CN108150356A - 一种风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电设备，包括集风装置和发电装置，所述集风装置设置有将不同方向的风由水平方向转换为竖直方向的风道；所述发电装置包括发电机和安装于发电机动力轴上的叶片，所述发电机动力轴竖直设置，所述叶片位于风道出口端，所述叶片用于将风能转换为发电机的动能，带动发电机发电。本发明的有益效果在于：将所述发电机动力轴竖直设置，所述集风装置可以将分布于高空的水平方向的风导向为竖直方向的风，整个发电设备安装方便，对地基的要求低，降低安装成本；而且整个发电设备检修维护方便，节省运营成本。

Description

一种风力发电设备

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体的说，涉及一种风力发电设备。

背景技术

能源和环境是当人类生存和发展需要解决的紧迫问题，不可再生能源的大量开采、能源利用中环境的破坏等一系列问题迫使我们在开发利用常规能源的同事，应该更加注重开发科再生的清洁能源，如风能、太阳能、生物质能和水能等，今年来，风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各政府、能源界和环境界的高度重视。地球上风力资源蕴藏量大，清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益。

以煤炭、天然气、石油、水利和和物质为原料或资源的传统电路开发造成了大量的环境负担，如环境污染、酸雨、气候异常、放射性废物处理、石油泄漏等。而以风能为资源的电路开发对环境的影响则十分微小，具有显著的环境友好特性，是典型的清洁能源。风能资源无穷无尽，产能丰富。同时风能具有自主性特点，不会受到国家争端造成的价格动荡和禁运等冲击。

风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。

但现有的风力发电设备主要靠设置在高空的叶片转动来带动发电机发电，但叶片体积庞大又非常重，给吊装带来了很大的困难，安装过程由于叶片对风特别敏感，给安装带来了极大的不便；而且风力发电设备一般在山区使用的较多，庞大的叶片给运输带来了极大的不变；还有沉重的叶片对动力轴的负荷较大，对地基的要求较高，大大减少了风力发电设备的寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种风力发电设备，提高发电效率，降低维修成本，节约运营成本。

为实现该技术目的，本发明的方案是：

一种风力发电设备，包括集风装置和设置于集风装置底部的发电装置，所述集风装置设置有将不同方向的风由水平方向转换为竖直方向的风道；所述发电装置包括发电机和安装于发电机动力轴上的叶片，所述发电机动力轴竖直设置，所述叶片位于风道出口端，所述叶片用于将风能转换为发电机的动能，带动发电机发电。

更进一步的，所述集风装置包括第一集风板和第二集风板，所述第一集风板和第二集风板用于形成能够将水平方向的风转换为竖直方向风的风道。

进一步的，所述风道包括总风道和多个与总风道连通的子风道，所述子风道的进口端设置在竖直平面内，出口端设置在水平平面内并与竖直设置的总风道进口端连接，所述子风道用于接收不同方向的水平风，并将其转换为竖直方向的风；所述总风道用于收集不同方向子风道的风，并输送至叶片顶部。

进一步的，所述子风道从进口端至与总风道连接端为由大到小逐渐缩小。

进一步的，所述集风装置通过支柱固定于设置于地面的地基上，所述支柱设置于总风道周围；所述地基用于安装发电机。

更进一步的，所述子风道的截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种。

更进一步的，所述总风道从与子风道连接端至出口端为由小到大逐渐增大。

更进一步的，所述总风道截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种。

进一步的，所述集风装置还包括风向检查组件，所述风向检查组件设置于集风装置顶部，用于检测风向。

进一步的，所述风道包括子风道和总风道，所述子风道的进口端设置在竖直平面内，所述子风道用于收集不同方向的水平风，并通过设置在子风道末端的导风组件转换为竖直方向的风，并通过竖直设置的总风道将风输送至叶片顶部；所述导风组件与风向检查组件连接，所述导风组件随着风标的转动而转动。

进一步的，所述总风道从与子风道连接端至出口端由大到小逐渐缩小。

更进一步的，所述子风道的截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种。

更进一步的，所述总风道的截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种。

进一步的，所述发电设备还包括阻挡风组件和与阻挡风组件连接的火灾检测组件，所述阻挡风组件用于在发电设备发生火灾时切断风道内的风流；所述火灾检测组件用于检测火灾。

进一步的，所述总风道为L型，用于将竖直方向的风转换为水平方向的风。

进一步的，所述发电设备还包括导流板，所述导流板设置于叶片底部，用于将穿过叶片的风导流至远离发电机的方向。

与现有发电设备相比，本发明的有益效果在于：

(1)该设计结构简单，可像建楼房一样逐层叠加，为此占地面积小，投入成本低，对设备的起动风速要求很低，风能的利用率很高，噪音和震动小。

(2)发电机设置于地面上，叶片水平设置于发电机动力轴上，整个发电设备安装方便，降低安装成本；

(3)该发电设备检修维护时工人无需爬上高空，该发电设备检修维护方便，保养和维护成本，节约和减少用工成本和运营成本；

(4)发电机轴竖直设置，也可通过风向导流管与地面水平设置叶片和发电装置，叶片靠自重与发电机的动力轴连接，从而减少因重量产生的能量消耗，对地基的要求小，节约安装成本；

