CN104121147A - 有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置 - Google Patents

Abstract

有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置，在垂直向上的支撑架的端部、固定一个垂直轴风力发电机、并使三角形聚风斗式圆弧风轮叶与发电机轴形成垂直90°夹角、且进行水平方向旋转而在发电机下方的支撑架或者塔架的中上部架子上、固定安装有倾斜斜撑支架、用来固定安装圆盒形状的安全防护网固定架，然后在圆盒形状安全防护网固定架的上下面和周围固定上安全防护网，根椐不同地区风速大小不同特点、在高风速地区采用单组合风轮叶进行风力发电机，在风速比较低的地区采用加长中心传动轴增加风轮叶使用多组合风轮叶以实现小风大动力的目的。可以安装在鱼船上、平房顶上、大厦顶部、海岛上、农田里、又保护了鸟类的安全。

Description

有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置

技术领域：本发明是一种“有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置”。在全世界都在大力推广和发展可再生性、环保无污染、风能风力发电的今天、然而在大部分“常年少风”的内陆丘陵、山区、以及平原、特别是内陆地区的城市或者是农村人员居住比较密集、且用电量较大的地方风力发电仍然是少而又少，即便是在人们居住较为分散的内陆的丘陵和山区，因地形复杂、交通不便、建设高低压输电线路较远、成本较高、利用效率低且电流损耗较大、电压低等原因、至今还有相当一部分人没有用上电的地方、风力发电的推广和应用仍然不够普及、其推广应用仍然非常困难；而在国内外的许多大、中、小城市以及农村为了提高土地的利用效率、正在进行小高层楼房的集中建设，特别是城中村改造从20几米到100米以上的楼房以及超高层办公大厦和居民楼房比比皆是，但是利用在楼房顶上安装风力发电机装置的例子依然很少见。综合其原因：最主要的是因为在内陆常年少风地区、不是说一年当中“常时间不刮风”、而是“相对来说风速比较低”、风力“风的推动力较小”，三级以下的风较多而易，再加上现有的正在推广应用的风力发电机的风轮叶片利用风能“捕捉风力”的方式设计不尽合理、水平轴式风轮机叶片设计的是一个倾斜坡度的微弧形板、由于风轮叶自身的重量再加上发电机转子的磁性阻力、就造成了小风无功、不能够带动大功率风力发电机风轮叶旋转的“漏风”现象较为严重，又可以将“漏风”现象称之为“漏捕风能风力”现象，是很多有用的小风、微风风力成为“滑风”“无功风”白白的浪费掉了，因此风能利用效率比较低、只能带动小功率小微型风力发电机发电、极大的浪费了风能风力资源、才导致了“分布式”风力发电机推广应用范围的局限性问题。而在风速比较高、风力比较大的地区往往是东南地区的沿海海岸线附近、但是这些地区台风比较多、对风力发电机支撑架和叶片强度设计要求极高，而我国的西北“风口”地区、又往往是人烟稀少、用电量极少的地区，虽然在这些地区安装大功率大型水平轴风力发电机装置、建设大型风电场进行大规模联网并网发电、对风能的利用效率较高、但是一个不容否认的事实是必须要通过高低压输电线路、远距离输送给用电户才能发挥作用，这样又增加了长距离建设输电线路的投资和维修保养费用，另外在建造中型、大型：长约十几米到几十米的、水平轴式风力发电机的风轮叶片时、为了最大限度的减少启动阻力就要求制造风轮叶片的材料强度要大、质量要轻，又因在高速旋转时、由于风轮叶上下左右扫猎面积比较大很容易对正在飞行、并经过风力发电机叶片旋转范围内的各种飞鸟造成致命性伤害、特别是对于那些根据冬春季节进行长距离白天和晚上飞行迁徙的比较珍贵的候鸟更是难逃恶运、容易破坏地球生态平衡。本发明是“一种垂直轴式风力发电机装置、其风轮叶片是进行水平方向旋转”的“有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置”、而“三角形聚风斗式圆弧风轮叶”实际上是一个风轮叶的“前端是“＜”尖锐封闭、后端张口的三角形状、而风轮叶叶片的里端靠近风轮叶中心传动轴一侧的圆弧和叶片外端部的是双圆弧气囊容器式风轮叶片”，因此在风轮叶片向前方旋转时最大限度的降低了来自前面的空气阻力、这一情况说明“在减小来自风轮叶前方阻力的同时也就有效地增加了来自后面的推动力”，根据空气气囊容器内气体压缩原理、以及空气动力学原理来实现“微风、小风大动力”的、从而有效地避免了“漏风”现象的发生，极大的提高了风轮叶在捕捉风能风力时的能力、以达到实现小风大动力的目地，且有效地提高了抗台风飓风的能力，由于风轮叶片是围绕着垂直轴进行水平方向方式旋转的、因此又能够有效地降低风力发电机支撑架或者塔架的高度、且又不影响农田管理和各种种植养殖业生产的正常进行、以及行人和车辆船只的正常通过，同时节约了建造支撑架或者塔架的成本费用、又因风轮叶片是在安全防护网内旋转的、所以能够有效地避免对于正在飞行的各种飞禽鸟类无伤害的目的、极大的提高了风力发电的安全系数、又能够使地球人类与其它鸟类动物的和谐相处，且便于安装在边防哨所的岗楼顶部、城镇农村的平房上面以及高层建筑的顶端、包括农田、菜园种植养殖场以及海岛上、海洋航标灯上、漂浮在海面、湖面上、又可以安装在各种渔船舰船上、不仅有利于实现分散“分布”式风力发电装置的推广应用范围，还能为常年居住在内陆少风地区的城镇农村居民以及草原、沙漠地区和边防海岛哨所、铁路、公路、隧道、矿山开发、旅游、森林管理特别是对于远离海岸码头的鱼船、科考船、海上钻井平台等等较为分散居住人员的日常生产生活用电提供方便，同时补充了国家电网在大中城市的供电压力和应急用电力保障。

