CN103925154B - 适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，它包括中心塔杆，中心塔杆上设置有可旋转的风力叶片，风力叶片两侧分别设置有可相对中心塔杆转动的曲面导风板和弧面隔风板，曲面导风板前端与弧面隔风板前端之间形成有入风口，曲面导风板后端与弧面隔风板后端之间形成有出风口，从而使外界自然风从入风口至出风口，形成顺流风自前往后推动风力叶片；出风口处还设置有回流构件，回流构件将其中一部分顺流风导入弧面隔风板内侧，形成回流风自后往前推动风力叶片，从而将逆风阻力转化成为回流助力。其可大幅提高风能利用效率，低风速就能高效发电，所需最小风速限制降低，特别适用于各类垂直轴式或水平轴式的风力发电机或风力泵浦。

Description

适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置

技术领域

本发明涉及风能开发应用领域，具体地指一种适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置。

背景技术

目前，风力发电机有水平轴式和垂直轴式之分，垂直轴式风力发电机的优点是叶片小、转速快、噪音低，但其发电量有限，仅能作为小型风力发电机，应用领域较窄。水平轴式风力发电机的优点是发电量大，已成为现今风力发电的主流，但其采用三桨式超长尖形叶片，制造和设置之困难令人却步，所产生的噪音也令人难以忍受。

无论水平轴式还是垂直轴式风力发电机，总是想尽办法来提升其顺风的推动力，以便于在较低的风速就能满载发电，从而降低风速对发电机的限制，使风力发电更为普及。然而，当风力增强超过发电机的满载负荷时，又得设法刹车降低转速，以避免超载损坏发电机。这样，反复刹车减速，严重时甚至停车，不仅不能充分利用风能增加发电量，而且严重影响风力发电设备的工作寿命。尤其是对回转的逆风阻力而言，想提高效率几乎束手无策。

究其缘由，是因为风力发电机的叶片面对的是无边无际的风，可以流经叶片的顺风侧，推动叶片旋转，也可以流经叶片的逆风侧，阻碍叶片的回转，这样推推阻阻，导致风力利用效率大降。为了解决上述问题，科研人员一般会给风力发电设备设置导流板，将自然风导向顺风面，增强顺风面的推动力，但却忽略了逆风面的阻力，风能效率提高十分有限。也有科研人员试图将风力叶片设置在固定集风筒中，以提高风能利用效率，但因其入风口和出风口固定不变，无法实时应对时大时小的风力，效能提高还是欠佳。研究表明，现有的水平轴式风力发电机，其风能利用效率约为三至四成；现今的垂直轴式风力发电机，其风能利用效率仅约二成，离科研人员追求风力发电的理想值相差甚远。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述背景技术所存在的不足，提供一种结构简单、操作方便、工作稳定、风能利用率高的适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置。

为实现上述目的，本发明所设计的适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，包括中心塔杆，所述中心塔杆上设置有可旋转的风力叶片，其特殊之处在于：所述风力叶片两侧分别设置有曲面导风板和弧面隔风板，所述曲面导风板前端与弧面隔风板前端之间形成有入风口，所述曲面导风板后端与弧面隔风板后端之间形成有出风口，从而使外界自然风从入风口至出风口，形成顺流风自前往后推动风力叶片；所述曲面导风板和弧面隔风板分别通过其上下两端的支撑架与中心塔杆可相对转动连接，从而方便实现入风口或出风口开合大小的调节；所述出风口处还设置有回流构件，所述回流构件将其中一部分顺流风导入弧面隔风板内侧，形成回流风自后往前推动风力叶片，从而将逆风阻力转化成为回流助力。

进一步地，它还包括用于驱动曲面导风板和弧面隔风板同步转动的风向舵，所述风向舵安装在弧面隔风板后端或中心塔杆上，从而实时调节入风口始终正对外界自然风的顺风方向。

作为优选方案之一，所述弧面隔风板呈半圆弧面形；所述回流构件是平滑过渡连接在所述弧面隔风板后端的弧形回流板，或者是弧形过渡开设在所述弧面隔风板后段的回风管或回风槽。所述弧形回流板、回风管或回风槽可将部分顺流风引入弧面隔风板内侧，形成回流风自后往前推动风力叶片，从而提高风能利用率。

作为优选方案之二，所述弧面隔风板呈90～120°圆弧面形；所述回流构件是间距设置在所述弧面隔风板后端点上方的弧形回流板。

进一步地，所述弧面隔风板后端点上增设有导流内折板或导流内凸缘。所述导流内折板或导流内凸缘与弧形回流板相配合，共同将部分顺流风引入弧面隔风板内侧，形成回流风自后往前推动风力叶片，从而更加有效地提高风能利用率。