(5)发电机轴竖直设置，叶片设置在水平平面内，减少了发电机轴的运转负荷，提高了整个发电设备的寿命；

(6)总出风管出口处还可加装出风导流管，将导流管加长后于地面成水平状态，可将风迅速从导风管中排出，也可在导流管中安装水平轴的风力发电设备。

(7)发电设备属于高速旋转的机器，很容器发生火灾，传统发电设备的叶片设置在高空，发生火灾后由于高空风流大，加速火情的蔓延，不利于及时灭火，造成损失更大；该发电设备的叶片机发电机均设置在地面，一旦发生火灾，立即切断风道内的风流，减少二次火灾，而且灭火方便。

附图说明

图1为本发明实施例的风力发电设备的局部剖视结构示意图；

图2为本发明另一实施例的风力发电设备的局部剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的风力发电设备中导风组件的结构示意图；

图4为本发明实施例的风力发电设备叠加的结构示意图；

附图标记说明

11.子风道，111.隔板，12.总风道，13.第一集风板，14.第二集风板，21.导风组件，211.弧形板，22.风向检测组件，3.叶片，4.发电机，51.挡风板，52.控制单元，6.火灾检测组件，7.地基，8.支柱,9.导流板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-4及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。

一种风力发电设备，如图1、2所示，包括集风装置和设置于集风装置底部的发电装置，所述发电装置包括发电机4和设置于发电机4动力轴上的叶片3，所述发电机内还设有制动系统和变速箱，所述变速箱可以用于调节发电机轴的转速，所述制动系统用于紧急情况下对与叶片连接的动力轴进行制动。其中所述发电机4动力轴竖直设置，所述叶片3安装于发电机4的动力轴上，利用集风装置收集的风带动发电机4发电；所述集风装置设置有将风由水平方向转换为竖直方向的风道，所述叶片3位于风道出口端，所述叶片3用于将风能转换为发电机的动能，带动发电机发电。所述集风装置可以将不同方向的风收集后通过叶片3转换为发电机4的动能，带动发电机4发电，该发电设备能够充分利用资源，提高了发电效率。所述发电设备的发电机4设置于地面上，与现有的发电设备相比，该发电设备安装方便，无需将庞大的叶片3及发电机吊至高空安装，减少了安装费用；而且本发明发电设备的叶片靠自重安装于竖直设置的发电设备上，对地基的要求低，并降低了对发电机4轴的要求，同时也降低了发电设备的安装成本。

作为进一步优选的，所述集风装置包括第一集风板13和第二集风板14，所述第一集风板13和第二集风板14用于形成能够将水平方向的风转换为竖直方向风的风道，其中所述第一集风板13可以通过撑杆固定于所述第二集风板14上；所述第一集风板13和/或第二集风板14可以为弧形曲面，用于将水平方向的风通过所述第一集风板13导流后全部进入所述第一集风板13和第二集风板14形成的风道内，所述第一集风板13和/或第二集风板14还可以为┐型，与所述第一集风板13和/或第二集风板14为弧形相比，┐型的集风板可以将部分风反射出去，集风效率低，本实施例中以所述第一集风板13和/或第二集风板14为弧形曲面进行所明。

作为进一步优选的，所述发电设备可以逐层叠加，叠加为多层发电设备，如图4所述，本实施例以发电设备叠加两层进行说明，用户还可以根据自己的需要确定叠加层数。

作为优选的，所述风道包括总风道12和多个与总风道12连通的子风道11，所述子风道11的进口端设置在竖直平面内，所述子风道11出口端设置在水平平面内并与竖直设置的总风道12进口端连接，所述子风道11用于接收不同方向的水平风，并将其转换为竖直方向的风；所述子风道11进口端大小和形状可以可调，用户可以根据需要自行调节；所述叶片3设置于总风道12的出口端，所述相邻两个子风道11通过隔板111相互隔开并分布与不同方向，所述隔板11不仅用于将一个风道隔开为多个子风道11，还可以用于支撑和固定所述第二集风板14，所述子风道11用于接收不同方向的水平风，并将其转换为竖直方向的风，所述子风道11的个数可以为6个、8个或10个，用户可以根据自己的需要自行设置子风道11的个数，本实施例以6个风道进行说明；所述隔板111与所述第一集风板13和/或第二集风板14的连接方式可以为可拆卸连接，也可以为固定连接，其中可拆卸连接可以为螺栓连接也可以为卡扣连接，用户可以根据自己的需要自行选择隔板111的连接方式，本实施例以固定连接方式进行说明。设置不同方向的多个子风道，可提升发电设备的发电效率。所述子风道11根据不同的风向，接收不同方向的风，该发电设备充分利用自然资源，提高发电效率，还可以根据需求调节子风道11进口端的大小；所述子风道11用于将不同方向的水平风转换为竖直方向的风，并输送至竖直设置的总风道12，所述总风道12用于收集不同子风道11的风，并输送至叶片3顶部。

