CN104696155A - 一种浓缩风能型风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浓缩风能型风力发电机，包括底座，所述底座上设置支撑架和发电机，所述支撑架顶端设置第一连接装置，所述第一连接装置顶端设置浓缩风能装置，所述浓缩风能装置包括罩壳和聚风装置，所述罩壳内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，所述浓缩风能装置上设置第二连接装置，所述第二连接装置上设置导流装置。本发明的有益效果在于：设置浓缩风能装置，能够改善风能密度低和不稳定性等弱点，减小来流风的风速梯度，减轻风切变对风力发电机的影响，提高风力发电机发电质量。

Description

一种浓缩风能型风力发电机

技术领域

本发明主要涉及风力发电领域，具体是一种浓缩风能型风力发电机。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，是地球上可开发利用的水能总量的10倍，随着人们对环境的关注度越来越高，风能的利用也越来越受到世界各国的重视，风力发电是风能利用的主要途径。

但是现有的风力发电机在使用的时候还存在一些问题：

1、在风力发电机工作过程中，风切是影响风力发电机工作的重要因素之一，风切变又称风切或风剪，是大气中两点间风速和风向的剧烈变化，风切会使普通的风力发电机工作不稳定，甚至使风力发电机无法发电，影响发电效果；

2、现有的风力发电机对风速的要求比较高，具有商业开发价值的风电厂的年平均风速为5m/s以上，不仅限制了风力发电的推广应用，也在一定程度上增加了风能开发的成本；

3、现有的风力发电机风车叶片不能改变节距，风力弱时不能旋转，而当风力强时叶片无法进一步提高风能的利用率，无法很好地适应风力的变化。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种浓缩风能型风力发电机，能够改善风能密度低和不稳定等弱点，减轻风切变对风力发电机的影响，提高风力发电机发电质量，而且叶片能根据风力的大小调节节距，更好的适应风力的变化。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种浓缩风能型风力发电机，包括底座，所述底座上设置支撑架和发电机，所述支撑架顶端设置第一连接装置，所述第一连接装置可以在水平面内自由转动，所述第一连接装置顶端设置浓缩风能装置，所述浓缩风能装置包括罩壳和聚风装置，所述聚风装置的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳的一端连通，所述罩壳内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，所述浓缩风能装置上设置第二连接装置，所述第二连接装置上设置导流装置。

所述罩壳的另一端设置散风装置，所述散风装置的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳连通。

所述聚风装置和散风装置远离罩壳的一端底部的长度大于顶部的长度，为自上向下的斜面。

所述罩壳为两端开口的圆筒，所述聚风装置和散风装置均为锥形管。

所述风机组件包括转轴，所述转轴上设置主体部，所述主体部上设置若干个第三连接装置，所述第三连接装置上设置叶片。

所述第三连接装置包括连接座，所述连接座上设置第一弹簧，所述叶片上设置连接轴，所述连接轴末端设置限位块。所述限位块与第一弹簧连接，所述主体部上设置与连接轴相配合的开口。

所述聚风装置远离罩壳一端设置挡板。

所述第一连接装置包括轴承，所述轴承内设置旋转轴，所述旋转轴上设置设置连接件，所述连接件与罩壳连接，所述轴承顶端设置第一紧固圈，所述轴承底端设置第二紧固圈和尾座，所述尾座和支撑架连接。

所述第二连接装置包括固定座，所述固定座上设置凹槽，所述凹槽内设置缓冲装置，所述缓冲装置上设置连接杆，所述连接杆与导流装置连接。

所述缓冲装置包括第二弹簧，所述连接杆的底端设置挡块，所述挡块与第二弹簧连接。

对比与现有技术，本发明有益效果在于：

1、本发明设置浓缩风能装置，能够改善风能密度低和不稳定性等弱点，减小来流风的风速梯度，减轻风切变对风力发电机的影响，提高风力发电机发电质量；

2、本发明聚风装置和散风装置远离罩壳的一端底部的长度大于顶部的长度，为自上向下的斜面，此种结构能够避免浓缩风能装置外部出现漩涡而造成能量损失；

3、本发明主体部与叶片之间设置弹簧，向叶片的长度变短的方向提供弹力，叶片能根据风力的大小调节节距，更好的适应风力的变化，当风力变强时叶片的长度变长，由此能够产生较大的扭矩，进一步提发电机对风能的利用率；

