CN104612906A - 风力供电的森林防火监控塔 - Google Patents

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CN104612906A CN201510063467.5A CN201510063467A CN104612906A CN 104612906 A CN104612906 A CN 104612906A CN 201510063467 A CN201510063467 A CN 201510063467A CN 104612906 A CN104612906 A CN 104612906A
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Abstract

一种风力供电的森林防火监控塔，属于风电清洁能源技术领域；由铁塔形机座连接设有风轮的机头组成，特征是：在风轮上装有设置网络摄像头的中心点避雷装置，保护发电机的定子绕组、滚珠轴承和网络摄像头不受雷电冲击，网络摄像头360度全方位24小时监视周围森林界面，当发现火警隐患时自动摄下图片信息，传递火警信息给计算机或巡逻管理员的随身移动终端，迅速处理隐患灭火于未燃，还可以随时视频监视外界及发电机运行情况，构成森林防火远程物联网安全防卫监控体系；机座内设有喇叭形进风口，利用地面暖气向上升腾的拔风力，促使风轮自动旋转，引导自然风源通过第一风轮、第二风轮、第三风轮和机座内部全方位推动风轮旋转，使发电能力倍增。

Description

风力供电的森林防火监控塔
技术领域
本发明涉及一种风力供电的森林防火监控塔，属于风电清洁能源技术领域。
背景技术
迄今为止世界上原始森林着火成灾的新闻报道经常有之，由于运用全球卫星定位系统的监控方法费用价格高贵，所以目前森林防火措施的缺陷是被动式的滞后，往往等到消防队伍赶到，现场已经是火冒三丈烈焰成灾了，对于渺无人烟无边无际无电力供应的原始森林来说，人工防火确实是杯水车薪、沧海一粟是难以解决的问题；因此，采用价格低廉的风力发电机供电的无线物联网远程监控手段，由点到面步步为营责任到人就地布局管理，用移动终端全天候主动式的视频监控方式，第一时间内自动传递火警信息，讯速及时灭火于未燃是解决上述难题的最好方式。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，采用下述技术方案实现：
一种风力供电的森林防火监控塔，包括：铁塔形的机座02连接机头01组成，其中，发电机5输出由导线7引至控制箱13，经过电源调制后，输出端分别连接网络摄像头8或无线转发器11或灯具12或休息室03供电，特征是：在第一风轮2上端设置装有网络摄像头8的中心点避雷装置1，由：金属管或圆钢104顶端制成避雷针101穿出金属防雨罩102中心顶端并焊接固定，金属管104上端设绝缘轴承103，下端通过风轮中的立管205固定在发电机5的主轴上端，绝缘轴承103外圆绝缘体与立管205内壁轻微接触利于中心点定位；中心点避雷装置1的高度大于第一风轮2的半径，使被保护体处在以顶点为中心的弧形圈度数下的保护范围内，利用发电机5主轴与机头01、机座02的金属体连接固定以后的良好导电性能，直接连通机座02的底脚基础16中的接地网；设置成功后的中心点避雷装置1为不动体，屹立在风力发电机中心的制高点上，守护着旋转中的风轮，有效保护了风轮中发电机5的定子绕组和滚珠轴承不受雷电冲击，确保风力发电机和设置在第一风轮2上或不动体的中心点避雷装置1中防雨罩102内的网络摄像头8安全运行；网络摄像头8，全方位360度、全天候24小时监视周围的森林界面，在监控范围内关键位置分别设置红外、烟雾、燃气等探测器，当发现火警隐患时，自动启动网络摄像头8内置的联动报警模块，摄下现场图片，发送报警信息给计算机或巡逻管理员的随身携带的移动终端，迅速处理隐患，灭火于未燃，还可以随时视频监视外界及发电机运行情况，设一座风力供电的森林防火监控塔的监控范围为1平方公里，每间隔2平方公里设置一座风力供电的森林防火监控塔，以规划复盖森林的整体面积，构成森林防火防盗远程物联网安全防卫监控体系。
所述机头01由：金属出风管6上端设出风口，顶端盖或十字支架上设置发电机5，发电机5的外转子依次与第三风轮4、第二风轮3、第一风轮2连接，导线7连接发电机5的定子绕组后从主轴内孔管路引出至控制箱13，其中，出风管6底端设法兰圈9，第一风轮2顶端设中心点避雷装置1或在风轮上设置网络摄像头8或无线转发器11。