作为优选的，为了充分利用风能，提高发电效率，所述子风道11的截面面积从进口端至与总风道12连接端为由大到小逐渐缩小，也可以为所述子风道11的截面面积从进口端至与总风道12连接端为保持不变。更进一步的，如图1所示，所述子风道11的截面面积从进口端至于总风道12连接端为圆弧过渡曲面，本实施例以子风道11的截面面积从进口端至与总风道12连接端为由大到小逐渐缩小进行说明。

作为优选的，所述集风装置通过支柱8固定于设置于地面的地基7上，所述支柱8将第二集风板14固定于所述地基7上，所述支柱8设置于总风道12周围，其中所述支柱8可以为多个；所述地基7不仅用于支撑集风装置，还可以用于安装发电机4；与现有的发电设备相比，本发明的发电设备的地基7设置于地面上，对地基7的要求低，由于叶片3是靠自重设置于发电机4的竖直轴上，从而减少叶片的自重造成能量的消耗，增加风能的利用率，所述地基7仅对整个发电设备起支撑、固定作用，因此对地基7的要求比较低，可以降低成本。

作为进一步优选的，所述子风道11的截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种，本实施例以子风道11的截面为方形进行说明。

作为进一步优选的，所述总风道12的截面面积从与子风道11连接端至出口端为由小到大逐渐增大，或从与子风道11连接端至出口端为由大到小逐渐缩小，或从子风道11连接端至出口端大小不变，本实施例以所述总风道12的截面面积从与子风道11连接端至出口端为由小到大逐渐增大为例进行说明；如图1、2所示。

作为进一步优选的，所述总风道12截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种，本实施例以总风道12截面为圆形进行说明。

作为优选的，所述集风装置还包括风向检查组件22，所述风向检查组件22设置于集风装置顶部，用于检测风向，所述风向检查组件22可以为风标，也可以为现有的可以检查风向的仪器，本实施例中以所述风向检查组件22为风标进行说明。

作为优选的，所述风道包括子风道11和总风道12，所述子风道11的进口端与设置在竖直平面内的集风口连接，所述子风道11用于收集不同方向的水平风，并通过设置在子风道11末端的导风组件21转换为竖直方向的风，并通过竖直设置的总风道12输送至叶片3顶部；所述导风组件21与风向检查组件22连接，所述导风组件21随着风向检查组件22的转动而转动。更进一步的，所述导风组件22可以为多个直板组成的导风组件，也可以为由多个弧形板211设置成的弧形导风组件21，本实施例以多个弧形板211设置成的弧形导风组件21进行说明，其中所述多个弧形导风板末端均与子风道11的隔板111对齐，以防止风对流，确保接收每个风向的所有子风道11的风均能导入总风道12；本实施例以多个弧形板211设置成的弧形导风组件21为例进行说明，如图3所示。该方案与前述子风道11直接将水平方向的风转换为竖直方向的风并输送至竖直设置的总风道12的方案相比，该方案多了导风组件21，该导风组件21根据风向的变化，随风标转动；该方案的中对子风道11和总风道12的要求低，只要子风道11内有风，导风板均能将其导入总风道12；而对于通过子风道11直接将风由水平方向转换为竖直方向相比，对子风道11和总风道12的要求较高；用户可以根据自己的需要选择子风道11和总风道12的设计方案；更进一步的，所述导风组件21可以设置在每个子风道11内。

作为进一步优选的，所述子风道11的截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种，本实施例以子风道11的截面为方形进行说明。

作为优选的，如图1、2所示，为了进一步提高发电效率，所述总风道12从与子风道11连接端至出口端的截面面积由大到小逐渐缩小，更进一步的，所述总风道12为从与子风道11连接端至出口端的截面面积为由小到大逐渐增大，也可以为从子风道11连接端至出口端的截面面积保持不变，本实施例以所述总风道12从与子风道11连接端至出口端的截面面积由大到小逐渐缩小，为例进行说明；更进一步的，所述总风道12与子风道11为垂直设置，由所述子风道11和总风道12组成的风道用于将所述水平方向的风转换为竖直向下方向的风，并通过叶片3转换为发电机4的动能，进而带动发电机4发电。