背景技术：目前公知的发电方式有：石油燃汽发电、燃煤火力发电、水力发电、潮汐发电、核电站、太阳能发电、风力发电、生物发电、地热发电和未投入实际推广发电应用的“丘陵山区风洞气流风力发电装置”、以及“丘陵山区楼房防火保温管道式风洞气流风力发电装置”等风力发电方式，而且又以“风力发电机中的风轮叶中心轴是水平式或者是垂直式”将其称为“水平轴风力发电机”和“垂直轴风力发电机”两种形式，大功率水平轴式风力发电机要求支撑架塔架要高、强度要大，风轮叶同样要求材质轻、强度大、抗大风飓风能力强，大功率风力发电机只能用于沿海海岸线附近和西北人烟稀少地区推广应用，不便用于在城镇农村推广应用，而现有推广应用的小型小功率水平轴风力发电机虽然支撑架塔架相对于大功率要低的多、但是由于风轮叶片的采风方式和结构特点、极大的限制了其抗大风飓风能力严重不足。现在尽管风力发电技术已经十分成熟，世界上各个国家都在大力发展推广风力发电，而且风力发电应用了几十年的时间。风力发电机多种多样，其风力发电机风轮叶的采风形式和结构有单叶、双叶、多叶、扩散式、聚集式、涡轮式、车翼式、空气偏导式、阳光塔式、文杜里式、约束漩涡式、动力导流式、旋风塔式等。但是这些风力发电机安装选择地点都有一个共同特点：一是平原多风地区；二是草原多风地区；三是沿海海岸线附近。虽然在丘陵和山区的顶部也可以安装风力发电机，但是要求在风力发电机安装地点和周围附近特别是上风头最好要有一定的开阔地无树木、无森林、无高大建筑物，然而这些和大力发展丘陵山区以及城市的生态林业，有效改善大气环境污染、保护水土流失产生了巨大矛盾，如果选择在丘陵和山区安装风力发电机，又要求风力发电机的支撑架和塔架的高度必需要高出树梢顶部以上一定高度才行。而且要建造十几米到几十米高度的风力发电机支撑架和塔架，就要求建造支撑架和塔架的材质标准高，大型风力机还要求建造的塔架像盖大楼的框架一样高大坚固，否则，风力发电机在遇到大风、台风、冰雹等自然灾害时很容易遭到严重破坏，除了“丘陵山区风洞气流风力发电装置”、以及“丘陵山区楼房防火保温管道式风洞气流风力发电装置”具有利用海拔高度差进行发电、以及在风洞管道的“进出风口”均安装有安全防护网可以避免对鸟类伤害以外，另外旋转类风轮叶安装有安全防护网罩的就是各种台扇、落地扇、工业扇、换气扇等，而现有推广应用的各种类型的水平轴式大、中、小型风力发电机的风轮叶旋转方式均是上下左右旋转的、且在高速旋转时其扫猎区域面积比较大、而且又没有安装安全防护网、对于各种正在飞行的飞禽鸟类很容易造成致命性伤害，另一方面现有推广应用的各种大、中、小型垂直轴风力发电机装置的风轮叶同样也没有安装安全防护网、也很容易对正在飞行的各种飞禽鸟类造成致命性伤害，也不利于地球人类与其它动物的和谐相处和保持地球的生态平衡法则。而在内陆少风“风速较低”的城镇农村或者丘陵山区特别是正在大面积建设的生态林区、生态城镇的情况下、各种鸟类飞禽越来越多，如果大力推广应用没有安装安全防护网的风力发电机装置进行风力发电的话、在为人类提供电能方便的同时、而另一方面确又对飞禽鸟类造成了致命性的伤害。“风”又称为“气流”它无处不在、人们常常说的是：只要有空气存在的地方就会有气流流动、同样也就会有“风”的存在，只不过当空气气流“风”处于较为封闭的环境状态时其流动性太小、除非用精密仪器才能够检测到它的存在，因此人们把从“微风”到“台风”划分了十几个等级，而人们熟知的“风”是按照“风速大小”又称为“风力大小”来区分等级的，最小的微风及乎连只有几克重量的一张纸都吹不跑、而台风“飓风”的力量大到可以把大树连根拨起、把几吨重的大汽车吹翻跟头。因此上说不论是在地球表面以上的空间或者是直至到大气层都有空气“风”的存在，并且在地球内部“地表层下面”的溶洞中、煤矿等的矿井中也同样有空气的流动即“风”的存在，“风”虽然人们摸不着它、又看不到它，但是空气气流“风”确实是有“重量也就是有质量和体积”的，只不过相对来说它的密度值低、体积大、重量轻而易、然而风“空气”又是可以在容器内压缩的、同样的容器体积内压缩空气与非经过压缩的空气的重量“质量立方米/m³”相差距大，因此上说风轮叶叶片的形状结构直接地决定了风力发电机利用风能效率的高低，由于风是有重量“质量”的缘故、风在向前方刮“移动”时就会产生一定的冲击力、其风能风力冲击力量的大小是根据迎风面面积大小、风速大小所决定的，所以风轮叶叶片的迎风面面积和凹陷度即“容风体凹陷体积”的大小决定了风轮叶的有效推动力大小、然而处于风轮叶旋转方向“←”前面的“风”即空气对于风轮叶来说又是一种巨大的阻力”风轮叶的背风面的形状“＜阻力小、相反时＞阻力就增大”。虽然采用“丘陵山区风洞气流风力发电装置”和“丘陵山区楼房防火保温管道式风洞气流风力发电装置”的方式也可以实现风力发电的目的，但是该两项技术产生风能气流的主要方法是在风洞里或者是在管道式风洞里产生的，虽然风速稳定且长年变化不大，其原理虽然合乎逻辑并完全能够达到风力发电的目的，但它不是万能的，它仍然受不同地理条件下海拔高度差的因素限制，对于海拔落差比较低的浅山、小丘陵地区和比较低矮的平房和平原沙漠地区以及小型海岛、岗楼和比较分散的分布式小型用电户来说特别是鱼船、海上航标灯、农田等就不太适合、也不便于推广应用。而“有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置”可以有效地避免因高速旋转的风轮叶片对各种飞鸟禽类的伤害、而且可以最大限度的降低←＜向前方旋转的阻力、同时又相对增加了向前旋转的推动力从而实现小风大动力。至今还没有发现利用安装有安全防护网的风力发电机装置用来发电、并且可以防止和有效地避免对于正在飞行的各种飞禽鸟类造成不必要伤害的例子、也没有发现利用双圆弧三角形“＜”聚风斗“可压缩空气的气囊容器式”风轮叶片的、垂直轴式风力发电装置进行风力发电的例子。