所述机座02通过法兰与机头01的出风管6连接，利用地面暖气向上升腾的拔风力，引导自然风源通过第一风轮2、第二风轮3、第三风轮4和内部风道全方位推动风轮旋转，使发电能力倍增，梯形风管和进风口15为上小下大的喇叭形圆管体，圆管体外围由角铁或钢管14支撑组成正方体或圆形体的立体式铁塔形的机座02，机座的四个底脚固定在四个正方形排列的中间设钢筋混凝土十字架支撑的四个底脚基础16上，基础中的钢筋统一焊接固定分别入地，组成规范的放射式接地网。
所述第一风轮2由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，其中N或X为自然数，当X设为两层配置时：第一层的第1风斗201和对称的第2风斗202，第二层的第3风斗203和对称第4风斗204，各自固定在立管205上，其中第一定位盘206通过立管205设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘207通过立管设置在第一层风斗的弧形静片的和第二层风斗的弧形静片的中间，第三定位盘208通过立管与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在立管205的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与立管205固定，其中，底端的第三定位盘208中设若干螺孔供连接第二风轮3时使用。
所述定位盘为圆形金属薄片，盘面上刻有360度分度线供设置风斗时定位，中心设圆孔或圆环凸子供与立管205焊接或螺丝或拉铆钉固定。
所述的第二风轮3为涡轮式球形风轮，由金属薄板材料压制成涡旋角度的弧形叶片302，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围303上，上端按角度均布固定在第一防雨盖301的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第一防雨盖301中设若干螺孔供第三风轮4连接时使用。
所述的第三风轮4设置在第二风轮3的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属薄板材料压制成涡旋角度的弧形叶片402，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围403上，上端按角度均布固定在第二防雨盖401的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第二防雨盖401中设若干螺孔供发电机外转子或传动机构连接时使用。
所述设置在第二风轮3与内部的第三风轮4两风轮连接时，需要选择好斜度的最佳点，将第三风轮4涡旋角度出风口向着第二风轮3涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流角度与自然界风能气流逆向抵触，降低风轮旋转速度的缺陷，同时将发电机5安装在第二风轮3和第三风轮4两风轮内部顶端，不仅避免风雨侵蚀而且通风散热、传动灵敏。
所述的第四风轮304，设置在第二风轮3下侧加高后的球围303上，将球围的高度均分为F层，每层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置，层与层之间的风斗角度要结合第一风轮2的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列的计算公式为360度/X+F，其中X为第一风轮2的层数，E为第四风轮4的层数，相加的和为总层数，除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。
所述发电机5可以是任何外转子发电机，作为优选，中小型发电机使用垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，中大型发电机选用垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机，选择为垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机时，发电机5由：发电机主轴52，分别通过轴承连接第一端盖51、第二端盖55、第三端盖56、第四端盖59，设在第二端盖55和第三端盖56中间的定子57的绕组571与设在第三端盖56下端和第四端盖59中间的定子58的绕组581与第一永磁块553、第二永磁块563、第三永磁块565、第四永磁块593之间留有气隙，第二端盖55外圆设防尘套54、内圆设太阳齿轮554，太阳齿轮与固定在主轴52上的行星架53下端设置的2h个行星齿轮532齿合，其中h为自然数，行星齿轮532另一侧与设在第一端盖51下端的齿圈511齿合构成，导线7连接发电机的定子绕组后通过主轴52中的管路引至控制箱13，所述垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的优点是：第二端盖55与防尘套54连接以后构成储液器，使行星齿轮系统直接浸置在润滑油594中运行，降低齿轮摩擦噪声，提高冷却系数和使用寿命，同时将外转子发电机与行星齿轮增速器融于一体，不仅减少发电机的重量和体积，提高发电机转速，增强发电效果，而且在发电机的主轴52上端设有可供设置中心点避雷装置1定位的备用螺孔521。
