CN106438190A - 一种聚风塔和一种聚风式风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚风塔，包括依次密封固定连接的集风装置、导风管、送风管、扩散器，所述集风装置设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风装置的下方设有出风口，所述导风管的进风端与所述集风装置出风口相连，所述导风管的出风口与所述送风管的进风口相连，所述送风管的出风口与所述扩散器的进风口相连，所述扩散器的出风口与所述排风口相连。所述聚风塔能将空气收集后在风压作用下形成涡旋流被加速推入工作管道，叶轮安置在工作管道中驱动发电机，将风能转换成电能。该装置适用范围广，特别适合微风发电；可扩大风资源的利用，对现有传统风力发电系统有替代性进步。

Description

一种聚风塔和一种聚风式风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体说一种聚风塔和一种聚风式风力发电机组。
背景技术
从目前的风力发电领域来看，占据市场主要份额的是水平轴风力发电机。上述风力发电机的结构主要包括基础环、底座、塔筒、轮毂、机舱、水平轴风力发电机和三个叶片，在工作时，自然风力带动叶片转动，叶片通过齿轮箱或直接驱动发电机旋转，从而实现风力发电。上述风机结构较为简单，制造工艺相对较为成熟。若想提高上述风机的发电量，扩大风机叶片的扫风面积是首当其冲的办法。以5兆瓦风力发电机为例，风机叶片的长度便达到62.5米左右，单片重量一般为22吨左右。因此，只有在风速达到12米每秒左右的条件下，上述风机才能实现满功率运行。自然而然，为保证发电量，市场上类似主流风机的风场建设对选址也有着严格的要求，风速必须达到3米每秒，才能满足叶片启动的条件；8米每秒才能满足风场建设的要求；并且，由于上述风机塔筒较高，叶片较重，运输、装机、维护的成本均居高难下。并且在面对冰冻、强暴风突然袭击等恶劣气候环境下，风机叶片很难迅速做出反应，容易造成风机严重的损害。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种聚风塔和一种聚风式风力发电机组。
本发明的技术方案是：一种聚风塔，包括依次密封固定连接的集风装置、导风管、工作管，所述工作管包括送风管、扩散器、排风口，所述集风装置设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风装置的下方设有出风口，所述导风管的进风端与所述集风装置出风口相连，所述导风管的出风口与所述送风管的进风口相连，所述送风管的另一端出风口与所述扩散器的进风口相连，所述扩散器的出风口与所述排风口相连，其中：
所述集风装置由两个或两个以上的，旋转方向相同的涡旋聚风通道组成，所述涡旋聚风通道沿圆周方向排列，所述涡旋聚风通道的进风口为喇叭口状，所述涡旋聚风通道的出风口朝向所述圆周的中心。
所述扩散器可以分为收缩段、喉道、扩散段；气流从收缩段进入，通过喉道流入扩散段；所述扩散器的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大，即从收缩段到扩散段先逐渐缩小再逐渐扩大，喉道处内径最小。
所述导风管为上大下小的锥形管；所述送风管为弯管，用于将风的流向从竖直向下流动转换为水平流动。
进一步的，所述涡旋聚风通道由涡旋导风板和上导风板组成；所述涡旋导风板设有两个或两个以上，并沿圆周方向排列；所述涡旋导风板与圆周中轴线的倾角为10°至45°；所述上导风板位于涡旋导风板沿圆周方向排列形成的柱体中心处，所述上导风板的中心向下方收缩，形成开口向上的喇叭口状；所述上导风板外壁与所述涡旋导风板的内侧壁密封连接；气流通过涡旋聚风通道后，将从水平气流转换为涡旋气流。
进一步的，所述集风装置还包括喇叭口竖直风道；所述喇叭口竖直风道由中心向下方收缩上导风板形成；所述上导风板是开口向上的喇叭口状；所述上导风板内径最大处设有进风口，所述上导风板内径小处设有出风口。换言之，所述上导风板的内径最小处可选择做密封处理，或选择设置一个出风口；或直接在出风口设置一个风门装置，用于开启或关闭喇叭口竖直风道。若将上导风板的内径最小处密封，整个集风装置则仅设有涡旋聚风通道；若设置出风口，则上导风板还能形成喇叭口竖直风道。气流通过涡旋聚风通道后形成漩涡气流，漩涡气流将会对处于中心处的喇叭口竖直风道内的气流形成吸力，增大集风装置的集风能力。
进一步的，为实现对风能利用的灵活控制，提高风流加速效果，提升风能利用效率，所述工作管为多工作支路结构；所述各工作支路的送风管进风口共同与所述导风管的出风口密封固定连接；所述工作支路优选2至6条。所述各工作支路中送风管的出风口处设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭任意一个或多个工作支路。
