CN112324602B - 一种聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法。水平轴旋转体包括旋转单元；旋转单元包括筒体、转轴(1)和设置在筒体内壁外壁的多片叶片(3)；转轴位于筒体的轴心处，筒体的外形为圆台形，筒体前端的外直径大于筒体后端的外直径。该聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法，采用三维结构的水平轴旋转体，使水平轴始终平行于流体(风能水能)传递方向，筒体内外壁上的多叶片以三维纵深的结构最大化地聚集流体能量。本发明能高效聚集风能或水能，且结构简单，易于实施。

Description

一种聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法
技术领域
本发明涉及一种聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法。
背景技术
风力发电设备是将风能转换为机械能、机械能再带动发电机转子旋转最终输出交流电或直流电的电力设备；风力发电机一般包括风轮(叶轮)、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件。
目前，风能(水能)发电装置，其原理都是将作直线运动的风能(水能)转变为转轴上叶片作圆周运动带动中心轴旋转而发电，
现有风电场中的三浆叶式风机，三片浆叶几乎处在同一空间平面上(也可称为X.Y轴结构)，这种二维结构的浅纵深形式的风力发电装置，存在着风能(水能)利用率极低，以及制造与维护成本高等诸多问题。
风能计算公式：
E＝(P.t.S.V3)/2；
P为空气密度，单位为千克/立方米；
t为时间，单位为秒；
S为截面面积，单位为平方米；
V为风速，单位为m/s；
上式中，在P,t,V为一定范围的小波动值时，为聚集更多流体能量，当面积S增大时，风机旋转叶片受到的流体正压力增大。因此，大型风电场中的风机至多只能有三片桨叶
故此，本发明提供一种三维结构(也可称为X.Y.Z轴结构)的大纵深结构聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法。
发明内容：
根据能量公式：E＝mv2/2
当流体流速v为定值时，随着m值的增大，E值成正比而增大。而m值与流体的比重和体积正相关。
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法，该聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法采用独特的三维聚集结构，这种三维结构的能源{风能水能}聚集装置在单位时间内可以最大化地聚集到流体的动能(与mv2对应),能显著提高流体能源{风能水能}的聚集效率。
发明的技术解决方案如下：
一种聚集水能、风能的水平轴旋转体，包括旋转单元；
旋转单元包括筒体、转轴(1)和设置在筒体内壁、外壁上的多片叶片(3)；转轴位于旋转筒体的轴心处；
筒体为前端尺寸大于后端尺寸的筒体(4)，筒体前端的外直径大于筒体后端的外直径；筒体的前端与后端内部相连通；转轴通过多个连接件(2)与筒体的内壁连接。
外叶片是斜平板或曲面形外叶片，参见图1-4，以及图11；
连接件为内叶片，内叶片为直板、斜板或曲面内叶片。具体的，内叶片的一端固接于转轴，另一端与筒体内壁固接。
筒体前端的外直径与筒体后端的外直径的比例范围为1.3～2:1。比例也可以更大，如2～10:1。
外叶片轴向后段的径向平均高度大于叶片前段的平均高度，外叶片为弧形叶片。
外叶片为帆面；所述帆面的弦线与筒体轴线的夹角范围为5度～30度。
优选的外叶片的几何形状为近似帆面弧形，帆面弧形的弦线与旋转筒体轴线相交夹角取值5度～30度，外叶片形状为帆面弧形，可以使流体沿轴向对叶片的压力分解为沿筒体旋转方向的分力，如图10，外叶片与筒体的交接线的前后两个端点为M和N，MN的连接线为直线，即弦线，a为弦线与轴线的夹角。
外叶片的轴向长度大于筒体的长度。最大化地聚集利用风能或水能。
旋转单元为单个或多个，旋转单元为多个时，多个旋转单元通过转轴直接对接或联轴器串联。
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，其特征在于，包括轴承座、轴承与前述的旋转体；
旋转体由轴承座及轴承支撑。
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转系统，包括聚集装置，聚集装置与能量存储或转换装置相连；能量存储或转换装置可以是发电机，水泵，电池等；
聚集装置为前述的用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置。
一种用于聚集水能、风能的方法，使用前述的装置实现水能或风能的聚集。
有益效果：
本发明的聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统和方法，其核心在于沿旋转筒体轴向上纵深布置聚集风能或水能的叶片，具有以下特点：
(1)旋转体具有前大后小的独特结构
利用伯努利原理，由于旋转筒体(内部轴向空心)的前端口截面积大于后端口的截面积，流体通过旋转体的压力产生变化，在内叶片受力作用下，从而能提高旋转体的转速，增加能量转换效率。
将原有在流体能量场中的一个截面利用流体能量(原有的桨叶风机只是通过3个叶片获取能量场中的一个截面的能量)转换成纵向一个区域(依托旋转体的纵向结构，整个纵向区域接收流体能量，且叶片个数可以设置为大于3个)均聚集利用能量。
(2)内外双层叶片结构
采用旋转筒体内外双层叶片结构，流体同时从旋转体外部叶片和内部叶片流过。
(3)叶片沿旋转筒体轴线后端面积更大，可以最大化地聚集到流体能量场中的能量。
采用这种结构，能最大可能地增大叶片与流体的接触面积，根据风能计算公式可知，可以提高能量的转换和利用效率。
(4)分段累积，串联输出
采用多个旋转体串联成为一个聚集风能的风能收集组，相比单个旋转体能进一步利用风能。
(5)外叶片和连接件优先采用曲面(优选帆面)