再进一步地，所述风向舵上增设有弧形回流板；或者风向舵本身设计呈弧面形。这样，所述弧形回流板在不同的位置实现协同导风作用，可以大幅提高风能利用率。

再进一步地，所述风力叶片上下两端分别设置有上阻风板和下阻风板，所述上阻风板和下阻风板与曲面导风板和弧面隔风板共同形成相对密封的导风通道，从而阻止被挤入导通风道的强风往上下方向溢出，增加风力。

更进一步地，所述曲面导风板和弧面隔风板所围合的空间呈下宽上窄形状，所述风力叶片的尺寸自下往上逐渐缩小，从而使风力叶片旋转时形成向上的螺旋风。这样，一方面可以提高风能利用率，另一方面在风力很小时也能发电。

还进一步地，所述中心塔杆顶部转轴上设置有绕其旋转的风力调节杆，所述风力调节杆一端与风力阻力板相连，所述风力调节杆另一端与钢索的一端相连，所述钢索的另一端穿过弧面隔风板上的钢索套孔与入风口处的曲面导风板相连，从而控制入风口开合大小的调节，操作极为方便。

本发明的优点在于：在出风口处设置回流构件，可将部分顺流风导入弧面隔风板，还能将外界的乱流、逆风一并导入弧面隔风板，形成强有力的逆风推力，将逆风阻力变成助力，提高风能效率；且入风口和出风口设计为回转调节方式，可根据风力的大小方便控制入风口开口大小，防止风力过大对风力叶片造成损坏。另外，作为优选方案，上阻风板和下阻风板与曲面导风板以及弧面隔风板共同围成导风腔体，并且导风腔体整体呈上小下大结构分布，可产生螺旋风，强力推动叶片旋转，提高风能效率。

这样，本发明在提高风力叶片顺风推力的同时，还将逆风阻力转变成助力，将风力叶片自后往前推，产生逆向推动力，加上风力叶片原有自前往后推的顺风推力，顺逆双向合推，有效增强了风力叶片的旋转，低风速就能高效发电，所需最小风速限制降低，风能效率大幅提高，可让风力发电更为普及高效。特别适用于水平轴式风力发电机、垂直轴式风力发电机、水平轴式风力泵浦、或垂直轴式风力泵浦等。

附图说明

图1为实施例1所述第一种高效导风装置的俯视结构示意图。

图2为实施例2所述第二种高效导风装置的俯视结构示意图。

图3为实施例3所述第三种高效导风装置的俯视结构示意图。

图4为实施例4所述第四种高效导风装置的俯视结构示意图。

图5为实施例5所述第五种高效导风装置的俯视结构示意图。

图6为实施例6所述第六种高效导风装置的俯视结构示意图。

图7为实施例7所述第七种高效导风装置的立体结构示意图。

图8为实施例8所述加装上下阻风板的高效导风装置的立体结构示意图。

图9为实施例9所述加装风力调节杆的高效导风装置的立体结构示意图。

图10为图9中高效导风装置的入风口处于关闭状态的立体结构示意图。

图11为实施例10所述高效导风装置用于风力泵浦往上输送流体的立体结构示意图。

图12为实施例11所述高效导风装置用于风力增速涡轮输送气体的结构立体示意图。

图13为实施例12所述高效导风装置用于水平轴式风力发电机的立体结构示意图。

以上实施例1～9均适于垂直轴式风力发电机。图中：曲面导风板1，弧面隔风板2，倾斜板3，风向舵4，入风口5，出风口6，风力叶片8，支撑架9，中心塔杆12，风力调节杆24，风力阻力板25，钢索29，地桩30，风机31，泵浦输入口32，泵浦输出口33，输送叶片34，弹簧链条35，输送泵浦36，锁链38，水中泥沙40，顺流风46，回流风47，弧形回流板48，导流内折板49，导流内凸缘50，螺旋风52，上阻风板81、下阻风板82，风向S。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：

如图1所示的适于垂直轴风力发电机的高效导风装置，包括中心塔杆12，中心塔杆12上设置有可旋转的风力叶片8，风力叶片8两侧分别设置有曲面导风板1和弧面隔风板2，弧面隔风板2呈半圆弧面形，曲面导风板1前端与弧面隔风板2前端之间形成有入风口5，曲面导风板1后端与弧面隔风板2后端之间形成有出风口6，从而使外界自然风从入风口5至出风口6，形成顺流风46自前往后推动风力叶片8。曲面导风板1和弧面隔风板2分别通过其上下两端的支撑架9与中心塔杆12可相对转动连接，从而方便实现入风口5或出风口6开合大小的调节。在弧面隔风板2后端平滑过渡连接有作为回流构件的弧形回流板48，弧形回流板48将其中一部分顺流风46导入弧面隔风板2内侧，形成回流风47自后往前推动风力叶片8，从而将逆风阻力转化成为回流助力。

它还风向舵4，风向舵4安装在弧面隔风板2后端，驱动曲面导风板1和弧面隔风板2同步转动，从而实时调节入风口5始终正对外界自然风的顺风方向。为了增加装置的稳定性，在弧面隔风板2前端和后端均设有倾斜板3，倾斜板3还可以使得不用做功的风沿弧面隔风板2中部弧面平滑过渡，到弧面隔风板2后端流出，减小弧面隔风板2的受力，增加弧面隔风板2后端的回流风。

实施例1工作时，弧形回流板48将出风口6内侧的顺流风46导入弧面隔风板2的内侧，形成回流风47，可将风力叶片8自后往前推，获得逆风推动力，转逆风阻力为助力，加上风力叶片8原有曲面导流板1自前往后推的顺流风46的推动力，顺逆双向合推，共同将风力叶片8作圆周的加强推动旋转，从而胜过传统的单面顺风推动，大幅提升风能利用效率。

实施例2：

如图2所示的高效导风装置，其结构与图1中的结构基本一致，只是图2中的回流构件不是弧形回流板48，而是开设在弧面隔风板2后段弧形过渡的回风管或回风槽55，其形成回流风，增加逆风助力，提高风能效率。实施例2工作时，弧面隔风板2外侧的顺流风46、乱流或扰风，经回风管或回风槽55导入弧面隔风板2的内侧，将风力叶片8自后往前推，获得逆风推动力，转逆风阻力为助力，提高风能利用效率。

实施例3：

如图3所示的高效导风装置，其结构与图1中的结构基本一致，所不同的是弧面隔风板2呈90～120°圆弧面形，回流构件是间距设置在弧面隔风板2后端点上方的弧形回流板48。并且，风向舵4安装在中心塔杆12上。实施例3工作时，弧形回流板48将弧面隔风板2外侧的顺流风46、乱流或扰风，导入弧面隔风板2的内侧，形成回流风47，也可将风力叶片8自后往前推，获得逆风推动力，转逆风阻力为助力。

实施例4：

如图4所示的高效导风装置，其结构与图3中的结构基本一致，所不同的是增设了一个弧形回流板48，增设的弧形回流板48安装在风向舵4上。实施例4工作时，两个弧形回流板48协同作用，将弧面隔风板2外侧的顺流风46、乱流或扰风，以及出风口6内侧的顺流风46同时导入弧面隔风板2的内侧，形成回流风47，增加逆风助力。

实施例5：

如图5所示的高效导风装置，其结构与图3中的结构基本一致，所不同的是在弧面隔风板2后端增设了导流内折板49，导流内折板49可由弧面隔风板2端部向内弯折形成，其与弧形回流板48相配合，让流经弧面隔风板2外侧的顺流风46或乱流，沿导流内折板49回流入弧面隔风板2的内侧，进一步增加逆风助力。

实施例6：

如图6所示的高效导风装置，其结构与图3中的结构基本一致，所不同的是在弧面隔风板2后端增设了导流内凸缘50，并且还将风向舵4本身设计为类似于弧形回流板48的形状，形成具有引导回流功能的风向舵4，将回流风、逆风、乱流等引入弧面隔风板2内侧，增加逆风助力。

实施例7：

如图7所示的导风装置，其结构与图2中的结构基本相同，所不同的是曲面导风板1和弧面隔风板2所围合的空间呈下宽上窄形状，风力叶片8的尺寸自下往上逐渐缩小。这样，整体下层较上层略宽，风力叶片8旋转时形成向上的螺旋风52，使风力叶片8旋转更快，风能效率更高。此种设计可适用于上述实施例1～6中的任意一种。

实施例8：

如图8所示的高效导风装置，其结构与图2中的结构基本相同，所不同的是增加了上阻风板81和下阻风板82，上阻风板81和下阻风82板安装在中心塔杆12上，分别位于曲面导风板1和弧面隔风板2的上下两侧，与曲面导风板1、弧面隔风板2共同形成封闭型通风道，阻止被挤入通风道的强风往上下方溢出，使其只能经封闭型通风道强力推动风力叶片8旋转，风能效率因而更高。此种设计可适用于上述实施例1～7中任意一种。

实施例9：

如图9～10所示的高效导风装置，其结构与图3中的结构基本相同，所不同的是增加了风力调节杆24，它设置在中心塔杆12顶部，并可绕中心塔杆12旋转，风力调节杆24一端设置有风力阻力板25，风力调节杆24另一端与钢索29的一端相连，钢索29的另一端穿过弧面隔风板2上的钢索套孔与入风口5处的曲面导风板1相连，从而方便地控制入风口5开合大小的调节。此种设计可适用于上述实施例1～8中任意一种。

实施例10：

如图11所示为本发明用于风力泵浦往上输送流体的立体结构示意图，是在实施例7所示高效导风装置上通过弹簧链条35连接输送泵浦36，风力叶片8转动带动输送泵浦36的输送叶片34旋转，将流体从泵浦输入口32传送到泵浦输出口33，而流体中所带的泥沙40可于管末积存沉垢再清除。为稳固中心塔杆12，还将中心塔杆12上通过锁链38与地桩30连接。

实施例11：

如图12所示为本发明用于风力增速涡轮输送气体的立体结构示意图，其结构与图11所示高效导风装置基本一致，只是将其中的输送泵浦36换成了风机31，此种装置适用于养鱼打气。

实施例12：

如图13所示为本发明用于水平轴风力发电机的立体结构示意图，其结构与前述实施例基本相同，只是采用卧置方式。

本发明各实施例中的曲面导风板1和弧面隔风板2，可视当地的风力或季节，在曲面导风板1和弧面隔风板2的前端，再衔接加长的曲面导风板1，且在弧面隔风板2前端也设加长的倾斜板3，扩大入风口5，导入更多风量，增强顺风的推动力；而弧面隔风板2后端的弧形回流板48，可视回流的需要，安装在弧面隔风板2的适当处。本发明中的曲面导风板1、弧面隔风板2、弧形回流板48、上阻风板81、下阻风板82，可为实心板或空心间隔板；其中曲面导风板1、弧面隔风板2、上阻风板81和下阻风板82可安装在任何活动型叶片或固定型叶片的两侧及上下，组成高效率风力叶片8，并应用于垂直轴式风力发电机、水平轴式风力发电机、垂直轴式风力泵浦、及水平轴式风力泵浦等。

Claims (9)

1.一种适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，包括中心塔杆(12)，所述中心塔杆(12)上设置有可旋转的风力叶片(8)，其特征在于：所述风力叶片(8)两侧分别设置有曲面导风板(1)和弧面隔风板(2)，所述曲面导风板(1)前端与弧面隔风板(2)前端之间形成有入风口(5)，所述曲面导风板(1)后端与弧面隔风板(2)后端之间形成有出风口(6)，从而使外界自然风从入风口(5)至出风口(6)，形成顺流风(46)自前往后推动风力叶片(8)；所述曲面导风板(1)和弧面隔风板(2)分别通过其上下两端的支撑架(9)与中心塔杆(12)可相对转动连接，从而方便实现入风口(5)或出风口(6)开合大小的调节；所述出风口(6)处还设置有回流构件，所述回流构件将其中一部分顺流风(46)导入弧面隔风板(2)内侧，形成回流风(47)自后往前推动风力叶片(8)，从而将逆风阻力转化成为回流助力，所述曲面导风板(1)和弧面隔风板(2)所围合的空间呈下宽上窄形状，所述风力叶片(8)的尺寸自下往上逐渐缩小，从而使风力叶片(8)旋转时形成向上的螺旋风(52)。

2.根据权利要求1所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：它还包括用于驱动曲面导风板(1)和弧面隔风板(2)同步转动的风向舵(4)，所述风向舵(4)安装在弧面隔风板(2)后端或中心塔杆(12)上，从而实时调节入风口(5)始终正对外界自然风的顺风方向。

3.根据权利要求1或2所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述弧面隔风板(2)呈半圆弧面形；所述回流构件是平滑过渡连接在所述弧面隔风板(2)后端的弧形回流板(48)，或者是弧形过渡开设在所述弧面隔风板(2)后段的回风管或回风槽(55)。

4.根据权利要求2所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述弧面隔风板(2)呈90～120°圆弧面形；所述回流构件是间距设置在所述弧面隔风板(2)后端点上方的弧形回流板(48)。

5.根据权利要求4所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述风向舵(4)上增设有弧形回流板(48)；或者风向舵(4)本身设计呈弧面形。

6.根据权利要求4所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述弧面隔风板(2)后端点上增设有导流内折板(49)或导流内凸缘(50)。

7.根据权利要求5所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述弧面隔风板(2)后端点上增设有导流内折板(49)或导流内凸缘(50)。

8.根据权利要求1或2所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述风力叶片(8)上下两端分别设置有上阻风板(81)和下阻风板(82)，所述上阻风板(81)和下阻风板(82)与曲面导风板(1)和弧面隔风板(2)共同形成相对密封的导风通道，从而阻止被挤入导通风道的强风往上下方向溢出。

9.根据权利要求1或2所述适于风力发电或风力泵浦设备的高效导风装置，其特征在于：所述中心塔杆(12)顶部转轴上设置有绕其旋转的风力调节杆(24)，所述风力调节杆(24)一端与风力阻力板(25)相连，所述风力调节杆(24)另一端与钢索(29)的一端相连，所述钢索(29)的另一端穿过弧面隔风板(2)上的钢索套孔与入风口(5)处的曲面导风板(1)相连，从而控制入风口(5)开合大小的调节。