进一步的，为提高风速，提升发电效率，所述集风装置的迎风面积是所述每条工作支路中扩散器内径最小处的截面积之和的5~15倍，优选8~10倍。所述集风装置的迎风面积是指集风装置进风口的迎风面积，即是集风装置进风口迎风面的高度和集风装置的直径之积；所述扩散器内径最小处截面积是指喉道处截面积；所述每条工作支路中扩散器内径最小处的截面积之和是指：喉道处截面积乘以工作支路的条数。因此可用公式表达为：(集风装置进风口迎风面积) / (喉道截面积*工作支路条数) 约等于5至15。
进一步的，为防止自然风倒灌入扩散器中，在所述排风口处设有挡风板，所述挡风板正对所述扩散器的出口，用于防止自然风从所述排风口吹入所述扩散器内。
一种聚风式风力发电机组，包括聚风塔和风机，所述聚风塔具体为上述所述的聚风塔，所述风机设置在所述扩散器的内径最小处，所述风机为水平轴风机或竖直轴风机。
本发明的有益效果是：本发明的聚风塔，集风装置在上方，空气收集后在风压作用下形成涡旋流被加速推入工作管道，叶轮安置在工作管道中驱动发电机，将风能转换成电能。并且，集风装置设有涡旋聚风通道和喇叭形竖直风道；涡旋聚风通道形成的漩涡风能形成负压对喇叭形竖直风道中的空气产生吸力，形成竖直风，加大集风装置的集风量。集风装置的迎风面积是所述每条工作支路中扩散器内径最小处的截面积之和的8～10倍时，风流加速效果能得到明显提升。工作管道为多支路均布式，当工作管道有2～6条支路时，风流加速效果显著提升。该装置能将风流收集后进行加速，适用范围广，特别适合微风发电；可扩大风资源的利用，对现有传统风力发电系统有替代性进步。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明结构分解示意图。
图3是本发明集风装置结构正视图。
图4是本发明集风装置仰视图。
图中：1是集风装置、2是导风管、3是送风管、4是扩散器、11是涡旋聚风通道、12是喇叭形竖直风道、13是涡旋导风板、14是上导风板、41是扩散器的收缩段、42是扩散器的喉道、43是扩散器的扩散段，图中未标记的箭头表示气流方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1和图2所示，一种聚风塔，包括依次密封固定连接的集风装置1、导风管2、工作管，所述工作管包括送风管3、扩散器4和排风口，所述集风装置1设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风装置1的下方设有出风口，所述导风管2的进风口与所述集风装置1出风口相连，所述导风管2的出风口与所述送风管3的进风口相连，所述送风管3的出风口与所述扩散器4的进风口相连，所述扩散器4的出风口与所述排风口相连。
所述扩散器4的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大；所述扩散器可以分为收缩段41、喉道42、扩散段43；气流从收缩段进入，通过喉道流入扩散段；所述扩散器的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大，即从收缩段到扩散段先逐渐缩小再逐渐扩大，喉道处内径最小。所述扩散器喉道42的外壁设有加强筋。
所述导风管2为上大下小的锥形管；所述送风管3为弯管，用于将风的流向从竖直向下流动转换为水平流动。
所述聚风塔的工作管为三支路工作管；所述各工作支路的送风管3进风口共同与所述导风管2的出风口密封固定连接。在所述三条工作支路中，每个送风管3工作支路的出风口处设有风门装置，所述风门装置可根据风速大小情况而开启或关闭任意一个或多个工作支路。每条工作支路的排风口处设有挡风板，所述挡风板正对所述扩散器4的出口，用于防止自然风从所述排风口吹入所述扩散器内。
所述集风装置1的迎风面积S1是指集风装置1进风口迎风面的高度h与集风装置的直径Φd之积，即S1=h*Φd；扩散器内径最小处即喉道42的截面积为S2；S1和S2的关系是：S1是(3*S2)的8倍左右。所述工作管的外壁底部设有支撑装置，保证聚风塔能平稳的安放。
所述集风装置1由六个旋转方向相同的涡旋聚风通道11组成。所述每个涡旋聚风通道11均沿圆周方向排列，所述涡旋聚风通道11的进风口为喇叭口状，所述涡旋聚风通道11的出风口朝向所述圆周方向的中心。通过集风装置1后，气流将从水平气流变成涡旋气流，从集风装置的仰视视角观察，通过集风装置的气流将形成逆时钟方向的涡旋气流。
所述六个涡旋聚风通道11由六个涡旋导风板13和1个上导风板14组成；所述六个涡旋导风板13沿圆周方向排列，所述涡旋导风板与圆周中轴线的倾角为10°至45°；所述上导风板14位于涡旋导风板13沿圆周线方向排列形成的圆柱体中心，所述上导风板的中心向下方收缩，形成开口向上的喇叭口状；所述上导风板14外壁与所述涡旋导风板13的内侧壁密封连接；所述喇叭口状的上导风板在内径最小处是密封的，并不会形成风道。