4、本发明浓缩风能装置包括罩壳、聚风装置、散风装置，在圆筒附近会形成边界层效应，从而提升自然风的品位，提高风能的利用率；

5、本发明第一连接装置上设置紧固圈能够增加转轴的稳固性和抗风能力，设置连接件，安装浓缩风能装置方便又快捷，而且安全性能高；

6、本发明第二连接装置设置缓冲装置，使导流装置连接杆的力量不至于立刻传递至机壳，使机壳与叶轮不至于轻易因瞬间的第二方向入风W2造成转向，而当第二方向入风W2消失后，弹簧的弹性位能可将该导流装置连接杆恢复为与该叶轮转轴夹角为0度状态，使叶轮持续旋转，有效的发电。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的主视图；

附图3是本发明风轮组件的结构是以图；

附图4是本发明第三连接装置的结构示意图；

附图5是本发明第一连接装置的结构示意图；

附图6是本发明第二连接装置的结构是以图。

附图中所示标号：1、底座；2、支撑架；3、罩壳；4、聚风装置；5、散风装置；6、导流装置；7、主体部；8、叶片；9、连接座；10、第一弹簧；11、连接轴；12、限位块；13、挡板；14、轴承；15、旋转轴；16、连接件；17、第一紧固圈；18、第二紧固圈；19、固定座；20、凹槽；21、连接杆；22、第二弹簧；23、挡块。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种浓缩风能型风力发电机，包括底座1，用于将本装置固定在地面上。所述底座1上设置支撑架2和发电机，所述支撑架2顶端设置第一连接装置，第一连接装置可以是转轴、轴承等连接部件能够在水平面内自由转动，所述第一连接装置顶端设置浓缩风能装置，所述浓缩风能装置包括罩壳3和聚风装置4，所述聚风装置4的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳3的一端连通，来流风经过聚风装置进入罩壳，能够将来流风进行浓缩和整流，将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀变化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，改善了风能的不稳定性，提高了风能的品位；浓缩风能装置将风能进行整流后减小来流风的风速梯度，从而降低由于风切变对风力发电机带来的危害。所述罩壳3内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，风能带风轮组件上的叶片8转动，为发电机提供动力进行发电，将机械能转化为电能。所述浓缩风能装置上设置第二连接装置，所述第二连接装置上设置导流装置6，导流装置6可以是尾翼、导流板，第二连接装置使导流装置6的安装高度大于浓缩风能装置的高度，能够有效避开尾流的影响，使叶轮尽可能朝迎风方向，提高风能利用率，第二连接装置可以是连接杆21，一端与散风装置5连接，另一端与导流装置6连接。

为了浓缩风能装置能够将来流风在罩壳内形成一个稳定的风速，更有助于提高风力发电机的发电效率，所述罩壳3的另一端设置散风装置5，所述散风装置5的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳3连通。流体的速度变化集中在聚风装置4装置附近，在聚风装置4外部迎风面出现流速加快，静压升高；在圆筒内，出现较高流速，尾流出现流速低于来流风速情况，之后流过散风装置5的流体逐渐发展，与外界流体融为一体，在罩壳3内形成一个平缓地带，罩壳3的壁面上流体无滑移，在壁面附近形成薄薄的边界层，边界层内的速度陡然下降，直至壁面的速度为零，从而提升自然风的品位，有助于提高风能的利用率。

所述聚风装置4和散风装置5远离罩壳3的一端底部的长度大于顶部的长度，为自上向下的斜面。底部长度大于顶部的长度，聚风装置4装置内部入口处流体顺利进入，没有出现漩涡而产生能量损失，在整个浓缩风能装置内，圆筒处风速最大，并且速度分布沿径向朝壁面方向逐渐增大，在圆筒处靠近壁面处风速较大达到高峰值，聚风装置4和罩壳3交接处流速方向偏离水平轴方向，并且下部偏离强度大于上部偏离强度；在散风装置5的尾部靠近壁面处风速较低出现低风速值，但没有出漩涡，从轴心向壁面层层推进，所以离壁面近的流体速度要大于轴心的流体速度。在浓缩风能装置内部出现负压，造成压差，产生抽吸作用，从而使浓缩风能装内风速增加，达到发电功率增加的目的。

