CN109798224B - 一种集风式风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种集风式发电系统，所述集风式发电系统包括依次连接的螺旋压气装置、储气罐、汽轮机和发电机；其中螺旋压气装置包括竖直设置的圆筒形集风筒，顶端封闭，底端设置有出气口，内部同轴设置有主轴；主轴穿过集风筒顶端，其在集风筒外部部分设置有风机叶轮，内部部分设置有螺旋压气带，集风筒外壁上均布有多个环形翅片，且周向间隔均布有三个导流板，每个导流板同集风筒外壁相交一侧并在每两个相邻的翅片之间均设置有进气口。该系统用以解决现有风力发电系统由于优质风电资源越来越少，风电成本不断上升的问题。这个系统的发电机布置在地面，极大地节约了塔筒的费用，并提升了系统的安全性和可维护性。

Description

一种集风式风力发电系统

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种集风式发电系统。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分叶轮(包括尾舵)、发电机和塔筒三部分。

中国目前风电以开放式的三叶片风力发电系统为主。随着优质风力资源的渐渐被开发殆尽，风力发电机不得不布置在风力资源条件越来越差的地区。为了获得投资的经济效益，塔筒不断地增高，风电单机容量(重量)不断增大。

这种发展方式带来的问题是，发电机必须跟随叶轮由塔筒支撑到相当的高度。塔筒不仅要提供足够的强度以安全地支撑叶轮和发电机，塔筒还要有足够的刚度抵抗风力作用在叶轮上产生的推力。所以，塔筒的成本越来越高，极大地影响了投资的经济效益，以及风电的发展前景。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种集风式发电系统，用以解决现有风力发电系统由于优质风电资源越来越少，风电成本不断上升的问题。这个系统的发电机布置在地面，极大地节约了塔筒的费用，并提升了系统的安全性和可维护性。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种集风式发电系统，所述集风式发电系统包括依次连接的螺旋压气装置、储气罐、汽轮机和发电机，

其中所述螺旋压气装置包括竖直设置的集风筒，所述集风筒为圆筒形，顶端封闭，底端设置有出气口，内部同轴设置有主轴；所述主轴穿过集风筒顶端并通过轴承固定，主轴在集风筒外部部分的顶端设置有风机叶轮，主轴在集风筒内部部分设置有且沿主轴长度方向绕主轴螺旋缠绕的螺旋压气带，

所述集风筒外壁上沿集风筒轴向间隔均布有多个环形翅片，每个翅片绕集风筒外壁圆周且与集风筒外壁垂直设置；且集风筒外壁周向间隔均布有三个沿集风筒轴向设置的导流板，每个导流板同集风筒外壁相交一侧并在每两个相邻的翅片之间均设置有进气口。

由此，本发明实施例中使用的上述螺旋压气装置可以视为一个双筒结构：中间的集风筒可以视为“内筒”；其外轴向间隔均布的多个环形翅片组成“外筒”。内筒压气送到下部储气罐；外筒由于由环形翅片组成，因此并不存在“外筒壁”，且内筒壁在相邻两个翅片翅片之间设有间隔开口(进气口)；且由此，外筒被所述多个水平设置的环形翅片分割成多个小的区域。

本发明实施例提供的上述螺旋压气装置中，主轴和螺旋压气带组成螺杆结构，并同集风筒配合，实际上相当于一个挤出装置。由于螺旋压气装置竖直设置，且三个导流板沿集风筒圆周均布，因此无论哪个方向的风都会经导流板的拦截和翅片的分割导流作用而进入进气口中；风力同时驱动风机叶轮旋转，带动主轴和其上连接的螺旋压气带旋转，将进入进气口的空气挤向下部的出气口，并进入螺旋压气装置下部连接的储气罐中。通过储气罐的汇集增压作用，使高流速和高压力的空气进入气轮机，带动发电机发电。

由于螺旋压气装置的存在，使得能够高效利用不同高度的风力，并统一导向地表，由此发电设备不再需要设置在高高的塔筒上，而是设置在平稳地面上即可。由于不再需要塔筒，除了极大地节约了塔筒的费用，还能够提升系统的安全性和可维护性。另外，由于螺旋压气装置的空气挤出作用具有汇集和加压的作用，使得对于风力资源的要求降低，使风电发电行业不再要求更高的设备高度，因此适用范围更广。

进一步的，所述导流板为三棱柱体，第一侧面从翅片外边缘向外伸出，第二侧面从集风筒外壁向外伸出并与第一侧面远端相交，第三侧面连接第一侧面在翅片上的相交点和第二侧面在集风筒外壁上的相交线；所述进气口设置在所述第三侧面一侧且紧邻第二侧面和第三侧面的相交线。

通过三角形横截面的三棱柱体导流板设置，使导流板具备挡风和导流风力的作用。第一侧面称为挡风面，将吹向此面的风拦截下来并导向翅片；第二侧面称为支撑面，主要起到支撑导流板的作用；第三侧面称为导流面，将来自挡风面和其它方向来的风力导入进气口。

进一步的，所述第三侧面为弧面，且向所述导流板内部凸起。通过导流面的弧面设置，使得导流面和集风筒外壁之间能够容纳更多的流向进气口的风，且能更好地起到导流空气的作用。

进一步的，所有的翅片形状相同，所有的导流板形状相同。这样设置使得螺旋压气装置轴对称，能够平衡各向风力，且便于生产和维护替换部件。

进一步的，两个相邻的翅片之间且在两个导流板之间还设置有辅助导流带，所述辅助导流带的宽度为两个相邻的翅片的距离，且一端连接所述第二侧面与翅片边缘的相交点，另一端连接进气口边缘。

通过设置辅助导流带，能够将第二侧面和集风筒外壁相交处产生的夹角遮盖，防止风吹到此处产生湍流，进而阻碍沿翅片之间的进风通道导向进风口。

进一步的，所述辅助导流带为弧面，且向远离集风筒的方向凸起。这样设置一是适配集风筒外壁的形状；其次使得翅片之间的进风通道更为平滑，有利于风快速通畅地进入进风口。

本发明实施例提供的上述螺旋压气装置中，原则上应使主轴始终朝一个方向旋转，以使集风筒内部的螺旋压气带起到向下挤压空气的作用。为了实现上述目的，所述主轴和风机叶轮的结构设置以及相互之间的连接关系可以参照现有风力发电机的结构和运行原理进行设置，也可以包括已知的用于实现上述目的的其它组件和设置方式。例如，所述主轴中含有棘轮结构，以使得叶轮朝一个方向旋转时能够带动主轴旋转，而朝另一个方向旋转时为空转而不带动主轴；或者可以通过方向转换装置，将叶轮朝一个方向的旋转转换，而使主轴朝相反方向旋转，而叶轮朝另一方向旋转时则不进行方向转换，等等。这些技术均为现有技术，本领域技术人员无需付出创造性的劳动即可获得，在此不再赘述。

进一步的，所述螺旋压气装置设置在支架上，所述支架的下部空间中容纳所述储气罐，且所述主轴底端安装在储气罐顶部。螺旋压气装置和储气罐的上下叠置设置，有利于经过压缩的高流速空气无阻碍地进入储气罐中，且主轴通过将底端固定安装在储气罐顶部，使得主轴运行更加稳定。

优选的，为了能够收集到高空处的优质风力资源，所述支架伸入到高空中。由此使得螺旋压气装置设置在高空中，从而为发电系统提供更加优质的风力资源。

进一步的，所述储气罐底部连接所述汽轮机，且所述储气罐底部小于所述储气罐顶部。高压高流速空气进入储气罐中后，向下进入汽轮机中，通过缩小储气罐底部，进一步增加气体压力和流速，有利于进入汽轮机中做功。

所述汽轮机和发电机均为现有发电技术中的常用机械设备，在此不再赘述。同现有基于塔筒的风力发电机相比，本发明实施例的汽轮机和发电机均可设于平稳的地面，因此在装备质量和种类方面限制较小，可以基于实际情况灵活配置，并可便于维护。

本发明实施例具有如下优点：

1、本系统舍弃传统的塔筒设计，而使用自行研发的螺旋压气装置，使得能够高效利用不同高度的风力，并统一导向地表，由此使发电设备可设置在平稳地面上，极大地节约了塔筒的费用，并提升了系统的安全性和可维护性。

2、由于螺旋压气装置的空气挤出作用具有汇集和加压的作用，使得对于风力资源的要求降低，使风电发电行业不再要求更高的设备高度，因此适用范围更广。

附图说明

图1为本发明实施例提供的集风式风力发电系统的结构连接示意图。

图2为本发明实施例提供的螺旋压气装置的结构示意图。

图3为图2中A-A向的剖面示意图。

其中附图标记为：

1、螺旋压气装置；2、支架；3、储气罐；4、汽轮机；5、发电机；11、集风筒；12、主轴；13、风机叶轮；14、螺旋压气带；15、环形翅片；16、导流板；161、第二侧面；162、第一侧面；163、第三侧面；17、进气口；18、出气口；19辅助导流带。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，显示了本发明一个实施方案中提供的集风式风力发电系统的结构连接示意图。该集风式风力发电系统包括依次连接的螺旋压气装置1、储气罐3、汽轮机4和发电机5。其中螺旋压气装置1设置在支架2上，底部连接储气罐3；汽轮机4和发电机5均设置在地面。储气罐底3部连接汽轮机4，且储气罐3底部小于储气罐3顶部。

实施例2

如图2所示，显示了发明一个实施方案中提供的螺旋压气装置的结构示意图。该螺旋压气装置包括竖直设置的集风筒11，集风筒11为圆筒形，顶端封闭，底端设置有出气口18，内部同轴设置有主轴12；主轴12穿过集风筒11顶端并通过轴承固定在集风筒11顶端，主轴12在集风筒11外部部分的顶端设置有风机叶轮13，主轴12在集风筒11内部部分设置有且沿主轴长度方向绕主轴螺旋缠绕的螺旋压气带14。集风筒11外壁上沿集风筒轴向间隔均布有多个环形翅片15，每个翅片15绕集风筒11外壁圆周且与集风筒11外壁垂直设置；且集风筒11外壁周向间隔均布有三个沿集风筒轴向设置的导流板16，每个导流板16同集风筒11外壁相交一侧并在每两个相邻的翅片15之间均设置有进气口17。

导流板16为三棱柱体，第一侧面162从翅片15外边缘向外伸出，第二侧面161从集风筒11外壁向外伸出并与第一侧面162远端相交，第三侧面163连接第一侧面162在翅片15上的相交点和第二侧面161在集风筒11外壁上的相交线；进气口17设置在第三侧面163一侧且紧邻第二侧面16和第三侧面163的相交线。第三侧面163为弧面，且向导流板16内部凸起。

实施例3

如图3所示，显示了图2中A-A向的剖面示意图。其中，所有的翅片15形状相同且叠置，所有的导流板16形状相同且沿集风筒11圆周均布。这样设置使得螺旋压气装置1为轴对称，能够平衡各向风力，且便于生产和维护替换部件。

两个相邻的翅片15之间且在两个导流板16之间还设置有辅助导流带19，辅助导流带19的宽度为两个相邻的翅片15的距离，且一端连接第二侧面161与翅片15边缘的相交点，另一端连接进气口17边缘。辅助导流带19为弧面，且向远离集风筒11的方向凸起。

本系统舍弃传统的塔筒设计，而使用自行研发的螺旋压气装置，使得能够高效利用不同高度的风力，并统一导向地表，由此使发电设备可设置在平稳地面上，极大地节约了塔筒的费用，并提升了系统的安全性和可维护性。由于螺旋压气装置的空气挤出作用具有汇集和加压的作用，使得对于风力资源的要求降低，使风电发电行业不再要求更高的设备高度，因此适用范围更广。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种集风式发电系统，其特征在于，所述集风式发电系统包括依次连接的螺旋压气装置、储气罐、汽轮机和发电机，

其中所述螺旋压气装置包括竖直设置的集风筒，所述集风筒为圆筒形，顶端封闭，底端设置有出气口，内部同轴设置有主轴；所述主轴穿过集风筒顶端并通过轴承固定，主轴在集风筒外部部分的顶端设置有风机叶轮，主轴在集风筒内部部分设置有且沿主轴长度方向绕主轴螺旋缠绕的螺旋压气带，

所述集风筒外壁上沿集风筒轴向间隔均布有多个环形翅片，每个翅片绕集风筒外壁圆周且与集风筒外壁垂直设置；且集风筒外壁周向间隔均布有三个沿集风筒轴向设置的导流板，每个导流板同集风筒外壁相交一侧并在每两个相邻的翅片之间均设置有进气口；

所述导流板为三棱柱体，第一侧面从翅片外边缘向外伸出，第二侧面从集风筒外壁向外伸出并与第一侧面远端相交，第三侧面连接第一侧面在翅片上的相交点和第二侧面在集风筒外壁上的相交线；所述进气口设置在所述第三侧面一侧且紧邻第二侧面和第三侧面的相交线；

所述第三侧面为弧面，且向所述导流板内部凸起；

所有的翅片形状相同，所有的导流板形状相同；

两个相邻的翅片之间且在两个导流板之间还设置有辅助导流带，所述辅助导流带的宽度为两个相邻的翅片的距离，且一端连接所述第二侧面与翅片边缘的相交点，另一端连接进气口边缘；

所述辅助导流带为弧面，且向远离集风筒的方向凸起；

所述螺旋压气装置设置在支架上，所述支架的下部空间中容纳所述储气罐，且所述主轴底端安装在储气罐顶部；

所述储气罐底部连接所述汽轮机，且所述储气罐底部小于所述储气罐顶部。