CN106089594A - 一种高效集风式隧道风能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种高效集风式隧道风能发电装置，其风轮发电机构位于集风箱内，风轮发电机构包括发电机、风轮叶片及发电机安装架，发电机垂直安装在发电机安装架内，发电机的电机轴竖直朝上，风轮叶片固装在发电机的电机轴上；发电机安装架通过吊杆固连在隧道内壁上；集风箱固定吊装在隧道内壁上，集风箱前侧板开设有主进风口，与集风箱前侧板相邻的一面侧板上开设有辅助进风口，另一面侧板及后侧板上开设有透风孔，主进风口的四周加装有集风导向板；集风箱的辅助进风口连接有集风管，集风管底端为进风口，集风管顶端出风口与集风箱辅助进风口密封连通，集风管进风口的四周加装有集风导向板；集风管中部开设有辅助集风口，辅助集风口处设置有下沉式导风板。

Description

一种高效集风式隧道风能发电装置
技术领域
本发明属于特种风力发电技术领域，特别是涉及一种高效集风式隧道风能发电装置。
背景技术
随着我国公路、铁路及地铁工程的建设，隧道路段的里程数也在不断攀升，当车辆在隧道内高速通行时，高速行驶的车辆会在隧道内产生高速活塞风，而这种高速活塞风已经引起了工程技术人员的高度重视，如果能将高速活塞风加以有效利用，即利用高速活塞风进行风能发电，并利用这部分电能来辅助隧道内的照明或为其他设备实现供电，同时也能解决部分野外供电不便的问题。
在公路隧道内，特别是大型车辆的行驶速度超过80km/h时，隧道内产生的高速活塞风风速可达7～9m/s。而在铁路及地铁隧道内，列车的行驶速度在80～100km/h时，隧道内产生的高速活塞风风速同样可达7～9m/s，如果列车的行驶速度超过120km/h时，高速活塞风的风速甚至可达前者的两倍左右。
因此，相关技术人员为了利用隧道内的高速活塞风，设计了种类繁多的隧道风能发电装置。但是，现有的隧道风能发电装置普遍存在风能利用率低以及发电效率低的缺陷，具体原因为：在现有的隧道风能发电装置内，用于发电的风轮机构大多为开放式结构，只有恰好经过风轮机构的风才能带动风轮运转发电，而风轮机构外围的风根本无法被利用，造成风能的极大浪费。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高效集风式隧道风能发电装置，能够充分收集隧道内的活塞风用于发电，极大提高风能利用率，有效提高发电效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高效集风式隧道风能发电装置，包括风轮发电机构及集风箱，所述风轮发电机构设置在集风箱内；
所述风轮发电机构包括发电机、风轮叶片及发电机安装架，所述发电机垂直安装在发电机安装架内，且发电机的电机轴竖直朝上，所述风轮叶片固定安装在发电机的电机轴上；在所述发电机安装架顶部固接有吊杆，吊杆穿过集风箱顶板固连在隧道内壁上；
所述集风箱采用方形箱体结构，集风箱通过吊架固定吊装在隧道内壁上，集风箱前侧板开设有主进风口，与集风箱前侧板相邻的一面侧板上开设有辅助进风口，与集风箱前侧板相邻的另一面侧板以及集风箱后侧板上均开设有透风孔；在所述主进风口的四周加装有集风导向板。
所述集风箱距离隧道地面的高度为4.5m～5.5m。
所述风轮叶片与竖直方向具有倾角。
所述集风箱的辅助进风口连接有集风管，集风管通过定位架倾斜固定在隧道内壁上；所述集风管顶端为出风口，集风管底端为进风口，集风管的出风口与集风箱的辅助进风口密封连通；在所述集风管进风口的四周加装有集风导向板。
在所述集风管中部开设有辅助集风口，在辅助集风口处设置有下沉式导风板，下沉式导风板与集风管具有相同的导流方向。
所述集风管的进风口距离隧道地面的高度为2.5m～3.5m。
所述集风管与水平方向的倾角范围为55°～65°。
所述集风管进风口的朝向与水平方向具有倾角，其倾角范围为40°～50°。
所述发电机安装架采用笼式结构，包括上面板、下面板及立杆，所述上面板与下面板结构相同，两者均为辐射状结构，所述立杆竖直固连在上面板与下面板的辐射臂之间；在所述下面板的中心竖直设有中心支撑杆，发电机固定安装在中心支撑杆顶端。
在所述发电机外壳与下面板的辐射臂之间连接有辅助支撑杆。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，全新设计了集风箱和集风管，能够充分收集隧道内的活塞风用于发电，极大提高了风能利用率，有效提高了发电效率。