所述罩壳3为两端开口的圆筒，所述聚风装置4和散风装置5均为锥形管，全部为圆形管壁，更有利于边界层的形成。

根据伯努力原理和风洞实验证明在圆柱体中间开设一流路，中间是均匀的圆形通路且安装叶轮和发电机前方设收缩管后方设扩散管将其置入流场中具有聚能效果能够实现使自然风增速和均匀化的目的这就是聚能型风力发电机的聚能原理。

所述风机组件包括转轴，所述转轴上设置主体部7，所述主体部7上设置若干个第三连接装置，所述第三连接装置上设置叶片8，风能带动叶片8转动，叶片8带动发电机的转轴转动，发电机开始发电，将机械能转化为电能。

所述第三连接装置包括连接座9，所述连接座9上设置第一弹簧10，所述叶片8上设置连接轴11，所述连接轴11末端设置限位块12。所述限位块12与第一弹簧10连接，所述主体部7上设置与连接轴11相配合的开口。第一弹簧10向叶片8的长度变短的方向提供弹力，风力较小时，叶片8转动产生的离心力小于弹簧拉力，叶片8较短，很小的风也可以将叶片8带动，增加风能利用率，降低发电成本；风力较大时，叶片8转动产生的离心力大于弹簧的拉力，叶片8变长，叶片8能根据风力的大小调节节距，更好的适应风力的变化，当风力变强时叶片8的长度变长，由此能够产生较大的扭矩，增强发电机的发电能力，进一步提高发电机对风能的利用率。

为了进一步增加浓缩风能装置的浓缩和整流能力，所述聚风装置4远离罩壳3一端设置挡板13。

为了增加第一连接装置的稳固性和抗风能力，所述第一连接装置包括轴承14，所述轴承14内设置旋转轴15，所述旋转轴15上设置设置连接件16，所述连接件16与罩壳3连接，设置连接件16，增加了安装浓缩风能装置的便利性，同时提高了安全性能。所述轴承14顶端设置第一紧固圈17，所述轴承14底端设置第二紧固圈18和尾座，所述尾座和支撑架2连接。

所述第二连接装置包括固定座19，所述固定座19上设置凹槽20，所述凹槽20内设置缓冲装置，所述缓冲装置上设置连接杆21，所述连接杆21与导流装置6连接，缓冲装置为弹簧或具有恢复机制的阻尼元件，其一端与连接杆21相连，另一端则是与浓缩风能装置相连。

所述缓冲装置包括第二弹簧22，所述连接杆21的底端设置挡块23，所述挡块23与第二弹簧22连接，弹簧提供一拉伸的恢复力量抵抗导流装置6连接杆21所提供的旋转力量，或是以阻尼提供一拉伸阻力抵抗导流装置6连接杆21所提供的旋转力量，使导流装置6连接杆21的力量不至于立刻传递至机壳，使机壳与叶轮不至于轻易因瞬间的第二方向入风W2造成转向，而当第二方向入风W2消失后，弹簧的弹性位能可将该导流装置6连接杆21恢复为与该叶轮转轴夹角为0度状态，使叶轮持续旋转，有效的发电。

本发明的工作原理，将底座1固定，利用浓缩风能装置内的边界层效应提升自然风的品位，然后带动动力装置，为发电装置提供动力。目前，国际上具有商业开发价值的风电厂的年平均风速为5m/s以上，根据目前的研究成果，如果采用浓缩风能理论和技术，可将这一指标降到年平均风速的3.7-4.0m/s，可开发低风速风场，有效地提高风能资源的利用率，从而降低风力发电的度电成本。导流装置6控制浓缩风能装置在第一连接装置的转动下，使整个装置最大可能朝向迎风方向，解决风切变问题，进一步降低风切变对发电机的危害，增加自然风的利用率，提高发电量。

