CN1053263C - 具有双重生态工程效益的数控风帆发电装置 - Google Patents

Abstract

一种具有双重生态工程效益的数控风帆发电装置，是由其立轴上径向均匀分布的3～4个风帆组成风轮，立轴下端通过联轴器与稀土全速同步电机相连，电机转轴靠近地面一端装有刮沙板，其定子线圈外接有与电网相连的双向逆变器，有对电机、逆变器进行控制的微型计算机组成。当其受风力旋转驱动电机转动产生电能的同时，也将风携带的砂子截留阻挡，可起到挡风墙作用，本发明形成规模性应用时，可发挥提供电能和改善环境的双重生态效能。

Description

具有双重生态工程效益的数控风帆发电装置

本发明涉及一种结构新颖的数控风帆发电装置，确切地说，涉及一种具有风力发电和环境保护双重生态效益的数控风帆发电装置。

由于煤和石油的燃烧会造成酸雨等污染和对臭氧层的破坏，从70年代起，人们就热衷于寻找“洁净的能源”，开始对太阳能、地热的应用进行大规模的开发研究，而从90年代开始，人们又开始注意风力的利用，这方面的工程进展迅速，风起源于太阳对地球表面各地的不均匀加热，风速随地形高度而增加，风在通过山口时速度会加大，所以山峰间的山谷往往成为风口，据《科技日报》报道，美国已在其最大的三个风口处安装了17000台风力涡轮发电机，它们的发电量每年可达180亿度，相当于上海市1985年全年的工业用电量，在上述的每一个风口处都矗立着数千台发电风车组成的阵列，其情景蔚为壮观。

但是，目前绝大多数风力发电装置都是使用类似螺旋浆的风动力装置。由于风力资源的品位很低，为了获取一定功率，必须把浆叶的直径做得很大，这样势必将风力装置做得很高，使得造价昂贵，维护、保养、使用很不方便，例如，最近在意大利研制成功并即将投入试运行的“伽玛-60”巨型风力发电机的塔高为66米，其风力浆叶长达60米，比大型直升飞机的叶展还长，其制造、安装、使用和维护的技术要求都很高。而且，大多数风力发电装置所使用的发电机很难适应风速变化范围大，需在较大功率范围内都能正常工作的要求，这也是制约风力发电推广应用的“瓶颈”之一。

欧洲专利申请《风力涡轮机和它的安全装置》(Wind turbine anddevice for its safety公开号：EU0276904)公开了一种由金属支架和帆布叶片组成的立轴式风力涡轮装置，但是，该装置是由多达4个立轴式风帆叶片通过各自的金属支架径向均布地竖立在其主轴的四周，将各个风帆获取的风能再通过齿轮机构传递到主轴，其结构复杂、制造成本高，不利于推广应用。

本发明的目的是提供一种结构简易、新颖的风帆式数控风力发电装置。该装置具有风力发电和防治风沙、改善环境的双重生态工程效益。

本发明是这样实现的：由风帆、立轴、联轴器、电机和刮板、金属支架等部件组成，其特征在于：在立轴上径向均匀分布的3～4个竖式风帆，通过其一侧的轴套紧固在立轴上，立轴下端通过联轴器与稀土全速同步电机相连接，该电机转轴靠近地面的另一端装有刮板，电机的定子线圈外接有双向可变频逆变器，此逆变器与电网相连，有对电机、逆变器进行数字控制的微型计算机。

该立轴通过径向止推轴承安装在金属支架上，该金属支架可以是单端支承结构，也可以是双端支承的龙门架式的金属框架。

本发明是申请人在其专利技术《风帆式风力动力装置》(专利号：CN92236222.X)和《数控全速风力发电装置》(专利号：CN93201286.X)基础上的再创造。由于人类文明发展，能源消耗日趋紧张，迫切需要开发没有环境污染的洁净能源，另一方面，因为不合理的采伐树木，地球上的绿色植被面积减少，造成自然环境沙漠化的危险。尤其在幅圆辽阔的我国广大北方(东北、华北、西北)土地上，由于邻近漫漫无际的戈壁沙漠和境外长年多风沙的西伯利亚和蒙古地区，深受风沙侵袭的危害和侵扰，甚至北京市也面临着日益南移的沙漠风害的威胁。古代人们为了军事目的建造了万里长城，后来虽然在军事上，万里长城的城墙失去了原来的意义，但它在漫长久远的年代里却有效地阻止了沙漠向关内的推进。由于建造工程的浩大，今天，人们不可能只是为了阻止风沙南移而采取再造几座类似长城这样的防风墙措施，即使国力再强大，也难以办到。但是，采用本发明作为一种有偿投资，来建造和经营这种在治理风沙的同时，能将风力能量加以开发利用——发电的风帆式“长城”效果就不一样了。因为利用本发明可以获得相当可观的经济效益：经营者除从电能销售中获益外，还可以从治理风沙中得到经济效益。这样自然会有众多的投资者自发筹措资金相继建成规模不等的风帆式风力发电机群，从而建成“风帆长城”，既能发电，又能防风沙，具有双重生态工程效益，所以，推广应用本发明所具有的社会效益和经济效益是相当诱人的。