附图说明
图1为本发明的一种高效集风式隧道风能发电装置结构示意图；
图2为本发明的风轮发电机构结构示意图；
图3为本发明的集风箱结构示意图；
图4为本发明的集风管结构示意图；
图中，1-风轮发电机构，2-集风箱，3-发电机，4-风轮叶片，5-辅助支撑杆，6-吊杆，7-隧道内壁，8-吊架，9-主进风口，10-辅助进风口，11—透风孔，12—集风导向板，13—集风管，14—定位架，15—辅助集风口，16—下沉式导风板，17—上面板，18—下面板，19—立杆，20—中心支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～4所示，一种高效集风式隧道风能发电装置，包括风轮发电机构1及集风箱2，所述风轮发电机构1设置在集风箱2内；
所述风轮发电机构1包括发电机3、风轮叶片4及发电机安装架，所述发电机3垂直安装在发电机安装架内，且发电机3的电机轴竖直朝上，所述风轮叶片4固定安装在发电机3的电机轴上；在所述发电机安装架顶部固接有吊杆6，吊杆6穿过集风箱2顶板固连在隧道内壁7上；
所述集风箱2采用方形箱体结构，集风箱2通过吊架8固定吊装在隧道内壁7上，集风箱2前侧板开设有主进风口9，与集风箱2前侧板相邻的一面侧板上开设有辅助进风口10，与集风箱2前侧板相邻的另一面侧板以及集风箱2后侧板上均开设有透风孔11；在所述主进风口9的四周加装有集风导向板12。
本实施例中，所述集风箱2距离隧道地面的高度为5m，通过集风箱2收集隧道高处可利用的活塞风。
所述风轮叶片4与竖直方向具有倾角，其与竖直设置的传统风轮叶片相比，可以减小因重力作用引起的疲劳应力作用，从而提高风轮发电机构的使用寿命。
所述集风箱2的辅助进风口10连接有集风管13，集风管13通过定位架14倾斜固定在隧道内壁7上；所述集风管13顶端为出风口，集风管13底端为进风口，集风管13的出风口与集风箱2的辅助进风口10密封连通；在所述集风管13进风口的四周加装有集风导向板12。
在所述集风管13中部开设有辅助集风口15，在辅助集风口15处设置有下沉式导风板16，下沉式导风板16与集风管13具有相同的导流方向。
本实施例中，所述集风管13的进风口距离隧道地面的高度为3m，通过集风管13的进风口收集隧道低处可利用的活塞风。
本实施例中，所述集风管13与水平方向的倾角为60°，用以减小集风管13中活塞风的爬管时间和爬管长度，可以减缓活塞风与集风管13内管壁的碰撞，降低因碰撞导致的风能损失。
本实施例中，所述集风管13进风口的朝向与水平方向具有45°的倾角，用以增大活塞风进入集风管13的流畅性，同时降低活塞风的回流，进而增大通风量。
所述发电机安装架采用笼式结构，包括上面板17、下面板18及立杆19，所述上面板17与下面板18结构相同，两者均为辐射状结构，所述立杆19竖直固连在上面板17与下面板18的辐射臂之间；在所述下面板18的中心竖直设有中心支撑杆20，发电机3固定安装在中心支撑杆20顶端。通过笼式结构的发电机安装架5，在有效保证发电机3支撑强度的同时，能够有效降低整体风轮发电机构1的重量，提高风轮发电机构1吊装安全性的同时又可以降低制造成本。
本实施例中，上面板17与下面板18均具有三条辐射臂，上面板17与下面板18之间通过三根立杆19相固连，在保证立杆19具有足够连接强度的同时尽可能的选择杆体更细的立杆19，降低活塞风经过立杆19时缠绕杆体而产生的涡流，减小涡流对风轮叶片4受风效果的影响。
在所述发电机3外壳与下面板18的辐射臂之间共连接有三根辅助支撑杆5，风轮叶片4的重力与风力的合力将部分由三根辅助支撑杆5承担，避免因发电机3受力过大导致损坏。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
首先将本发明的高效集风式隧道风能发电装置安装到目标隧道内，并设定好安全距离，根据车辆行驶方式，使集风管13进风口和集风箱2主进风口9的朝向与车辆行驶方向相反即可。
当车辆驶入隧道并产生活塞风时，在位于隧道5m高处，活塞风首先被集风箱2主进风口9四周的集风导向板12汇集并引入集风箱2内，进入集风箱2内活塞风直接作用在风轮叶片4上，通过风轮叶片4的高速旋转带动发电机3进行发电，活塞风经过风轮叶片4后会从透风孔11排出。
同时，在位于隧道3m高处，活塞风首先被集风管13进风口四周的集风导向板12汇集并引入集风管13内，而在位于隧道4m左右高处，活塞风会通过辅助进风口10进入集风管13内，在下沉式导风板16的作用下，可避免隧道3m高处与隧道4m左右高处的活塞风在集风管13内发生碰撞，同时使两股活塞风同向爬升并汇合成一股，汇合后的这股活塞风通过集风箱2辅助进风口10最终进入集风箱2内，且该股活塞风会与隧道5m高处的活塞风共同作用在风轮叶片4上，使隧道内不同高度的活塞风都能得到充分利用，提高了整体风能的利用率，经过多股活塞风的叠加后，使发电效率得到极大提高。
再有，当隧道5m高处与隧道3m高处存在明显的风速差时，还会伴随有低气压吸风现象。
具体的，当隧道5m高处为高速风，隧道3m高处为低速风，低气压吸风现象会出现在隧道5m高处的集风箱2主进风口9处，隧道3m高处与隧道4m左右高处的活塞风会被加速吸入集风管13内，当隧道5m高处的活塞风与隧道低处的活塞风在集风箱2内相遇汇合后，会在集风箱2内形成风涡流现象，而风轮叶片4在风涡流作用下具有最高的能量转换率，进而使发电效率到达最大。
具体的，当隧道5m高处为低速风，隧道3m高处为高速风，低气压吸风现象会出现在隧道3m高处的集风管13进风口处，隧道5m高处的低速风进入集风箱2内后，受到隧道低处的低压吸力作用，低速风会加速通过风轮叶片4并被吸入集风管13内，使原本的低速风变为高速风，有效提高了发电效率。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：包括风轮发电机构及集风箱，所述风轮发电机构设置在集风箱内；
所述风轮发电机构包括发电机、风轮叶片及发电机安装架，所述发电机垂直安装在发电机安装架内，且发电机的电机轴竖直朝上，所述风轮叶片固定安装在发电机的电机轴上；在所述发电机安装架顶部固接有吊杆，吊杆穿过集风箱顶板固连在隧道内壁上；
所述集风箱采用方形箱体结构，集风箱通过吊架固定吊装在隧道内壁上，集风箱前侧板开设有主进风口，与集风箱前侧板相邻的一面侧板上开设有辅助进风口，与集风箱前侧板相邻的另一面侧板以及集风箱后侧板上均开设有透风孔；在所述主进风口的四周加装有集风导向板。
2.根据权利要求1所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述集风箱距离隧道地面的高度为4.5m～5.5m。
3.根据权利要求1所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述风轮叶片与竖直方向具有倾角。
4.根据权利要求1所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述集风箱的辅助进风口连接有集风管，集风管通过定位架倾斜固定在隧道内壁上；所述集风管顶端为出风口，集风管底端为进风口，集风管的出风口与集风箱的辅助进风口密封连通；在所述集风管进风口的四周加装有集风导向板。
5.根据权利要求4所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：在所述集风管中部开设有辅助集风口，在辅助集风口处设置有下沉式导风板，下沉式导风板与集风管具有相同的导流方向。
6.根据权利要求5所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述集风管的进风口距离隧道地面的高度为2.5m～3.5m。
7.根据权利要求5所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述集风管与水平方向的倾角范围为55°～65°。
8.根据权利要求5所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述集风管进风口的朝向与水平方向具有倾角，其倾角范围为40°～50°。
9.根据权利要求1所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：所述发电机安装架采用笼式结构，包括上面板、下面板及立杆，所述上面板与下面板结构相同，两者均为辐射状结构，所述立杆竖直固连在上面板与下面板的辐射臂之间；在所述下面板的中心竖直设有中心支撑杆，发电机固定安装在中心支撑杆顶端。
10.根据权利要求9所述的一种高效集风式隧道风能发电装置，其特征在于：在所述发电机外壳与下面板的辐射臂之间连接有辅助支撑杆。
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