所述控制箱13内设有CPU程序软件控制系统包含：功率检测电路、转速检测电路、电压调制电路、程序控制以及摄像时风轮自动降速电路、过流保护电路，或限速和紧急止动刹车电路，以及蓄电池和快速充电电路的电器元件，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动控制发电机按程序发电，确保运行安全。
有益效果：
本设计的风力供电的森林防火监控塔，利用地面暖气向上升腾的拔风力以使机头座管内空气向上流动，推动风轮自动旋转，引导自然界风源从上、中、下外部和机头座内部全方位推动风轮旋转发电，使发电能力倍增；设有中心点避雷装置以后有效保护了风轮中发电机的定子绕组不受雷电冲击，确保风力发电机和网络摄像头8、无线转发器7安全运行，建立计算机或智能手机无线联网的远程自动化安全监控物联网体系；统一定型设计，利用自然风源，无需动力电源供电，成本低廉，每隔2平方公里面积设置一座风力供电的森林防火监控塔，落实到人携带联网的智能手机巡逻管理，对原始森林进行由点到面步步为营的布局，采用无线移动终端物联网远程监控手段，全天候主动式的监控方式，第一时间自动传递火警信息灭火于未燃，彻底解决森林火灾问题。
附图说明
附图1、一种眺台式风力供电的森林防火监控塔的结构原理剖视示意图。
附图2、一种风力供电的森林防火监控塔的布局方案示意图。
附图3、第一风轮和中心点避雷装置的结构示意图。
附图4、第一风轮结构俯视图。
附图5、第二风轮结构示意图。
附图6、第三风轮结构示意图。
附图7、一种垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：附图1，一种眺台式风力供电的森林防火监控塔的结构原理剖视示意图。
作为优选，图中：1.中心点避雷装置，2.第一风轮，3.第二风轮，4.第三风轮，5.发电机，6.出风管，7.导线，8.网络摄像头，9.法兰圈，10.眺台，11.无线转发器，12.灯具，13.控制箱，14.铁塔形支撑，15.进风口，16.底脚基础，其中，灯具12为若干个射灯，网络摄像头8为若干个无线电子网络摄像头，无线转发器11为无线终端转发器或路由器，01.为机头，02.为机座，03.为休息室；其中，发电机主轴与机头与机座螺栓连接的须另设装置保证良好接地。
实施例二：附图2、一种风力供电的森林防火监控塔的布局方案示意图。
作为优选，图中：04.第一座，05.第二座，06.第三座，风力供电的森林防火监控塔，设一座风力供电的森林防火监控塔的监控范围为1平方公里，每间隔2平方公里设置一座风力供电的森林防火监控塔，每10-20个机座设置1个6平方米的暂时休息室，休息室内放置工具、灭火器具和必须用品；04.中的网络摄像头8安装在中心点避雷装置1的防雨罩102.内，发电机5安装在出风管6上端内的十字支架上，图中其他符号的部件与图1相同。
实施例三：附图3、第一风轮和中心点避雷装置的结构示意图。
作为优选，图中：101.避雷针，102.防雨罩，103.绝缘轴承，104.金属管，201.第1风斗，202.第2风斗，203.第3风斗，204.第4风斗，205.立管，206.第一定位盘，207.第二定位盘，208.第三定位盘。
附图4、第一风轮结构俯视图。
图中的符号配件与图3相同，作为优选，使用可以顺风向自动开合的风斗。
附图5、第二风轮结构示意图。作为优选，图中：301.第一防雨盖，302.第一弧形叶片，303.第一球围，304.第四风轮。
附图6、第三风轮结构示意图。
作为优选，图中：401.第二防雨盖，402.第二弧形叶片，403.第二球围。
附图7、一种垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的结构示意图；作为优选，图中：51.第一端盖，511.齿圈，512.第一轴承，52.定子主轴，521.备用螺孔，53.行星架，531.第二轴承，532.行星齿轮，54.防尘套，55.第二端盖，551.第三轴承，552.第一永磁块，553.第一导磁盘，554.太阳齿轮，56.第三端盖，561.第四轴承，562.第二导磁盘，563.第二永磁块，564.第三导磁盘，565.第三永磁块，57.第一定子，571.第一定子绕组，58.第二定子，581.第一定子绕组，59.第四端盖，591.第五轴承，592.第四导磁盘，593.第四永磁块，599.润滑油，7.导线。