图1是本发明的结构示意图。

参见图1，本发明包括有风帆1、立轴2、联轴器6、电机7和刮板14，其中受风装置是在立轴2上径向均匀分布的3～4个竖式风帆1组成的风轮，风帆1通过其一侧的轴套3紧固在立轴2上，这种风帆使受风面积较螺旋浆式风翼大为增加，均匀分布的风帆可以起到类似枝叶繁盛的树木一样作为防风墙拦阻风沙。立轴2下部(及上端)可以通过径向止推轴承4固定在金属支架5上，该金属支架5可以是单端支承结构，也可以是双端支承的龙门架式结构。在立轴2的下轴端通过联轴器6与稀土同步全速电机7相连接，该电机7转轴的靠近地面一端装有刮板14，电机7的定子线圈71外接有双向可变频逆变器8，该逆变器8与电网12相连，还有对电机7、逆变器8进行数字控制的微型计算机13，本发明的风帆1是由矩形框架9、框架一侧用以将其紧固在立轴2上的轴套3和框架内的一排排百叶窗片组件10构成的。其中每个叶片单件两端都有一个销轴用于铰装在框架9内，使叶片能绕该销轴自由摆动，在框架9的一侧装有一个其上与每个叶片10位置相对应的调节螺杆11，用于调整每个叶片的封闭角度，这些一排排的叶片10类似单向阀的阀板，当风从风帆的受力面吹来时，这些叶片都处在风帆上的关闭位置，使风帆随风吹动而绕立轴旋转带动电机7发电，而当风帆处于逆风向位置时，叶片10则处于开启位置，风从风帆的叶片中穿透而过，风帆此时并不受力或受力很小，可以通过风帆一侧的调节螺杆11来调整叶片10的开启角度。由于风轮上的风帆都是以同样方式安装的，这样，当本发明受风力推动时，就会顺着同一方向绕立轴旋转。该动能通过联轴器6传至电机7，由于采用了申请人的稀土全速同步电机的数控全速风力发电装置的专利技术(CN93201285.X)，不论风力大小及转动快慢，该电机都能将稀土永磁转子72旋转产生的交变电磁场对定子线圈71作用而感应生成的交变电势引出，送至双向可变频逆变器8，由该仪器内的电子变频开关调压组件接收计算机的控制指令，将该电能调整到与电网同压同频后并入电网。由于本发明装置中的受风器件—风帆是个具有相当高度的整体平面，其受风面积比其他任何类型的风力装置的叶片都要大，可以充分利用自然界的风力资源，提高发电效率。据计算，每产生1千瓦小时的风力电能，就相当于向大气中少排放1公斤二氧化碳，所以，本发明装置的推广应用对环境保护是个福音，同时，把随风而携带刮来的大量沙子也截留堆积在风帆下面的地面上。

本发明装置中电机7转轴靠近地面的另一端装有刮板14，只要定期给电机7馈电，使之带动刮板14旋转(此时电机与风帆立轴脱离)就可以把被截拦而散落在地面上的砂子刮拢集中，作为建筑材料应用或销售。由于具有商业经济价值，并能从中获利的风力发电场，通常都是由数百台乃至数千台风力发电装置所构成的。只要把这些众多的发电装置，在风场中纵横排列成一定的阵列安装好，就自然形成了一段足可抵挡风沙南移侵扰的“长城”。

本发明不仅可以改善环境保护，更能从风力发电中获益。以美国史威斯持(SEAWEST)公司为例，他们用普通风力装置发电，92年每度电的成本平均为4美分，电网销售为8美分，即每发一度电获利4美分。利用本发明装置发电，成本可以大幅度降低。由于这种事业是经济效益相当显著的，将会有许多人采取各种方法筹集资金“自动”分段修筑这种“风力长城”。这样，不要太长时间，就能形成规模的生态工程，在宏观奏效后就能构成环境生态工程中的一种良性循环：由于风力发电，减少了火电所产生的空气排放污染；从风力发电中获取更多能量后，将促进人工灌溉，增加开垦耕地面积，扩大绿色土地，提高大气自行净化能力，以及人们为追求更大经济利益将绿色边界逐步向沙漠推进等等。诚然，被截留下来的沙砾会在本发明的每个装置周围积存，但人们会想出各种行之有效的办法及时处理之，以维持装置的正常作业。

Claims (2)

1、一种具有双重生态工程效益的数控风帆发电装置，包括有风帆、金属支架、立轴、联轴器、电机和刮板，其特征在于：在立轴上径向均匀分布的3～4个竖式风帆通过其一侧的轴套紧固在立轴上，立轴下端通过联轴器与稀土全速同步电机相连接，该电机的转轴靠近地面的另一端装有刮板，该电机的定子线圈外接有双向可变频逆变器，此逆变器与电网相连，有对电机、逆变器进行数字控制的微型计算机。

2、如权利要求1所述的数控风帆发电装置，其特征在于：该立轴通过径向止推轴承安装在金属支架上，该金属支架可以是单端支承结构，也可以是双端支承的龙门架式的金属框架。

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