CN106907301A - 热风塔风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明给出一种热风塔风力发电机，它的结构包括：塔体、支架、叶片、叶轮、机座、传动装置、发电机；塔体酷似粗大的烟囱，水平的支架的两端固定于塔体内壁上，支架中部有一个轴承，它用于固定叶轮中心轴的上轴头，叶轮可以旋转，它包括中心轴和多个悬臂，每个悬臂固定承载一片竖立的叶片，中心轴的下轴头通过机座上的坐力轴承后，与传动装置相连接，传动装置带动发电机发电，其特征在于：对应叶片高度，在塔体的圆周壁面上，有多个进气口。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术，特别是涉及热风塔风力发电机。
背景技术
1978年，德国J.Schlaich教授提出太阳能烟囱发电的构想，随后由德国政府和西班牙一家电力企业联合资助，于1982年在西班牙建成世界上第一座太阳能烟囱发电站。这座电站的烟囱高度为200m，烟囱直径10.3m，集热棚覆盖区域直径约为250m。白天，涡轮发电机的转速为1500rpm，输出功率为100kW；在夜间涡轮发电机的转速为1000rpm，输出功率为40kW J。
太阳能烟囱发电技术成功地将3种成熟技术结合为一体：温室技术、烟囱技术和风力透平机技术。集热棚用玻璃或塑料等透明材料建成，并用金属框架作为支撑，集热棚四周与地面留有一定的间隙(高度为H)。大约90％的太阳可见光(短波辐射)能够穿过透明的集热棚，被棚内地面(直径为R)吸收，同时由于温室效应，集热棚能够很好地阻隔地面发出的长波辐射。因此，太阳能集热棚是太阳能的一个有效捕集和贮存系统。棚内被加热的地面(温度为T)与棚内空气(温度为Ti)之间的热交换使集热棚内的空气温度升高，受热空气由于密度下降而上升，进入集热棚中部的烟囱(半径为r，高度为H)。同时棚外的冷空气(温度为T)通过四周的间隙进入集热棚，这样就形成了集热棚内空气的连续流动。热空气在烟囱中上升速度提高，同时上升气流推动涡轮发电机运转发电。
太阳能烟囱发电技术自从提出以后，广泛收到关注。从20世纪80年代开始一直到现在，美国、德国、西班牙、印度、澳大利亚、埃及、摩落哥和南非等一些国家对太阳能烟囱发电及相关技术开展了一系列研究。1983年美国科学家Krisst建了一座烟囱高度为10m，集热棚直径6m，输出功率10W的庭院式太阳能发电装置_3J。1997年在美国佛罗里达大学花园中建了三种不同型式的太阳能烟囱模型进行了大量的理论和实验研究。在印度的拉贾斯坦的塔尔沙漠建一座100MW太阳能烟囱发电站的计划曾得到论证并开始实施，但由于印度和巴基斯坦之间的核竞赛使该计划落空。自从1995年起，由物理学家沃尔夫沃尔特·；斯廷纳领导的小组已提出计划2016年在南非边远的沙漠城锡兴附近建造200MW太阳能烟囱发电站方案，但这庞大的计划仍存在许多巨大的困难，其中所需要的1500m高烟囱计划是前所未有的。
太阳能烟囱发电技术之所以受到广泛的关注，主要因为它具有以下优点：
1)太阳能烟囱发电技术是环境友好的清洁能源，不会象化石能源产生环境污染，太阳能几乎是取之不尽，用之不竭，太阳能烟囱发电技术是可再生能源的开发利用，对缓解日益严重的能源危机有重要意义。
2)太阳能烟囱发电技术适合于建在人口稀少的闲置的土地上，这对于耕地面积锐减的当今世界也具有重要的现实意义，因此太阳能烟囱发电技术特别适合于我国广阔的西部地区，为我国的西部大开发做出独特的贡献。
3)太阳能烟囱发电技术是一种很好的太阳能转化技术，集热棚地面吸收的太阳能不但白天能够发电，而且晚上也能释放能量，保证发电机组的连续运行。
4)太阳能集热棚以及烟囱材料均可以使用现有的常规材料，设备较其它发电技术简单，运行费用低；而且设备规模越大，功率越大，发电的效率也越高，经济性上适合于建立大功率的太阳能烟囱发电站。
5)太阳能烟囱发电技术除了在能源开发上被利用以外，近年来用于改善局部地区的空气扩散，消除局部空气污染上的研究报道也很多。
太阳能烟囱发电技术自从1978年的西班牙的第一座示范工程以来，至今仍没有建成大规模的太阳能发电站，主要因为该技术还存在以下缺点：