Claims (10)

1.一种风力供电的森林防火监控塔，包括：铁塔形的机座(02)连接机头(01)组成，其中，发电机(5)输出由导线(7)引至控制箱(13)，经过电源调制后，输出端分别连接网络摄像头(8)或无线转发器(11)或灯具(12)或休息室(03)供电，特征是：在第一风轮(2)上端设置装有网络摄像头(8)的中心点避雷装置(1)，由：金属管或圆钢(104)顶端制成避雷针(101)穿出金属防雨罩(102)中心顶端并焊接固定，上端设绝缘轴承(103)，下端通过风轮中的立管(205)固定在发电机(5)的主轴上端，绝缘轴承(103)外圆绝缘体与立管(205)内壁轻微接触利于中心点定位；中心点避雷装置(1)的高度大于第一风轮(2)的半径，使被保护体处在以顶点为中心的弧形圈度数下的保护范围内，利用发电机(5)主轴与机头(01)、机座(02)的金属体连接固定以后的良好导电性能，直接连通机座(02)的底脚基础(16)中的接地网；设置成功后的中心点避雷装置(1)为不动体，屹立在风力发电机中心的制高点上，守护着旋转中的风轮，有效保护了风轮中发电机(5)的定子绕组和滚珠轴承不受雷电冲击，确保风力发电机和设置在第一风轮(2)上或不动体的中心点避雷装置(1)中防雨罩(102)内的网络摄像头(8)安全运行；网络摄像头(8)全方位360度、全天候24小时监视周围的森林界面，或在监控范围内关键位置分别设置红外、烟雾、燃气等探测器，当发现火警隐患时，自动启动网络摄像头(8)内置的联动报警模块，摄下现场图片，发送报警信息给计算机或巡逻管理员的随身携带的移动终端，迅速处理隐患，灭火于未燃，还可以随时视频监视外界及发电机运行情况，设一座风力供电的森林防火监控塔的监控范围为1平方公里，每间隔2平方公里设置一座风力供电的森林防火监控塔，规划复盖森林的整体面积，构成森林防火防盗远程物联网安全防卫监控体系。
2.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述机头(01)由：金属出风管(6)上端设出风口，顶端盖或十字支架上设置发电机(5)，发电机(5)的外转子依次与第三风轮(4)、第二风轮(3)、第一风轮(2)连接，导线(7)连接发电机(5)的定子绕组后从主轴内孔管路引出至控制箱(13)，其中，出风管(6)底端设法兰圈(9)，第一风轮(2)顶端设中心点避雷装置(1)或在风轮上设置网络摄像头(8)或无线转发器(11)。
3.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述机座(02)通过法兰与机头(01)的出风管(6)连接，利用地面暖气向上升腾的拔风力，引导自然风源通过第一风轮(2)、第二风轮(3)、第三风轮(4)和内部风道全方位推动风轮旋转，使发电能力倍增，梯形风管和进风口(15)为上小下大的喇叭形圆管体，圆管体外围由角铁或钢管(14)支撑组成正方体或圆形体的立体式铁塔形的机座(02)，机座的四个底脚固定在四个正方形排列的中间设钢筋混凝土十字架支撑的四个底脚基础(16)上，基础中的钢筋统一焊接固定，分别入地组成规范的放射式接地网。
4.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述第一风轮(2)由2N个能顺风向自动开合的半月形立式风斗或半月形立式风斗按X层次组合而成，其中N或X为自然数，当X设为两层配置时：第一层的第1风斗(201)和对称的第2风斗(202)，第二层的第3风斗(203)和对称第4风斗(204)，各自固定在立管(205)上，其中第一定位盘(206)通过立管(205)设置在第一层风斗的弧形静片的上端，第二定位盘(207)通过立管设置在第一层风斗的弧形静片的和第二层风斗的弧形静片的中间，第三定位盘(208)通过立管与第二层风斗的弧形静片的下端连接以后，设置在立管(205)的底端，将上下两层4个风斗按各占90度的定位角度通过定位盘定位调整后与立管(205)固定，其中，底端的第三定位盘(208)中设若干螺孔供连接第二风轮(3)时使用。
5.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述的第二风轮(3)为涡轮式球形风轮，由金属薄板材料压制成涡旋角度的弧形叶片(302)，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围(303)上，上端按角度均布固定在第一防雨盖(301)的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第一防雨盖(301)中设若干螺孔供第三风轮(4)连接时使用。