发明内容：本发明的目的是提供一种“有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置”。在垂直向上的支撑架或者塔架上的端部、固定一个垂直轴风力发电机、在垂直轴风力发电机向上伸长的传动轴上、用风轮叶支撑连接传动杆固定有处于同一个水平面上“两片以上”且均匀分布的与垂直轴形成90°夹角、并进行水平方向旋转的双圆弧折叠扇形状的风轮叶片，而叶片向前←旋转方向的前端和后端则是一个三角形“＜”聚风斗式圆弧形气囊，而风“气流”从三角形聚风斗式风轮叶的迎风面气囊进气口＜←进入气囊内、由于气囊前端是封闭的、而且三角形气囊有一定的纵深度、从气囊口进入的连续气流对气囊内早先进入气囊里的气流“空气”形成一种压缩力、而气囊内存储的空气就形成为一种压缩空气、同体积的压缩空气相比未经过压缩的空气“m³”质量增加了许多、因而就极大的增加了风轮叶片向前方旋转时的推动力，从而实现小风大动力的目的，在发电机下方的支撑架或者塔架的中上部架子上、固定安装有向上四周对称倾斜均匀分布的斜撑支架、用来固定安装圆盒形状的安全防护网固定架，然后在圆盒形状安全防护网固定架的上下面和周围固定上安全防护网，而在圆盒形状安全防护网固定架的上方四周以中心传动轴为中心向上有一个顶撑杆、用来牵引稳定从圆盒形安全防护网固定架四周、均匀分布的向上向中心倾斜的斜撑拉杆支架，用来吊拉上面的安全防护网中心部位、防止中心向下“∨“坠落并保持“——”水平面。这种垂直轴式并且安装有安全防护网的、三角聚风斗式圆弧形气囊风轮叶片风力发电机装置的最大特点是：由于风轮叶片的结构采用三角形“＜”气囊容器式特点、并以水平旋转方式旋转的、所以风力发电机的支撑架低，又因风轮叶片旋转方法采用的是在围绕着垂直轴进行水平方向旋转的、取消了风向舵机构、不论风向如何千变万化都不影响其正常旋转、所以极大的增强了抗大风飓风的破坏能力，另外风轮叶片是三角形“＜”双圆弧扇形气囊容器式叶片结构、就象一个类似于飞机的机翼一样的储气囊、根据空气“风”的重量“质量”与体积成正比例的关系、因此在向前方旋转时的阻力减少到最小、而向前方的推动力确增加了许多，另外可以根椐不同地区常年风速大小之不同特点、同时根据安装场地大小的限制、就同一个型号尺寸大小的风轮叶在常年高风速比较多、且风力比较大的地区安装使用时、采用单层单组合风轮叶进行风力发电，而在常年风速比较低、风力相对比较小的地区、采用向上加长中心传动轴的方式、增加为双层双组合或者多组合风轮叶用来有效增加捕猎风能风力的有效面积、也能够达到实现小风大动力的目的。有安全防护网的风力发电机装置的普及和推广应用，不仅节约了大量的不可再生的石油、煤炭资源，还减少了因燃气、燃煤发电造成的二氧化碳等有害气体向大气层的排放量，极大地降低了地球大气层的温室效应，起到了节能环保的作用，还能够有效地避免对于各种飞禽鸟类的伤害、起到人类与其他地球动物的和平相处、也有利于地球自然平衡。本发明“有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置”不但适合于安装在强风较多的地区、同时也适合于安装在常年风速比较低的地区，它可以安装在各种鱼船上、小平房顶上、也可以安装在高楼大厦顶部、海岛上、边防哨所顶上、农田里、沙漠、草原，以及内陆的山区和丘陵地区，特别适合于交通不便、人们居住较为分散的分布式用电户，同时又能对城市用电供电起到补充作用。