使得整个旋转体的所受到的流体正压力最小化，能保障风机的安全性的同时，能增加风机的发电效率。
总之，这种聚集水能、风能的水平轴旋转体、装置、系统易于实施，能显著的提高风能或水能的聚集效率。
附图说明
图1为连接件为直板的旋转体侧视图；
图2为连接件为斜板的旋转体侧视图；
图3为连接件筒体和外叶片的主视图；
图4为聚集水能、风能的装置的结构示意图(外叶片为曲面)；
图5为聚集水能、风能的装置的结构示意图(外叶片为直板)；
图6为多个旋转体串联的结构示意图；
图7为旋转体侧视图(外叶片后段高度大于前段高度)；
图8为旋转体主视图(外叶片后段高度大于前段高度，未示出转轴)；
图9为旋转体主视图(外叶片后段高度大于前段高度，未示出转轴，外叶片为板状)
图10为弦线与轴线位置关系示意图；
图11为旋转体的立体结构示意图之一(外叶片10片，连接件即内叶片10片)；
图12为旋转体的立体结构示意图之一(外叶片10片，连接件即内叶片10片)；
图13为旋转体的立体结构示意图之一(外叶片10片，连接件即内叶片10片)；
图14为旋转体的前端结构示意图(外叶片10片，连接件即内叶片10片)；
图15为旋转体的侧视图(外叶片10片，连接件即内叶片10片)。
标号说明：1-转轴，2-连接件，3-外叶片，4-筒体，5-后端口，6-轴承座，7-外叶片与筒体交接线，8-轴线，9-弦线，图中箭头方向为风场方向，即风向。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
旋转体以及风能水能收集装置(内外叶片均为帆面)
本实施为优选实施例；
旋转体以及风能水能收集装置(外叶片为弧形叶片，具体为帆面，旋转体内部的连接件为弧形叶片的情况，连接件的弧形叶片也为帆面)
如图11-15，一种聚集水能、风能的水平轴旋转体，包括旋转单元；
旋转单元包括筒体、转轴和设置在筒体外壁的多片外叶片3；转轴位于旋转筒体的轴心处，转轴与筒体的轴线重合；
筒体的外形为圆筒形，筒体前端的外直径大于筒体后端的外直径。
外叶片弧面，具体为帆面；连接件为弧形内叶片；外叶片和内叶片均为10片。
筒体4的前端与后端连通；转轴通过多个连接件2(具体为弧形内叶片，又称为帆面内叶片)与筒体的内壁连接。
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，包括轴承座、轴承与前述的旋转体；
旋转体由轴承座及轴承支撑。
实施例2：
旋转体以及收集装置(旋转体内部的连接件为直板的情况)
如图1,图3-5，一种聚集水能、风能的水平轴旋转体，包括旋转单元；
旋转单元包括筒体、转轴1和设置在筒体外壁的多片外叶片3；转轴位于旋转筒体的轴心处，转轴与筒体的轴线重合；
筒体的外形为圆筒形，筒体前端的外直径大于筒体后端的外直径。
外叶片可以是斜平板，参见图5，或曲面的外叶片，参见图1，3,4；
筒体4的前端与后端连通；转轴通过多个连接件2与筒体的内壁连接。
连接件为直板，直板是指连接平板与轴线平行，参见图1。
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，包括轴承座、轴承与前述的旋转体；
旋转体由轴承座及轴承支撑。
实施例3：
旋转体以及收集装置(旋转体内部的连接件为斜板的情况)
如图2-5，一种聚集水能、风能的水平轴旋转体，包括旋转单元；
旋转单元包括旋转筒体、转轴1和设置在筒体外壁的多片外叶片3；转轴位于旋转筒体的轴心处，转轴与筒体的轴线重合；
筒体的外形为圆筒形，筒体前端的外直径大于筒体后端的外直径。
外叶片可以是斜平板，参见图5，或曲面的外叶片，参见图1，3,4；
筒体4的前端与后端连通；转轴通过多个连接件2与筒体的内壁连接。
连接件为斜直板，斜板是指连接平板与轴线具有一个非零的夹角；参见图2；作用就是流体穿过筒体内部时，也能在内叶片上产生转矩；
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，包括轴承座、轴承与前述的旋转体；
旋转体由轴承座及轴承支撑。
实施例4：
旋转体以及聚集装置(外叶片为长叶片)
如图7-11，一种聚集水能、风能的水平轴旋转体，包括旋转单元；
旋转单元包括筒体、转轴1和设置在筒体外壁的多片外叶片3；转轴位于旋转筒体的轴心处，转轴与筒体的轴线重合；
筒体前端的外直径大于筒体后端的外直径。
外叶片可以是斜平板，参见图5，或曲面的外叶片，参见图7或8；
筒体4的前端与后端连通；转轴通过多个连接件2(即内叶片，斜板，或弧形内叶片)与筒体的内壁连接。
连接件可以是直板，直板是指连接平板与轴线平行；也可以是斜板，斜板是指连接平板与轴线具有一个非零的夹角；作用就是流体穿过筒体内部时，也能在内叶片上产生转矩；因此，连接平板优选斜板，或者弧形内叶片。
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，包括轴承座、轴承与前述的旋转体；
旋转体由轴承座及轴承支撑。
特点在于：外叶片后段的平均高度大于叶片前段的平均高度，即外叶片为宽叶片。这样，虽然筒体后端小，但是叶片后端更高，这样，外叶片的受风面积显著增大，可以有效增加风能的聚集效率。
具体的，相对于实施例3，本实施例中，外叶片的轴向长度大于外筒体轴向的长度。这样可以进一步增加外叶片的受风面积，从而保障尽可能高的风能或水能的利用率；参见图9。
实施例5：
多个旋转单元串联(级联)；
用于聚集水能、风能的水平轴旋转体，旋转单元为多个，由多个旋转单元通过转轴直接对接或联轴器串联而成。
一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，包括轴承座、轴承与前述的旋转体；
参见图6，旋转体由2个或多个轴承座及轴承支撑。单个的旋转体参见实施例1-4。
实施例6：
一种用于集聚水能、风能的水平轴旋转系统，包括聚集装置，聚集装置与能量存储或转换装置相连；能量存储或转换装置可以是发电机，水泵，电池等；
聚集装置为前述的实施例1-5的用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置。
实施例7：
一种用于聚集水能、风能的方法，使用前述的实施例1-5的装置实现水能或风能的收集。