1)集热棚的透明材料，很容易被尘土盖上，不易清洗，使透明材料的热交换效率下降。
2)在大风下，透明材料易被破坏。
3)超高烟囱的防风防震的安全问题也值得进一步探讨。
4)与普通的风力机相比，大结构的太阳能烟囱内的涡轮发电机在经济上是不合算的。
5)太阳能烟囱占用大量土地面积。
考虑到工业上有大量余热可以利用，利用工业余热转变成热风，在类似烟囱的粗大热风塔里，热风沿着烟囱上升，同样可以发电，又不用占用大量土地，这样的装置可称作热风塔风力发电机。
发明内容
本发明目的是给出一种热风塔风力发电机，它的结构包括：塔体、支架、叶片、叶轮、机座、传动装置、发电机。
塔体酷似粗大的烟囱，水平的支架的两端固定于塔体内壁上，支架中部有一个轴承，它用于固定叶轮中心轴的上轴头，叶轮可以旋转，它包括中心轴和多个悬臂，每个悬臂固定承载一片竖立的叶片，叶片与塔体内壁距离约半米，中心轴的下轴头通过机座上的坐力轴承后，与传动装置相连接，传动装置带动发电机发电，其特征在于：对应竖立叶片全长的高度区间，在塔体的圆周壁面上，有多个进气口。
所述塔体，它是直立等截面的筒体结构，用钢筋混凝土制成，高度可达百余米，内径可达10余米，在塔底部，对应叶片全长的高度区间，在塔体的圆周壁面上，有多个在相同高度区间的向内沿径向吹风的进气口。
所述叶片，它的结构包括：蒙皮、骨架、填充材料。
叶片的蒙皮利用玻璃复合纤维制作，骨架利用轻金属制作，填充材料为聚氯乙烯泡沫，叶片外形为翼型直叶片，它的横截面是翼型，叶片沿长度方向不扭曲。
所述叶轮，它的结构包括：中心轴、轮毂、中心盘和若干悬臂。
中心轴的中部有一个轮毂，轮毂位于水平的中心盘的中心，轮毂固定中心盘，中心盘的圆周边缘均匀设有多个水平的悬臂，悬臂呈辐射状，向内一端与中心盘固定，每个悬臂的向外一端垂直固定一个竖立的叶片，叶片受气动作用，带动叶轮围绕其直立的中心轴旋转，叶轮承载全部叶片的重力、振动力、离心力和水平的风荷载，用优质钢材制造。
所述传动装置，它的结构包括：换向器、传动轴、增速器。
换向器内部有一对锥齿轮，实现机械传动由竖直到水平的方向转换，它的输入轴垂直向上，与叶轮中心轴的向下的轴头连接，换向器的水平输出轴与传动轴连接，传动轴的另一端连接增速器，增速器提高转数，其输出轴连接发电机。
附图说明
图1是本发明热风塔风力发电机实施例的总体结构图；
图2是本发明热风塔风力发电机实施例的叶片结构图；
图3是本发明热风塔风力发电机实施例的叶轮结构图；
图4是本发明热风塔风力发电机实施例的传动装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
图1给出了本发明热风塔风力发电机实施例的总体结构图。
本发明热风塔风力发电机实施例的总体结构包括：塔体10、支架20、叶片30、叶轮40、机座50、传动装置60、发电机70。
塔体10为钢筋混凝土结构，酷似粗大的烟囱，高度可达百余米，内径可达10米以上，从上到下为等截面。在塔底部，对应叶片全长的高度区间，沿塔体壁面的圆周上，有多个进气口。
支架20用厚钢板制作，位于叶片上部，它的两端固定于塔体内壁上，支架20的中部有一个轴承，它用于固定叶轮40中心轴的上轴头。
叶片30是翼型直叶片，若干个竖立的直叶片类似篱笆式的围成一个圆环形，排列固定在在叶轮40的悬臂上，叶片与塔体内表面距离约半米。叶轮40类似陀螺，可以旋转，它由中心轴、中心盘和多个悬臂组成。悬臂承载竖立的叶片30，悬臂安装在中心盘上，中心盘安装在中心轴上，中心轴可以旋转，它的上端的轴头位于支架30中心的的轴承中，下端的轴头通过机座50上的坐力轴承后，与传动装置60相连接。
传动装置60由换向器和增速机组成，传动装置带动发电机70发电。
由于热风塔的进风口均匀分布在热风塔的圆形墙壁上，从四周向塔内沿径向吹风，风力作用于叶片30上，全部叶片具有同一最佳攻角，每个叶片的不同高度，都具有捕获风能的最佳效率和最大功率。
由于高大热风塔类似烟囱的引力作用，外界的热空气或热烟气，由四周向塔内沿径向吹风，风力作用于叶片30上，全部叶片都受到向同一方向旋转的驱动力矩，叶片通过叶轮悬臂，带动中心轴旋转，中心轴下端的轴头通过机座50上的坐力轴承后，驱动传动装置60，传动装置带动发电机70发电。