附图说明：图1是发明风力发电机主视图。图2是风力发电机俯视图。图3是风力发电机立体图。图4是风轮叶片主视图。图5是风轮叶片俯视图。图6是风轮叶片立体图。图7是本发明主视图。图8本发明俯视图。图9是本发明单组合风轮叶在丘陵山区安装应用示意图。图10是本发明可增加多组合风轮叶安装应用示意图。图11是本发明在楼房顶部安装应用示意图。图12是本发明在丘陵山区多台并网联网安装应用示意图。图13是本发明在船只上安装应用实施示意图。

图中1：风力发电机；图中2：螺栓；图中3：发电机支撑架；图中4：风轮叶；图中5：风轮叶气囊进气口；图中6：气流“风”；图中7：风轮叶支撑连接传动杆；图中8：安全防护网圆盒形固定架倾斜支撑架；图中9：安全防护网；图中10：圆盒形安全防护网固定架；图中11：可加长“高”传动轴；图中12：轴承位；图中13：顶撑杆。

图1中：1-1发电机；1-2螺拴；1-3发电机支撑架；1-4风轮叶；1-5三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口；1-6气流“风”；1-7风轮叶支撑连接传动杆。

图2中：2-1发电机；2-2螺拴；2-3发电机支撑架；2-4风轮叶；2-5三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口；2-6气流“风”；2-7风轮叶支撑连接传动杆。

图3中：3-1发电机；3-2螺拴；3-3发电机支撑架；3-4风轮叶；3-5三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口；3-6气流“风”；3-7风轮叶支撑连接传动杆。

图4风轮叶片主视图；图5风轮叶片俯视图；图6风轮叶片立体图；

图7中：7-1发电机；7-2螺拴；7-3发电机支撑架；7-4风轮叶；7-5三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口；7-6气流“风”；7-7风轮叶支撑连接传动杆；7-8圆盒形安全防护网固定架倾斜支撑架；7-9安全防护网；7-10圆盒形安全防护网固定架；7-11可加长“高”传动轴；7-12轴承位；7-13顶撑杆。

