CN107061141A - 一种设有虹吸风道的风力发电机 - Google Patents

一种设有虹吸风道的风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种设有虹吸风道的风力发电机，包括依次连接的采风模块、导流模块、虹吸模块、风力发电模块和减速降扰模块；采风模块包括采风筒，采风筒的一端设为敞口端结构，采风筒的另一端与导流模块中的导流风筒一端连接，导流风筒的另一端与虹吸模块中的前扩口端连接，前扩口端通过前渐变段延伸至前缩口端，前缩口端与设置在虹吸模块中的风力发电模块的安装段前端连接，风力发电模块的安装段后端与虹吸模块中的后缩口端连接，后缩口端通过后渐变段延伸至后扩口端，虹吸模块中的后扩口端与喇叭筒状结构的减速降扰模块的喇叭形缩口端连接。该风力发电机可解决传统兆瓦级风力发电机低风速不能发电，微风小型发电机发电功率又偏小问题。

Description

一种设有虹吸风道的风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及设有虹吸风道的风力发电机。
背景技术
由于现代工业的发展，大量不可再生能源被大量使用，尤其是化石能源的使用加剧了地球的温室效应。为了避免能源枯竭及减少温室气体排放，大力提高可循环清洁能源的使用，具有非常重要的意义。
我国传统意义上的优质风场需要风速达到每秒3米以上，且全年会有很多时间因为风速过大或过小而无法正常发电。且这些风场大多远离用电集中的都市区。
传统的兆瓦级风力发电机通常拥有巨大的叶片、塔桶和发电主机，制造、运输、安装、维保的成本都非常的高昂。且传统兆瓦级风力发电机的扰流、风噪、物理破坏等对周边植被、动物及综合生态造成了巨大的影响。
现太阳能发电技术和风力发电技术作为一项清洁能源技术受到越来越广泛的重视。而在一些地区，太阳能发电技术并不能大力的推广，只能采用风力发电，而现在的风力发电机结构较为单一，且每个都是直接将弧形扇叶安装在发电机的主轴上，
风力发电机是常见的风能利用装置，它一般包括风车螺旋桨叶片和与之相连的机械能、电能转换装置，它利用风力推动叶片旋转产生电能。由于输出电功率的要求和叶片结构的自重，只有达到一定的风速风级，如风力大于四级才能使叶片旋转，而在风速风级较低时，风力发电机不能工作，这就限制了低于该风级的风能的有效利用，特别是在常年风速较低的地区无法有效利用风能。如“多泵集能及射流增能调速的风能利用装置”，专利号：ZL99247727.1；权公告号：CN2395050Y，它可在风车叶片的中尾端起到增加风速的增能作用，设于叶片上的通过阀门、进气管与集气增压罐连通的射流增能器。但由于设于叶片上的射流增能器随叶片转动，收集的压缩气体很难通过射流增能器，技术难度大，无法起到射流增能的作用，非常可惜。依据风力发电机的功率计算公式：N＝V3D2K/2080，千瓦。式中：V--风速，米/秒；D--风轮直径，米；K--风能利用系数，K≤0.455。显而易见，风速V3是提高风力发电机功率最重要性参数，然而，风速是大自然给定的，人们只能是加大风轮直径D2，提高风能利用系数K，但仍受到设备材料强度、科技含量及风电成本的制约。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单、重量轻、便于加工制作、能有效利用、引导风力，解决传统兆瓦级风力发电机低风速不能发电，微风小型发电机发电功率又偏小问题的设有虹吸风道的风力发电机。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种设有虹吸风道的风力发电机，所述风力发电机包括依次连接的采风模块、导流模块、虹吸模块、风力发电模块和减速降扰模块；所述采风模块包括一端呈开放式的采风筒，采风筒的另一端与筒状结构的导流模块中的导流风筒一端连接，导流风筒的另一端与筒状结构的虹吸模块中的前扩口端连接，前扩口端通过虹吸模块中的前渐变段延伸至前缩口端，前缩口端与设置在虹吸模块中的风力发电模块的安装段前端连接，虹吸模块中风力发电模块的安装段后端与虹吸模块中的后缩口端连接，后缩口端通过后渐变段延伸至后扩口端，虹吸模块中的后扩口端与喇叭筒状结构的减速降扰模块的喇叭形缩口端连接。
为了适应不同风能使用环境的需求，或适用于不同安装环境的需要，优选的技术方案是，所述依次连接的采风模块、导流模块、虹吸模块、风力发电模块和减速降扰模块包括立式设置、卧式设置或其他多种结构。
为了便于将不同方向吹来的风引入到采风筒内，优选的技术方案还有，在所述采风模块中至少设有一片导风隔板，所述导风隔板在采风筒敞口端的上端设有导风隔板支架，导风隔板的形状可根据实际需要可设置成任意形状。
为了便于加工便于安装使用，降低气体流动的阻力，优选的技术方案还有，所述筒状结构的采风筒、导流模块中的导流风筒、虹吸模块中的前扩口端、虹吸模块中的前渐变段、前缩口端、虹吸模块中的后缩口端、后扩口端以及减速降扰模块的喇叭形缩口端的任意部位其垂直于轴线的截面均为圆形。
为了充分利用风能，提高风力发电的效率，优选的技术方案还有，在所述风力发电模块内至少安装有一台风力发电机。
为了适用于卧式设置的设有虹吸风道的风力发电机安装使用，优选的技术方案还有，所述导流风筒为直筒形或为L形的导流风筒。
为了使风能得到充分利用，使得采风筒的敞口端时时都能够朝向风向，优选的技术方案还有，在所述采风筒与导流风筒的连接部位设有采风筒的转向驱动机构，转向驱动机构用于驱动采风筒的敞口端沿平面转动，使其朝向风向，在采风筒附近设有风向指向机构，所述风向指向机构用于指示风向，并将风向信号传送给转向驱动机构。
为了使得采风筒能够在风向指向机构的引导下，使其采风筒的敞口端始终朝向风向的位置，并可使其在该位置处被制动，进一步优选的技术方案还有，在所述转向驱动机构中包括与采风筒通过第一轴承连接的导流风筒，其中采风筒敞口端的轴线呈水平设置，采风筒呈弯头结构，在呈弯头结构的采风筒的竖直段的外部设有外齿环，所述外齿环与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮与伺服电机的输出轴通过键连接，所述伺服电机固定在导流风筒上；在所述外齿环的上面或外齿环的下面设有与其同步转动的第一信号接收器，在与第一信号接收器位置相对应的第一固定环上设有若干个第一信号发射器，第一固定环与导流风筒固定连接，在外齿环的附近还设有外齿环制动器。
为了便于灵活地捕捉到风向，并将风向信号传送给采风筒的转向驱动机构，进一步优选的技术方案还有，在所述风向指向机构中设有随风向转动的风向板及第二信号发射器，以及与第二信号发射器位置相对应且固定在第二固定环上的若干个第二信号接收器；所述风向板竖向设置，风向板的一边与竖直的转轴固定连接，转轴的底部通过第二轴承与基座连接，可将第二信号发射器设置在转轴上且与风向板的位置相对应，第二固定环上的若干个第二信号接收器呈圆形环绕在转轴的外缘上。
为了便于控制采风筒的转向使其与风向板的方向角度始终相对应，进一步优选的技术方案还有，所述转向驱动机构中的伺服电机、外齿环制动器、第一信号接收器、第一信号发射器、第二信号发射器和第二信号接收器分别与控制器连接，通过控制器控制采风筒的敞口端与风向板的方位同步。
上述技术方案中采风筒自动导向机构的工作原理和过程是：
先将风向指向机构安装在通风条件较好的高台上，风向指向机构中包括有风向板(形状如同小三角旗)，将风向板的一边与竖直的转轴固定连接，再将转轴的底部通过第二轴承与高台上的基座连接，将第二信号发射器安装在转轴上，使其可以随着转轴一起转动，且第二信号发射器的安装位置应最好与风向板的位置相对应。在一个固定的圆环上安装由若干个第二信号接收器(如在圆周角的每一度安装一个第二信号接收器)，使得固定圆环与转轴同心，且固定地设置在高台上。
将采风筒通过第一轴承安装在导流风筒的一端连接。在导流风筒安装有伺服电机，在伺服电机的输出轴上装有驱动齿轮，驱动齿轮与外齿环啮合，将外齿环安装在弯头结构的采风筒的竖直段上，伺服电机可驱动采风筒转动，且使其采风筒的敞口端沿平面旋转。在外齿环的上面或下面安装有随外齿环一起转动的第一信号接收器，在导流风筒上安装有与外齿环位置相对应的固定圆环，沿圆环的一周安装有若干个第一信号发射器(如在圆周角的每一度安装一个第一信号发射器)，在外齿环的边缘安装有制动器(如液压制动器或气动制动器)。
将第一信号接收器、第一信号发射器、第二信号接收器、第二信号发射器、制动器、伺服电机分别与控制器连接。
当自然风吹动风向指向机构中的风向板后，风向板即可随着风向转动到某一固定的角度范围，同时与转轴一起转动的第二信号发射器也旋转到相应的角度范围，并且发出光信号或电磁信号，在风向指向机构中被安装在固定环上的若干个第二信号接收器中的某一个第二信号接收器接收到第二信号发射器发出的信号，该信号便是风向板的角度信号，也就是风向的信号。接收器到第二信号发射器发出信号的那个第二信号接收器，将接收到的风向角度信号传送给控制器。控制器接收到其风向信号后，对应的将其风向信号同步的传送给采风筒的转向驱动机构中的固定圆环上面若干个第一信号发射器中的某一个第一信号发射器，接收到控制器发来信号的那个第一信号发射器，其圆周角的方位与接收到第二信号发射器发出信号的那个第二信号接收器的方位角相同。与此同时控制器启动伺服电机，伺服电机通过输出轴、驱动齿轮、外齿环驱动采风筒转动，采风筒的转动可带动第一信号接收器一起转动，当第一信号接收器接收到发射出信号的那个第一信号发射器发出的信号后，第一信号接收器将其接收到的信号传送给控制器，控制器接收到第一信号接收器发来的信号后，立即启动制动器制动外齿环。至此固定在外齿环上的采风筒的敞口端的圆周角方位与风向板的圆周角方位保持一致，这样就可使风能得到最大的利用。
本发明的优点和有益效果在于：该设有虹吸风道的风力发电机具有结构简单、重量轻、便于加工制作、能有效利用、引导风力等特点。其中在虹吸模块的风道内通过改变风道的截面积，既缩小风管道的直径，从而使得气流的单位流量加速，使得风速得以提高从而实现自然微风也能高效率发电的目的。还可在风道缩管径区域内设置一台或多台风力发电机组，利用加速后的气流对风力发电机机做功发电。在发电工作完成后的区域内通过逐步扩大管径的减速降扰模块，可降低风速消除风噪，降至达到或低于外部风速时自然释放。由于该设有虹吸风道的风力发电机整体的外表面积较大，还可在其外表面上贴装太阳能电池片，及相应的太阳能电池转换电路，使其在进行风力发电的同时，还可以进行太阳能发电。
附图说明
图1是本发明设有虹吸风道的风力发电机的立式安装结构示意图；
图2是本发明设有虹吸风道的风力发电机的卧式安装结构示意图；
图3是本发明设有虹吸风道的风力发电机中设有采风筒驱动机构及风向指向机构的结构示意图；
图4是图3中A部的局部放大图，也是采风筒驱动机构的结构示意图；
图5是图3中风向指向机构的结构示意图。
图中：1、采风模块；1.1、采风筒；1.2、敞口端；1.3、导风隔板；1.4、导风隔板支架；2、导流模块；2.1、导流风筒；3、虹吸模块；3.1、前扩口端；3.2、前渐变段；3.3、前缩口端；3.4、安装段；3.5、后缩口端；3.6、后渐变段；3.7、后扩口端；4、风力发电模块；5、减速降扰模块；5.1、喇叭形缩口端；6、外齿环；7、驱动齿轮；8、第二信号发射器；9、第一信号接收器；10、第一固定环；11、第一信号发射器；12、外齿环制动器；13、风向板；14、第二信号发射器；15、第二固定环；16、第二信号接收器；17、转轴；18、基座；19、第一轴承；20、第二轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、2、3所示，本发明是一种设有虹吸风道的风力发电机，所述风力发电机包括依次连接的采风模块1、导流模块2、虹吸模块3、风力发电模块4和减速降扰模块5；所述采风模块1包括筒状结构的采风筒1.1，采风筒1.1的一端设为敞口端1.2结构，采风筒1.1的另一端与筒状结构的导流模块2中的导流风筒2.1一端连接，导流风筒2.1的另一端与筒状结构的虹吸模块3中的前扩口端3.1连接，前扩口端3.1通过虹吸模块3中的前渐变段3.2延伸至前缩口端3.3，前缩口端3.3与设置在虹吸模块3中的风力发电模块4的安装段3.4前端连接，虹吸模块3中风力发电模块4的安装段3.4后端与虹吸模块3中的后缩口端3.5连接，后缩口端3.5通过后渐变段3.6延伸至后扩口端3.7，虹吸模块3中的后扩口端3.7与喇叭筒状结构的减速降扰模块5的喇叭形缩口端5.1连接。
为了适应不同风能使用环境的需求，或适用于不同安装环境的需要，本发明优选的实施方案是，所述依次连接的采风模块1、导流模块2、虹吸模块3、风力发电模块4和减速降扰模块5包括立式设置或卧式设置的两种结构。
为了便于将不同方向吹来的风引入到采风筒内，本发明优选的实施方案还有，在所述采风筒1.1的敞口端1.2设有三片导风隔板1.3，所述导风隔板1.3在采风筒敞口端1.2上端设有导风隔板支架1.4，导风隔板的形状可根据实际需要可设置成任意形状。
为了便于加工便于安装使用，降低气体流动的阻力，本发明优选的实施方案还有，所述筒状结构的采风筒1.1、导流模块2中的导流风筒2.1、虹吸模块3中的前扩口端3.1、虹吸模块中3的前渐变段3.2、前缩口端3.3、虹吸模块3中的后缩口端3.5、后扩口端3.7以及减速降扰模块的喇叭形缩口端5.1的任意部位其垂直于轴线的截面均为圆形。
为了充分利用风能，提高风力发电的效率，本发明优选的实施方案还有，在所述风力发电模块4内安装有三台风力发电机。
为了适用于卧式设置的设有虹吸风道的风力发电机安装使用，本发明优选的实施方案还有，所述导流风筒2.1为直筒形或为L形的导流风筒。
为了使风能得到充分利用，使得采风筒的敞口端时时都能够朝向风向，本发明优选的实施方案还有，在所述采风筒1.1与导流风筒2.1的连接部位设有采风筒1.1的转向驱动机构，转向驱动机构用于驱动采风筒的敞口端1.2沿平面转动，使其朝向风向，在采风筒1.2附近设有风向指向机构，所述风向指向机构用于指示风向，并将风向信号传送给转向驱动机构。
如图3所示，为了使得采风筒能够在风向指向机构的引导下，使其采风筒的敞口端始终朝向风向的位置，并可使其在该位置处被制动，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述转向驱动机构中包括与采风筒1.1通过第一轴承19连接的导流风筒2.1，其中采风筒敞口端1.2的轴线呈水平设置，采风筒1.1呈弯头结构，在呈弯头结构的采风筒1.1的竖直段的外部设有外齿环6，所述外齿环6与驱动齿轮7啮合，所述驱动齿轮7与伺服电机8的输出轴通过键连接，所述伺服电机8固定在导流风筒2.1上；在所述外齿环6的下面设有与其同步转动的第一信号接收器9，在与第一信号接收器9位置相对应的第一固定环10上设有若干个第一信号发射器11，第一固定环10与导流风筒2.1固定连接，在外齿环6的附近还设有外齿环制动器12。
如图3所示，为了便于灵活地捕捉到风向，并将风向信号传送给采风筒的转向驱动机构，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述风向指向机构中设有随风向转动的风向板13及第二信号发射器14，以及与第二信号发射器14位置相对应且固定在第二固定环15上的若干个第二信号接收器16；所述风向板13竖向设置，风向板13的一边与竖直的转轴17固定连接，转轴17的底部通过第二轴承20与基座18连接，可将第二信号发射器16设置在转轴17上且与风向板的13位置相对应，第二固定环15上的若干个第二信号接收器16呈圆形环绕在转轴17的外缘上。
为了便于控制采风筒的转向使其与风向板的方向角度始终相对应，本发明进一步优选的实施方案还有，所述转向驱动机构中的伺服电机8、外齿环制动器12、第一信号接收器9、第一信号发射器11、第二信号发射器14和第二信号接收器16分别与控制器(图中未视)连接，通过控制器控制采风筒1.1的敞口端1.2与风向板13的方位同步。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括依次连接的采风模块、导流模块、虹吸模块、风力发电模块和减速降扰模块；所述采风模块包括一端呈开放式的采风筒，采风筒的另一端与筒状结构的导流模块中的导流风筒一端连接，导流风筒的另一端与筒状结构的虹吸模块中的前扩口端连接，前扩口端通过虹吸模块中的前渐变段延伸至前缩口端，前缩口端与设置在虹吸模块中的风力发电模块的安装段前端连接，虹吸模块中风力发电模块的安装段后端与虹吸模块中的后缩口端连接，后缩口端通过后渐变段延伸至后扩口端，虹吸模块中的后扩口端与喇叭筒状结构的减速降扰模块的喇叭形缩口端连接。
2.如权利要求1所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，所述依次连接的采风模块、导流模块、虹吸模块、风力发电模块和减速降扰模块包括立式设置、卧式设置结构。
3.如权利要求1所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，在所述采风模块中至少设有一片导风隔板，所述导风隔板在采风筒敞口端的上端设有导风隔板支架。
4.如权利要求所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，所述具有导风隔板的筒状结构采风筒、导流模块中的导流风筒、虹吸模块中的前扩口端、虹吸模块中的前渐变段、前缩口端、虹吸模块中的后缩口端、后扩口端以及减速降扰模块的喇叭形缩口端的任意部位其垂直于轴线的截面均为圆形。
5.如权利要求1所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，在所述风力发电模块内至少安装有一台风力发电机。
6.如权利要求1所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，所述导流风筒为直筒形或为L形的导流风筒。
7.如权利要求1所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，在所述采风筒与导流风筒的连接部位设有采风筒的转向驱动机构，转向驱动机构用于驱动采风筒的敞口沿平面转动，使其朝向风向，在采风筒附近设有风向指向机构，所述风向指向机构用于指示风向，并将风向信号传送给转向驱动机构。
8.如权利要求7所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，在所述转向驱动机构中包括与采风筒通过第一轴承连接的导流风筒，其中采风筒敞口端的轴线呈水平设置，采风筒呈弯头结构，在呈弯头结构的采风筒的竖直段的外部设有外齿环，所述外齿环与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮与伺服电机的输出轴通过键连接，所述伺服电机固定在导流风筒上；在所述外齿环的上面或外齿环的下面设有与其同步转动的第一信号接收器，在与第一信号接收器位置相对应的第一固定环上设有若干个第一信号发射器，第一固定环与导流风筒固定连接，在外齿环的附近还设有外齿环制动器。
9.如权利要求7所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，在所述风向指向机构中设有随风向转动的风向板及第二信号发射器，以及与第二信号发射器位置相对应且固定在第二固定环上的若干个第二信号接收器；所述风向板竖向设置，风向板的一边与竖直的转轴固定连接，转轴的底部通过第二轴承与基座连接，可将第二信号发射器设置在转轴上且与风向板的位置相对应，第二固定环上的若干个第二信号接收器呈圆形环绕在转轴的外缘上。
10.如权利要求8或9所述的设有虹吸风道的风力发电机，其特征在于，所述转向驱动机构中的伺服电机、外齿环制动器、第一信号接收器、第一信号发射器、第二信号发射器和第二信号接收器分别与控制器连接，通过控制器控制导流风筒的敞口端与风向板的方位同步。
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