在于所述的进风格栅内的若干格栅片与集风系统中旋转集风口的水平方向呈60°角。
3.如权利要求1所述的一种增压风能发电装置，其特征在于所述的H型增压风帽为由一根横管及两根贯通的竖管构成的贯通管，横管将竖管分成上下两段，竖管上段的长度小于竖管下段的长度，竖管下段的长度≤引风管道长度的三分之二，所有的贯通管的横截面之和大于引风管道的横截面，所述竖管的底部为喇叭口，若干H型增压风帽的横管和竖管互相连通并与引风管道相连接。
4.如权利要求1所述的一种增压风能发电装置，其特征在于所述的集风系统具有8个旋转型集风口。
5.如权利要求1所述的一种增压风能发电装置，其特征在于所述的H型增压风帽数量为4个。
6.如权利要求1所述的一种增压风能发电装置，其特征在于所述的引风管道内壁具有氟碳涂层。
7.一种采用如权利要求1所述的增压风能发电装置的增压方法，其特征在于所述的增压方法为：当进入H型增压风帽的竖管底端风能气流(f2)向竖管顶端的风能气流(f1)流动时，H型增压风帽横管内的风能气流(f5)将跟随竖管底端风能气流(f2)向竖管顶端的风能气流(f1)快速地引出释放，从而使引风管道与外界产生负压，在引风管道的作用下，风腔室底部输入的大量风能气流(f4)通过进风格栅后在风腔室内呈60°向上旋转，同时从旋转集风口收集的风能气流(f3)在风腔室内作水平旋转，旋转集风口收集的风能气流(f3)和风腔室底部输入的大量风能气流(f4)共同作用于涡轮叶片后形成合成风能气流(f5)并由增压系统排出。
8.一种采用如权利要求1所述的增压风能发电装置的发电方法，其特征在于所述的发电方法为:集风系统(3)由8个旋转集风口组成，集风系统安装于风腔室4的外围，旋转型集风口的数量有8个，收集不同方向的风能，进入旋转集风口的风能水平旋转进入风腔室，作用于涡轮叶片(5)上，集风口外径越大，收集的风能越大，进风格栅安装在风腔室的底部，它与旋转型集风口的水平成60°角，防止从集风系统收集的风能从底部溢风，使底部获得更多的进风流量，从旋转型集风口收集的风能气流(f3)在风腔室作水平旋转，底部输入的大量风能气流(f4)通过进风格栅后呈60°在风腔室内作向上旋转，在增压系统的增压下，从旋转型集风口收集的风能气流(f3)和底部输入的大量风能气流(f4)共同作用于涡轮叶片后形成合成风能气流(f5)并由增压系统排出，底部除了涡轮叶片和风腔室支架外，均为开放状态，旋转型集风口围绕风腔室分割，风腔室底部由进风格栅分割，无论在何种情况下进入风腔室的风能都需要在涡轮叶片上做功后通过引风管道由增压系统排出，而不会在风腔室内的其他地方溢出风能；在集风系统和进风格栅的共同作用下，由引风管道和增压系统的共同增压下，使涡轮叶片获得动能，涡轮风轴由联轴器与底部的发电机连接，从而带动发电机运转发电。
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