6.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述的第三风轮(4)设置在第二风轮(3)的内部，同样为涡轮式球形风轮，由金属薄板材料压制成涡旋角度的弧形叶片(402)，每个弧形叶片的叶面内外边缘设有供机内或机外气流推动旋转的弧形凹凸肋槽，G个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在球围(403)上，上端按角度均布固定在第二防雨盖(401)的四周，组成足够机械强度的顺时针旋转的涡轮式球形风轮，其中G为自然数，第二防雨盖(401)中设若干螺孔供发电机外转子或传动机构连接时使用。
7.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述设置在第二风轮(3)与内部的第三风轮(4)两风轮连接时，需要选择好斜度的最佳点，将第三风轮(4)涡旋角度出风口向着第二风轮(3)涡旋角度的弧形叶片内侧，以延长出风轨道和涡旋角度，防止自然界恶劣天气时风风雨雨对涡轮式球形风轮内部的侵蚀，而且能助长风轮旋转，解决了长期以来由于使用一个涡轮式球形风轮，导致出风口气流角度与自然界风能气流逆向抵触，降低风轮旋转速度的缺陷，同时将发电机(5)安装在第二风轮(3)和第三风轮(4)两风轮内部顶端，不仅避免风雨侵蚀而且通风散热、传动灵敏。
8.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述的第四风轮(304)，设置在第二风轮(3)下侧加高后的球围(303)上，将球围的高度均分为F层，每层设置2个风斗或者K个弧形风叶，风斗按顺时针旋转方向180度对称角度设置，层与层之间的风斗角度要结合第一风轮(2)的风斗层数统筹设计，上下相互岔开排列的计算公式为360度/X+F，其中X为第一风轮(2)的层数，E为第四风轮(4)的层数，相加的和为总层数，除得的商为每对风斗在风轮圆周中所占的角度度数，其中K为自然数。
9.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述发电机(5)可以是任何外转子发电机，作为优选，中小型发电机使用垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，中大型发电机选用垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机，选择为垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机时，发电机(5)由：发电机主轴(52)，分别通过轴承连接第一端盖(51)、第二端盖(55)、第三端盖(56)、第四端盖(59)，设在第二端盖(55)和第三端盖(56)中间的定子(57)的绕组(571)与设在第三端盖(56)下端和第四端盖(59)中间的定子(58)的绕组(581)与第一永磁块(553)、第二永磁块(563)、第三永磁块(565)、第四永磁块(593)之间留有气隙，第二端盖(55)外圆设防尘套(54)、内圆设太阳齿轮(554)，太阳齿轮与固定在主轴(52)上的行星架(53)下端设置的2h个行星齿轮(532齿合，其中h为自然数，行星齿轮532另一侧与设在第一端盖51下端的齿圈(511)齿合构成，导线(7)连接发电机的定子绕组后通过主轴(52)中的管路引至控制箱(13)，所述垂直轴外转子行星齿轮增速永磁无铁芯线圈发电机的优点是：第二端盖(55)与防尘套(54)连接以后构成储液器，使行星齿轮系统直接浸置在润滑油(594)中运行，降低齿轮摩擦噪声，提高冷却系数和使用寿命，同时将外转子发电机与行星齿轮增速器融于一体，不仅减少发电机的重量和体积，提高发电机转速，增强发电效果，而且在发电机的主轴(52)上端设有可供设置中心点避雷装置(1)定位的备用螺孔(521)。
10.根据权利要求1所述的风力供电的森林防火监控塔，特征是：所述控制箱(13)内设有CPU程序软件控制系统包含：功率检测电路、转速检测电路、电压调制电路、程序控制以及摄像时风轮自动降速电路、过流保护电路，或限速和紧急止动刹车电路，以及蓄电池和快速充电电路的电器元件，以满足发电机可以根据外界风力大小变化自动控制发电机按程序发电，确保运行安全。
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