作为进一步优选的，所述子风道11截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种，本实施例以子风道11截面为方形进行说明。

作为进一步优选的，所述总风道12截面形状为圆形、方形、椭圆形或多边形中的任意一种，本实施例以总风道12截面为圆形进行说明。

作为优选的，所述发电设备还包括阻挡风组件5和与阻挡风组件5连接的火灾检测组件6，所述阻挡风组件5可用于在发电设备发生火灾时切断风道内的风流，所述阻挡风组件5可以设置在总风道12径向方向，也可以设置在子风道11径向方向，用户可以根据自己的需要，选择阻挡风组件5的设置位置，本实施例中以阻挡风组件5设置在总风道12的出口处进行说明；如图1、2所示，所述火灾检测组件6可以设置于发电机4外侧，也可以设置于地基7上靠近发电机4处，本实施例以火灾检测组件6设置于地基7上进行说明；方便检查火灾，所述火灾检测组件6用于检测火灾；所述阻挡风组件5包括挡风板51和控制单元52，当火灾检测组件6检测到发电设备有火灾时，所述控制单元52用于控制挡风板51沿与总风道12垂直的方向运动，切断总风道12内的风流；所述火灾检测组件6可以为现有的火灾检测仪器，所述火灾检测仪器与控制单元52可以为无线控制，也可以为有线控制，本实施例以火灾检测组件6与阻挡风组件5为无线控制进行说明。

作为优选的，所述总风道12还可以为L型，所述总风道12将竖直方向的风又转换为水平方向的风，所述总风道12的出口端安装发电装置，所述发电机的动力轴为水平设置，本发明的发电设备通过改变总风道的形状即可以为垂直轴发电设备，也可以为水平轴发电设备，应用范围更广，可以满足不同客户的需求。

作为优选的，所述总风道12内的风流速比较大，在吹动叶片3旋转时，有部分风会穿过叶片3，被地基7阻挡后又吹至叶片的底部，这将影响叶片的正常旋转，因此，所述发电设备还包括导流板9，或导流管，所述导流板9设置于叶片3底部，用于将穿过叶片3的风导流至远离发电机4的方向；导流板9可以为喇叭口装，即喇叭口大端设置在靠近底面端，或增加导流板9长度使其余地面成水平状态，小端口设置在靠近叶片3端，从大口端至小口端为弧形，可以将风导流至远离发电设备的方向，减少对叶片的正常运行工作的影响，如图3所示。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“根部”、“内”、“外”、“外围”、“里侧”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

最后应说明的是：以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种风力发电设备，包括集风装置和设置于集风装置底部的发电装置，其特征在于，所述集风装置设置有将不同方向的风由水平方向转换为竖直方向的风道；所述发电装置包括发电机和安装于发电机动力轴上的叶片，所述发电机动力轴竖直设置，所述叶片位于风道出口端，所述叶片用于将风能转换为发电机的动能，带动发电机发电。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述风道包括总风道和多个与总风道连通的子风道，所述子风道的进口端设置在竖直平面内，出口端设置在水平平面内并与竖直设置的总风道进口端连接，所述子风道用于接收不同方向的水平风，并将其转换为竖直方向的风；所述总风道用于收集不同方向子风道的风，并输送至叶片顶部。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述子风道从进口端至与总风道连接端为由大到小逐渐缩小。

4.根据权利要求3所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述集风装置通过支柱固定于设置于地面的地基上，所述支柱设置于总风道周围；所述地基用于安装发电机。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述集风装置还包括风向检查组件，所述风向检查组件设置于集风装置顶部，用于检测风向。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述风道包括子风道和总风道，所述子风道的进口端设置在竖直平面内，所述子风道用于收集不同方向的水平风，并通过设置在子风道末端的导风组件转换为竖直方向的风，并通过竖直设置的总风道将风输送至叶片顶部；所述导风组件与风向检查组件连接，所述导风组件随着风标的转动而转动。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述总风道从与子风道连接端至出口端由大到小逐渐缩小。

8.根据权利要求4或7所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述发电设备还包括阻挡风组件和与阻挡风组件连接的火灾检测组件，所述阻挡风组件用于在发电设备发生火灾时切断风道内的风流；所述火灾检测组件用于检测火灾。

9.根据权利要求8所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述总风道为L型，用于将竖直方向的风转换为水平方向的风。

10.根据权利要求9所述的一种风力发电设备，其特征在于，所述发电设备还包括导流板，所述导流板设置于叶片底部，用于将穿过叶片的风导流至远离发电机的方向。