实施例2
如图3和图4所示，在实施例1的基础上，所述集风装置1除包括涡旋聚风通道11外，还进一步的包括喇叭形竖直风道12。
进一步的，所述集风装置还包括喇叭口竖直风道；所述喇叭口竖直风道由中心向下方收缩的上导风板形成；所述上导风板是开口向上的喇叭口状。所述喇叭口状的上导风板沿收缩方向设有喇叭口竖直风道，上导风板内径最大处设有进风口，内径小处设有出风口；即喇叭口上下均不密封。集风装置1在涡旋聚风通道11的基础上，再添加喇叭形竖直风道12；涡旋聚风通道11形成的漩涡气流能形成负压，从而对喇叭形竖直风道12中的空气产生吸力，形成向下的竖直气流，大大提升了集风装置的集风量。
实施例2中的其他结构均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
在实施例1和实施例2的基础上，实施例3是关于一种聚风式风力发电机组。所述聚风式风力发电机组包括聚风塔和风机，所述聚风塔具体为实施例1和实施例2所述的聚风塔，所述风机设置在所述扩散器的内径最小处42，所述风机可以为水平轴风机或竖直轴风机。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，如工作支路的数量、涡旋导风板和上导风板的数量可以根据设计调整，其形状还可以为其他形状，只要其最终形成一个涡旋气流或者涡旋气流和竖直气流的结合都属于本专利所要求的权利保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的排列变化、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚风塔，包括依次密封固定连接的集风装置、导风管、工作管，所述工作管包括送风管、扩散器和排风扣，其特征在于：所述集风装置设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风装置的下方设有出风口，所述导风管的进风口与所述集风装置出风口相连，所述导风管的出风口与所述送风管的进风口相连，所述送风管的出风口与所述扩散器的进风口相连，所述扩散器的出风口与所述排风口相连，所述扩散器的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大；其中：
所述集风装置由两个或两个以上的，旋转方向相同的涡旋聚风通道组成，所述涡旋聚风通道沿圆周方向排列，所述涡旋聚风通道的进风口为喇叭口状，所述涡旋聚风通道的出风口朝向所述圆周的中心。
2.根据权利要求1所述的一种聚风塔，其特征在于：所述涡旋聚风通道由涡旋导风板和上导风板组成；所述涡旋导风板设有两个或两个以上，并沿圆周方向排列；所述涡旋导风与圆周中轴线的倾角为10°至45°；所述上导风板位于涡旋导风板沿圆周方向排列形成的柱体中心处，所述上导风板的中心向下方收缩，形成开口向上的喇叭口状；所述上导风板外壁与所述涡旋导风板的内侧壁密封连接；所述涡旋聚风通道用于将水平气流转换为涡旋气流。
3.根据权利要求2所述的一种聚风塔，其特征在于：所述上导风板内径最大处设有进风口，所述上导风板内径最小处设有出风口；所述上导风板形成喇叭口竖直风道。
4.根据权利要求1所述的一种聚风塔，其特征在于：所述导风管为上大下小的锥形管。
5.根据权利要求1所述的一种聚风塔，其特征在于：所述送风管为弯管，用于将风的流向从竖直向下流动转换为水平流动。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种聚风塔，其特征在于：所述工作管为多支路均布式结构；所述各工作支路的送风管进风口共同与所述导风管的出风口密封固定连接；所述工作管支路优选2至6条。
7.根据权利要求6所述的一种聚风塔，其特征在于：所述集风装置的迎风面积是所述每条工作支路中扩散器内径最小处的截面积之和的5~15倍，优选8~10倍。
8.根据权利要求6所述的一种聚风塔，其特征在于：所述每条工作支路中送风管的出风口处设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭任意一条或多条工作支路。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的一种聚风塔，其特征在于：所述排风口处设有挡风板，所述挡风板正对所述扩散器的出口，用于防止自然风从所述排风口吹入所述扩散器内。
10.一种聚风式风力发电机组，包括聚风塔和风机，其特征在于：所述聚风塔具体为权利要求1～9任意一项所述的聚风塔，所述风机设置在所述扩散器的内径最小处，所述风机为水平轴风机或竖直轴风机。
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