本发明热风塔风力发电机实施例不讨论调速和刹车装置。
图2给出了本发明热风塔风力发电机实施例的叶片结构图。
本发明热风塔风力发电机实施例的叶片，它的结构包括：蒙皮31、骨架32、填充材料33。叶片的蒙皮31利用玻璃复合纤维制作，要求它的表面光滑，强度高，韧性好。骨架32利用轻金属制作，比如铝合金，或用不锈钢材料。填充材料33用聚氯乙烯泡沫。
叶片本体31是翼型直叶片，它的横截面是翼型，沿长度方向是不扭曲的直叶片。采用直叶片的原因是它是平动运动，沿长度方向叶片各点所受到的风速、风向都是相同的。热风塔内，四周空气流向中心，沿着径向，向中心轴吹风，因此可以将所有叶片，都调到同一最佳攻角，都能得到最大效率和最大功率。
图3给出了本发明热风塔风力发电机实施例的叶轮结构图。
本发明热风塔风力发电机实施例的叶轮，叶轮类似陀螺，可以直立旋转。它的结构包括：中心轴41、轮毂42、中心盘43和若干悬臂44。直立的中心轴41，它的中部有一个轮毂42，轮毂42位于中心盘的中心，轮毂42固定中心盘43，水平的中心盘43的四周边缘均匀设有若干悬臂44，悬臂44呈辐射状，向内一端与中心盘固定，每个悬臂的向外一端垂直固定一个竖立的叶片。
本发明热风塔风力发电机实施例的叶轮，它承载全部叶片的重力、振动力、离心力和水平的风荷载，需要有较高的强度，用优质的钢材制造。
图4给出了本发明热风塔风力发电机实施例的传动装置结构图。
本发明热风塔风力发电机实施例的传动装置，它的结构包括：换向器62、传动轴63、增速器64。换向器62内部有一对锥齿轮，实现机械传动由竖直到水平的方向转换，它的输入轴61垂直向上，与叶轮的中心轴的向下的轴头连接；换向器62的水平输出轴与传动轴63连接，传动轴63的另一端连接增速器64。增速器64提高转数后，其输出轴连接发电机。
Claims (5)
1.一种热风塔风力发电机，它的结构包括：塔体、支架、叶片、叶轮、机座、传动装置、发电机；塔体酷似粗大的烟囱，水平的支架的两端固定于塔体内壁上，支架中部有一个轴承，它用于固定叶轮中心轴的上轴头，叶轮可以旋转，它包括中心轴和多个悬臂，每个悬臂固定承载一片竖立的叶片，叶片与塔体内壁距离约半米，中心轴的下轴头通过机座上的坐力轴承后，与传动装置相连接，传动装置带动发电机发电，其特征在于：对应竖立叶片全长的高度区间，在塔体的圆周壁面上，有多个进气口。
2.按照权利要求1所述的热风塔风力发电机，其特征在于：所述塔体，它是直立等截面的筒体结构，用钢筋混凝土制成，高度可达百余米，内径可达10余米，在塔底部，对应叶片全长的高度区间，在塔体的圆周壁面上，有多个在相同高度区间的向内沿径向吹风的进气口。
3.按照权利要求1所述的热风塔风力发电机，其特征在于：所述叶片，它的结构包括：蒙皮、骨架、填充材料；叶片的蒙皮利用玻璃复合纤维制作，骨架利用轻金属制作，填充材料为聚氯乙烯泡沫，叶片外形为翼型直叶片，它的横截面是翼型，叶片沿长度方向不扭曲。
4.按照权利要求1或3所述的热风塔风力发电机，其特征在于：所述叶轮，它的结构包括：中心轴、轮毂、中心盘和若干悬臂；中心轴的中部有一个轮毂，轮毂位于水平的中心盘的中心，轮毂固定中心盘，中心盘的圆周边缘均匀设有多个水平的悬臂，悬臂呈辐射状，向内一端与中心盘固定，每个悬臂的向外一端垂直固定一个竖立的叶片，叶片受气动作用，带动叶轮围绕其直立的中心轴旋转，叶轮承载全部叶片的重力、振动力、离心力和水平的风荷载，用优质钢材制造。
5.按照权利要求1所述的热风塔风力发电机，其特征在于：所述传动装置，它的结构包括：换向器、传动轴、增速器；换向器内部有一对锥齿轮，实现机械传动由竖直到水平的方向转换，它的输入轴垂直向上，与叶轮中心轴的向下的轴头连接，换向器的水平输出轴与传动轴连接，传动轴的另一端连接增速器，增速器提高转数，其输出轴连接发电机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170630 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |