CN107178475B - 基于垂直变向的风力发电装置 - Google Patents

基于垂直变向的风力发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于垂直变向的风力发电装置，包括一圆筒形体，所述圆筒形体的筒壁延轴向的截面为：外侧的中部向外凸起构成弧形，内侧为直线形，在圆筒形体中部的筒壁上环绕该圆筒形体的轴线设有多个径向通道，在各个所述径向通道内均设有风力发电装置，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶，所述扇叶的扇叶转轴之轴心与径向通道的轴心重合。本发明的一种基于垂直变向的风力发电装置，能够避免暴风将较大的沙、石粒吹打在扇叶的迎风面上损伤扇叶；在寒冷的暴风雪天气里，能够避免较大的雪粒高速打击在扇叶的迎风面上，克服扇叶旋转效率降低、甚至无法正常转动的技术缺陷。

Description

基于垂直变向的风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种利用空气的压强差进行发电的装置。
背景技术
利用风能吹转扇叶，通过旋转的扇叶带动发电机发电，这种传统的风力发电技术技术成熟且应用广泛。如申请号为201080008030.7的发明专利《风力发电装置》、申请号为201310213028.9的发明专利《风力发电装置及风力发电系统》、申请号为200910161208.0的发明《风力发电机》等，为了跟踪风向，人们还发明了方位跟踪驱动装置，如申请号为01811561.6的发明《风力设备》、申请号为201010236404.2的发明《自动跟踪风向跟踪太阳风光发电系统》。
然而，我们学生科技活动小组在考察南极的能源利用时发现：南极的风力资源虽然极为丰富，但是科考站内的电能却不是利用风力发电，而是使用柴油发电机发电，在南极科考大力进行、南极旅游不断发展的今天，柴油发电不仅要消耗大量的柴油，而且还污染环境。
我们通常所说的12级台风，风速能达到32.6米/秒，够大的了吧？可在南极，风速常常能达到55.6米/秒，有时甚至达到83.3米/秒，这么丰富的风力资源，为什么不用来发电呢？
我们学生科技活动小组的成员经过研究发现，虽然南极的大风天气很多，风能资源非常丰富，但是，由于现有的风力发电装置基本是由多片扇叶组成，中间有一根中轴，这种结构的风力发电装置在南极使用存在如下无法克服的技术缺陷：当较大的沙、石粒吹打在扇叶的迎风面上时，会造成扇叶的损伤；尤其在寒冷的暴风雪天气里，较大的雪粒高速打击在扇叶的迎风面上，其破碎的冰末会粘附在扇叶的表面，冰末的慢慢堆积冻结，扇叶越来越笨重，就会大大降低扇叶的旋转效率，且慢慢堆积冻结，还会改变扇叶原有的迎风面形状，当扇叶的迎风面不再是倾斜的光滑表面时，风吹在扇叶的迎风面上(实际上是吹在扇叶迎风面冻结的冰层上)，扇叶的受力散乱，也会大大降低扇叶的旋转效率，甚至导致扇叶无法正常转动。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于垂直变向的风力发电装置，能够避免暴风将较大的沙、石粒吹打在扇叶的迎风面上损伤扇叶；在寒冷的暴风雪天气里，能够避免较大的雪粒高速打击在扇叶的迎风面上，克服扇叶旋转效率降低、甚至无法正常转动的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于垂直变向的风力发电装置，包括一圆筒形体，所述圆筒形体的筒壁延轴向的截面为：外侧的中部向外凸起构成弧形，内侧为直线形，在圆筒形体中部的筒壁上环绕该圆筒形体的轴线设有多个径向通道，在各个所述径向通道内均设有风力发电装置，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶，所述扇叶的扇叶转轴之轴心与径向通道的轴心重合。
所述风力发电装置还包括发电机，所述扇叶转轴通过变速器与所述发电机转动连接。
所述风力发电装置通过支撑杆(8)固定于径向通道内。
所述支撑杆至少有一个为空心结构，所述风力发电装置的输电线和控制线经由该空心结构的支撑杆与径向通道外部相应的电器部件相连接。
所述圆筒形体通过支架固定于地面上。
所述圆筒形体与支架之间通过铰轴可转动连接，支架上设有风向跟踪装置。
一种基于垂直变向的风力发电装置，包括一圆筒形体，所述圆筒形体的筒壁延轴向的截面为平凸翼型或凹凸翼型，在圆筒形体中部的筒壁上环绕该圆筒形体的轴线设有多个径向通道，在各个所述径向通道内均设有风力发电装置，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶，所述扇叶的扇叶转轴之轴心与径向通道的轴心重合。
所述径向通道里端的圆筒形体的内壁处设有向外侧凹陷的凹腔。
与现有技术相比本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，所述圆筒形体的筒壁延轴向的截面为：外侧的中部向外凸起构成弧形，内侧为直线形，在圆筒形体中部的筒壁上环绕该圆筒形体的轴线设有多个径向通道，在各个所述径向通道内均设有风力发电装置，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶，所述扇叶的扇叶转轴之轴心与径向通道的轴心重合，这种结构的圆筒形体，当大风从圆筒形体的左端向右端流动时，根据伯努利原理(即流体的流速越大，其压强越小；流速越小，其压强越大)，由于所述圆筒形体的外周为上凸的弧面，圆筒形体的筒内为直通的通道，圆筒形体筒内的风的流速低于外周的风的流速，从而使得圆筒形体筒内的压强大于外周的压强，产生了气压差，径向通道里端的压强大于外端的压强，径向通道内就会产生从里端向外端流动的气流，设在径向通道内的扇叶就会被气流推动而旋转，从而驱动风力发电装置发电，因径向通道垂直于圆筒形体的轴线，这样的结构使所述发电装置不必直接面对暴风雪，避免暴风将较大的沙、石粒吹打在扇叶的迎风面上损伤扇叶；在寒冷的暴风雪天气里，能够避免较大的雪粒高速打击在扇叶的迎风面上，从而避免积雪在扇叶迎风面上冻结，克服了扇叶旋转效率降低、甚至无法正常转动的技术缺陷。适合在南极极端恶略的环境中使用。
为进一步提高发电效率，所述径向通道里端的圆筒形体的内壁处设有向外侧凹陷的凹腔，这种结构，可以进一步降低流入圆筒形体筒内的气流的速度，从而提高筒内气流与筒外气流之间的压强差，进一步提高发电效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A—A向剖视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1开设了凹腔的结构示意图；
图5是本发明另一种结构的示意图；
图6是5的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图1至6，对本发明进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明的保护范围。
本发明是一种基于垂直变向的风力发电装置，包括一圆筒形体1，所述圆筒形体1的筒壁延轴向的截面为：外侧的中部向外凸起构成弧形2，内侧为直线形3，在圆筒形体1中部的筒壁上环绕该圆筒形体1的轴线设有多个径向通道4，在各个所述径向通道4内均设有风力发电装置，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶5，所述扇叶5的扇叶转轴之轴心与径向通道4的轴心重合。作为优选，圆筒形体1的筒壁可以是空腔结构。
作为优选，径向通道4可以设置四个、六个、或更多，径向通道4的直径和圆筒形体1的筒内直通道的直径大小可以调整，以产生合适的压差为标准，多个径向通道4最好是环绕圆筒形体1的轴线均匀分布，每个径向通道4内均设置风力发电装置。所述风力发电装置还包括发电机6，所述扇叶转轴通过变速器7与所述发电机6转动连接。所述变速器7，可以是减速器，也可以是可控变速机构等等。所述风力发电装置可以通过支撑杆8固定于径向通道4内，所述支撑杆8至少有一个为空心结构，所述风力发电装置的输电线和控制线经由该空心结构的支撑杆8与径向通道4外部相应的电器部件相连接，所述外部相应的电器部件，例如控制器，用电器，变压器等等，这些电器部件可以安装在圆筒形体1的空腔内，也可以安装在地面。在南极，基本都是东南风，可以将圆筒形体1的左端迎着风向，将圆筒形体1通过支架固定于地面上；也可以将圆筒形体1与支架之间通过铰轴可转动连接，支架上设风向跟踪装置，灵活调节跟踪风向，提高发电效率。为进一步提高发电效率，所述径向通道4里端的圆筒形体1的内壁处设有向外侧凹陷的凹腔9，这种结构，可以进一步降低流入圆筒形体1筒内的流体的速度，从而提高筒内流体与筒外流体之间的压强差，提高发电效率。当然，所述凹腔9也可以是环绕筒形体1轴线的凹腔环。
本发明的另一种基于垂直变向的风力发电装置的结构，仅仅是在上述技术方案的基础上，对圆筒形体1的截面进行了变化：具体结构包括一圆筒形体1，所述圆筒形体1的筒壁延轴向的截面为平凸翼型或凹凸翼型，在圆筒形体1中部的筒壁上环绕该圆筒形体1的轴线设有多个径向通道4，在各个所述径向通道4内均设有风力发电装置(参考图5，这种结构，风从左边向右边吹时，径向通道里端与外端的压强差较大，发电效率提高)，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶5，所述扇叶5的扇叶转轴之轴心与径向通道4的轴心重合。
这种流线型的圆筒形体1，风阻小，抗风能力强。
上述技术方案中，当筒壁采用空腔结构时，圆筒形体1的筒壁可以采用不锈钢板材焊接制成，为了简化，空腔体1外壳的厚度没有画出，径向通道4的通道壁厚也没有画出。所述空腔内可以放置相应的电器部件，例如控制器，用电器，变压器等等。
平凸翼型参见：
http://baike.baidu.com/link？url＝XCUVg1NYj2TYxiAKog2sLk98rvoc7oUN8fEjugo6LqBi_-n59iijOwY3nqXFcuOhsJAV37l2aXuCzRTukey0fnZY7gGR9R8tDH0bRB_AwnIyEEZAVYRNTp1jzaSoTvHy；
凹凸翼型参见：
http://baike.baidu.com/link？url＝laeIltwl3CoizpGoRgRuVFkYAyRQGiaSon1sIvO8yLEYspkBE9K1eaqLHom5P0_mMgL-duFK2WCLAc08tHdSIXox-YUnqN7cVbwqPxnuU0jadi1gwWxY4W67RC9Asiqh。

Claims (7)

1.一种基于垂直变向的风力发电装置，包括一圆筒形体（1），在圆筒形体（1）中部的筒壁上环绕该圆筒形体（1）的轴线设有多个径向通道（4），在各个所述径向通道（4）内均设有风力发电装置，所述风力发电装置包括用于驱动该风力发电装置的扇叶（5），所述扇叶（5）的扇叶转轴之轴心与径向通道（4）的轴心重合，其特征在于：所述圆筒形体（1）的筒壁延轴向的截面为：外侧的中部向外凸起构成弧形（2），内侧为直线形（3）。
2.根据权利要求1所述的基于垂直变向的风力发电装置，其特征在于：所述风力发电装置还包括发电机（6），所述扇叶转轴通过变速器（7）与所述发电机（6）转动连接。
3.根据权利要求1所述的基于垂直变向的风力发电装置，其特征在于：所述风力发电装置通过支撑杆（8）固定于径向通道（4）内。
4.根据权利要求3所述的基于垂直变向的风力发电装置，其特征在于：所述支撑杆（8）至少有一个为空心结构，所述风力发电装置的输电线和控制线经由该空心结构的支撑杆（8）与径向通道（4）外部相应的电器部件相连接。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的基于垂直变向的风力发电装置，其特征在于：所述圆筒形体（1）通过支架固定于地面上。
6.根据权利要求5所述的基于垂直变向的风力发电装置，其特征在于：所述圆筒形体（1）与支架之间通过铰轴可转动连接，支架上设有风向跟踪装置。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的基于垂直变向的风力发电装置，其特征在于：所述径向通道（4）里端的圆筒形体（1）的内壁处设有向外侧凹陷的凹腔（9）。
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