图8中：8-1发电机；8-2螺拴；8-3发电机支撑架；8-4风轮叶；8-5三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口；8-6气流“风”；8-7风轮叶支撑连接传动杆；8-8圆盒形安全防护网固定架倾斜支撑架；8-9安全防护网；8-10圆盒形安全防护网固定架。

图9中：9-1发电机；9-2螺栓；9-3发电机支撑架；9-4风轮叶；9-5：三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口；9-6：气流“风”；9-7风轮叶支撑连接传动杆；9-8安全防护网圆盒形固定架倾斜支撑架；9-9安全防护网；9-10圆盒形安全防护网固定架；9-11可加长“高”传动轴；9-12：轴承位；9-13顶撑杆。

图中1发电机通过2螺拴固定在垂直向上的发电机支撑架3上、风轮叶4通过风轮叶支撑连接传动杆7与发电机1的传动轴相连接、8圆盒形安全防护网固定架倾斜支撑架的一端固定在3发电机支撑架上、另一端将10圆盒形安全防护网固定架托起、并是风轮叶4正好处于安装有安全防护网9的圆盒形安全防护网固定架10的中间位置且间隔有一定距离，可加长传动轴11的下端与发电机1的传动轴上端相连接、上端通过轴承位12与13顶撑杆的下端相连、而顶撑杆13的上端与8圆盒形安全防护网固定架倾斜支撑架相连，并是风轮叶4与发电机1和发电机支撑架3、可加长传动轴11、轴承位12、顶撑杆13保持在同一个垂直线上，气流“风”6通过5三角形聚风斗式风轮叶气囊进气口进入气囊式风轮叶4中从而产生推动力、并是风轮叶4旋转并统过风轮叶支撑连接传动杆7传动发电机1的传动轴带动发电机发电。

具体实施方式：在垂直向上的支撑架或者塔架上的端部、固定一个垂直轴风力发电机、并使风轮叶与垂直轴形成90°夹角、且进行水平方向旋转的双圆弧折叠扇形状的气囊式风轮叶片，而风“气流”从三角形聚风斗式风轮叶的迎风面气囊进气口＜←进入气囊内、由于气囊前端是封闭的、因此从气囊口进入的连续气流对气囊内早先进入气囊里的气流“空气”形成一种压缩力、而气囊内存储的空气就形成为一种压缩空气、根据压缩空气在同体积容器内压力越大存储气体质量“m³”就越多的原理因而向前方的推动力就增加了许多。而在发电机下方的支撑架或者塔架的中上部架子上、固定安装有斜撑支架、用来固定安装圆盒形状的安全防护网固定架，然后在圆盒形状安全防护网固定架的上下面和周围固定上安全防护网，而在圆盒形状安全防护网固定架的上方四周、以中心传动轴为中心向上有一个顶撑杆、用来牵引稳定从圆盒形安全防护网固定架四周、均匀分布的向上向中心倾斜的斜撑拉杆支架，用来吊拉上面的安全防护网并保持安全防护网成“——”水平面。另外可以根椐不同地区常年风速大小之不同特点、在常年高风速地区采用单层单组合风轮叶风力发电机，而在常年风速比较低的地区采用向上加长中心传动轴的方式、增加为双层双组合或者多组合风轮叶用来有效增加捕猎风能风力也能够达到实现小风大动力的目的。它可以安装在各种鱼船上、小平房顶上、也可以安装在高楼大厦顶部、海岛上、边防哨所顶上、农田里、沙漠、草原，以及内陆的山区和丘陵地区，特别适合于交通不便、人们居住较为分散的分布式用电户，同时又能对城市用电供电起到补充作用，而且有效地保护了各种鸟类的飞行安全。

Claims (5)

1.“有安全网的三角形聚风斗式圆弧风轮叶风力发电装置”其特征是：垂直轴风力发电机位于垂直的发电机支撑架上端并且是发电机轴与发电机支撑架在同一条直线上。

2.风力发电机上安装有安全防护网用于防护各种飞禽鸟类在飞行时避免碰撞到正在高速旋转的风轮叶片对其可能造成的致命性伤害。

3.水平旋转的风力发电机的风轮叶是三角形“＜”聚风斗式双圆弧气囊式结构且处于圆盒形安全防护网内并与安全防护网上下周围间隔有一定距离。

4.风力发电机的安全防护网圆盒形固定架通过安装在发电机支撑架上的倾斜斜撑支架将固定以达到保证其稳定性和抗风能力。

5.由于该种风力发电机支撑架相对较低可以安装在各种船只上进行风力发电。