Claims (4)

1.一种聚集水能、风能的水平轴旋转体，其特征在于：
包括旋转单元；旋转单元包括筒体、转轴(1)和设置在筒体外壁的多片外叶片(3)；转轴位于旋转筒体的轴心处，转轴与筒体的轴线重合；
筒体为前端尺寸大于后端尺寸的筒体(4)，筒体的前端与后端内部相连通；转轴通过多个连接件(2)与筒体的内壁连接；
筒体前端的外直径与筒体后端的外直径的比例范围为1.3～2:1；
外叶片是斜平板或曲面形外叶片；
连接件为内叶片，内叶片为直板、斜板或曲面内叶片；
外叶片轴向后段的平均径向高度大于叶片前段的平均高度，外叶片为弧形叶片；外叶片为帆面；所述帆面的弦线与筒体轴线的夹角范围为5度～30度。
2.根据权利要求1所述的聚集水能、风能的水平轴旋转体，其特征在于：
旋转单元为单个或多个，旋转单元为多个时，多个旋转单元通过转轴直接对接或联轴器串联。
3.一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置，其特征在于：
包括轴承座、轴承与权利要求1-2任一项所述的旋转体；旋转体由轴承座及轴承支撑。
4.一种用于聚集水能、风能的水平轴旋转系统，其特征在于，包括聚集装置，聚集装置与能量存储或转换装置相连；
聚集装置为权利要求3所述的用于聚集水能、风能的水平轴旋转装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100478559C (zh) * 2007-02-27 2009-04-15 南京航空航天大学 高超音速进气空气涡轮发电机
CA2645296A1 (en) * 2008-11-27 2010-05-27 Organoworld Inc. Annular multi-rotor double-walled turbine
CN202673775U (zh) * 2012-06-01 2013-01-16 珠海格力电器股份有限公司 散热风叶和电机
CN204704064U (zh) * 2015-05-29 2015-10-14 上海海洋大学 一种波浪能和风能混合发电装置
FR3061523A1 (fr) * 2017-01-05 2018-07-06 Alain SALOU Eolienne ou hydrolienne a effet vortex et sequence de compression-basculement-ejection laterale exterieure d'un fluide incident, face a l'helice
CN106640758B (zh) * 2017-01-16 2023-03-14 广东美的制冷设备有限公司 一种双风道风轮
CN209761625U (zh) * 2019-04-24 2019-12-10 广州大学 一种风力发电装置及杯形风叶

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