实施例：

实施例1：

一种浓缩风能型风力发电机，包括底座1，用于将本装置固定在地面上。所述底座1上设置支撑架2和发电机，所述支撑架2顶端设置第一连接装置，所述连接装置可以在水平面内自由转动，所述第一连接装置顶端设置浓缩风能装置，第一连接装置包括带法兰盘的轴承套、带法兰盘的回转轴以及轴承14，所述带法兰盘的轴承套固定在支撑架2的顶端，所述带法兰盘的回转轴固定在罩壳3的底端。所述浓缩风能装置包括罩壳3、聚风装置4，所述聚风装置4的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳3的一端连通，来流风经过聚风装置进入罩壳，能够将风能进行浓缩和整流，将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀变化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，改善了风能的不稳定性，提高了风能的品位；将风能进行整流后减小来流风的风速梯度，从而降低由于风切变对风力发电机带来的危害。所述罩壳3内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，所述风机组件包括转轴，所述转轴上设置主体部7，所述主体部7上设置若干个第三连接装置，所述第三连接装置上设置叶片8。所述第三连接装置包括连接座9，所述连接座9上设置第一弹簧10，所述叶片8上设置连接轴11，所述连接轴11末端设置限位块12。所述限位块12与第一弹簧10连接，所述主体部7上设置与连接轴11相配合的开口。所述散浓缩风能装置上设置第二连接装置，所述第二连接装置上设置导流装置6，第二连接装置包括固定座19，所述固定座19上设置凹槽20，所述凹槽20内设置缓冲装置，所述缓冲装置上设置连接杆21，所述连接杆21与导流装置6连接。所述缓冲装置包括第二弹簧22，所述连接杆21的底端设置挡块23，所述挡块23与第二弹簧22连接。本实施例的有益效果在于：第一连接装置由两个可拆卸的带法兰盘的轴承14套和带法兰盘的回转轴组成，方便日常维修和保养，结构简单，操作方便；风机组件的叶片8能根据风力的大小调节节距，更好的适应风力的变化，当风力变强时叶片8的长度变长，由此能够产生较大的扭矩，增强发电机的发电能力，进一步提高发电机对风能的利用率。

实施例2：

一种浓缩风能型风力发电机，包括底座1，用于将本装置固定在地面上。所述底座1上设置支撑架2和发电机，所述支撑架2顶端设置第一连接装置，所述第一连接装置可以在水平面内自由转动，所述连接装置顶端设置浓缩风能装置，第一连接装置包括旋转轴15，所述旋转轴15的一端与支撑架2连接，所述旋转轴15穿过滚珠轴承14的内套，并由滚珠轴承14的外套固定在滚珠轴承14座内，所述滚珠轴承14座上设置固定平板，所述固定平板上设置连接座9，所述连接座9与浓缩风能装置连接。所述浓缩风能装置包括罩壳3、聚风装置4，所述罩壳3为两端开口的圆筒，所述聚风装置4和散风装置5均为锥形管，所述聚风装置4和散风装置5截面小的一端分别与圆筒的两端连接。所述聚风装置4和散风装置5远离罩壳3的一端底部的长度大于顶部的长度，为自上向下的斜面。所述聚风装置4远离罩壳3一端设置挡板13，浓缩风能装置能够将风能进行浓缩和整流，将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀变化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，改善了风能的不稳定性，提高了风能的品位；将风能进行整流后减小来流风的风速梯度，从而降低由于风切变对风力发电机带来的危害。所述罩壳3内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，风能带风轮组件上的叶片8转动，为发电机提供动力进行发电将机械能转化为电能。所述散风装置5上设置第二连接装置，所述第二连接装置上设置导流装置6，第二连接装置是连接杆21，导流装置6的安装高度大于浓缩风能装置的高度，能够有效避开尾流的影响，使叶轮尽可能朝迎风方向，提高风能利用率。本实施例的有益效果在于：来流风经过聚风装置4进行浓缩进入圆筒，增大来流风的风速，然后由散风装置5将风能扩散，在中央圆筒处形成一个平缓地带，有助于边界层效应的产生，从而提升自然风的品位，有助于提高风能的利用率；聚风装置4和散风装置5远离罩壳3的一端底部的长度大于顶部的长度，此种结构能够避免浓缩风能装置外部出现漩涡而造成能量损失，所述聚风装置4远离罩壳3一端设置挡板13，进一步增加浓缩风能装置的浓缩和整流能力。

实施例3：

一种浓缩风能型风力发电机，包括底座1，用于将本装置固定在地面上。所述底座1上设置支撑架2和发电机，所述支撑架2顶端设置第一连接装置，所述第一连接装置可以在水平面内自由转动，所述第一连接装置顶端设置浓缩风能装置，第一连接装置包括轴承14，所述轴承14内设置旋转轴15，所述旋转轴15上设置设置连接件16，所述连接件16与罩壳3连接，所述轴承14顶端设置第一紧固圈17，所述轴承14底端设置第二紧固圈18和尾座，所述尾座和支撑架2连接。所述浓缩风能装置包括罩壳3、聚风装置4和散风装置5，所述罩壳3为两端开口的圆筒，所述聚风装置4和散风装置5均为锥形管，所述聚风装置4和散风装置5截面小的一端分别与圆筒的两端连接，浓缩风能装置能够将风能进行浓缩和整流，将稀薄的风能经浓缩风能装置加速、整流和均匀变化后驱动叶轮旋转发电，从而提高了风能的能流密度，改善了风能的不稳定性，提高了风能的品位；将风能进行整流后减小来流风的风速梯度，从而降低由于风切变对风力发电机带来的危害。所述罩壳3内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，风能带风轮组件上的叶片8转动，为发电机提供动力进行发电将机械能转化为电能。所述散风装置5上设置第二连接装置，本实施例中第二装置为焊接或螺纹连接在散风装置5顶端的连接杆21，接杆21的另一端设置导流板，第二连接装置使导流装置6的安装高度大于浓缩风能装置的高度，能够有效避开尾流的影响，使叶轮尽可能朝迎风方向，提高风能利用率。本实施例的有益效果在于：增加了第一连接装置的稳固性和抗风能力，旋转轴15上设置连接件16，增加了安装浓缩风能装置的便利性，同时提高了发电机的安全性能。

Claims (10)

1.一种浓缩风能型风力发电机，包括底座(1)，所述底座(1)上设置支撑架(2)和发电机，其特征在于：所述支撑架(2)顶端设置第一连接装置，所述第一连接装置可以在水平面内自由转动，所述第一连接装置顶端设置浓缩风能装置，所述浓缩风能装置包括罩壳(3和聚风装置(4)，所述聚风装置(4)的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳(3)的一端连通，所述罩壳(3)内设置固定装置，所述固定装置上设置风轮组件，所述浓缩风能装置上设置第二连接装置，所述第二连接装置上设置导流装置(6)。

2.根据权利要求1所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述罩壳(3)的另一端设置散风装置(5)，所述散风装置(5)的横截面积由一端向另一端增大，横截面积小的一端与罩壳(3)连通。

3.根据权利要求2所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述聚风装置(4)和散风装置(5)远离罩壳(3)的一端底部的长度大于顶部的长度，为自上向下的斜面。

4.根据权利要求3所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述罩壳(3)为两端开口的圆筒，所述聚风装置(4)和散风装置(5)均为锥形管。

5.根据权利要求1所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述风机组件包括转轴，所述转轴上设置主体部(7)，所述主体部(7)上设置若干个第三连接装置，所述第三连接装置上设置叶片(8)。

6.根据权利要求5所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述第三连接装置包括连接座(9)，所述连接座(9)上设置第一弹簧(10)，所述叶片(8)上设置连接轴(11)，所述连接轴(11)末端设置限位块(12)，所述限位块(12)与第一弹簧(10)连接，所述主体部(7)上设置与连接轴(11)相配合的开口。

7.根据权利要求3所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述聚风装置(4)远离罩壳(3)一端设置挡板(13)。

8.根据权利要求1所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述第一连接装置包括轴承(14)，所述轴承(14)内设置旋转轴(15)，所述旋转轴(15)上设置设置连接件(16)，所述连接件(16)与罩壳(3)连接，所述轴承(14)顶端设置第一紧固圈(17)，所述轴承(14)底端设置第二紧固圈(18)和尾座，所述尾座和支撑架(2)连接。

9.根据权利要求1所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述第二连接装置包括固定座(19)，所述固定座(19)上设置凹槽(20)，所述凹槽(20)内设置缓冲装置，所述缓冲装置上设置连接杆(21)，所述连接杆(21)与导流装置(6)连接。

10.根据权利要求9所述的一种浓缩风能型风力发电机，其特征在于：所述缓冲装置包括第二弹簧(22)，所述连接杆(21)的底端设置挡块(23)，所述挡块(23)与第二弹簧(22)连接。