CN113931801B - 一种蝶型微风发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电机，具体地说是一种蝶型微风发电装置，主轴的下端安装于支架上，主轴的上端设有扭力弹簧，扭力弹簧的上下两端分别与左风道的一端及右风道的一端相连，左风道的另一端及右风道的另一端均连接有叶片保护框；每个叶片保护框迎风面的一侧均安装有风栅，每个叶片保护框背风面的一侧均安装有发电机组件，发电机组件的输入轴上沿圆周方向均匀连接有多个叶片组件；叶片保护框迎风面一侧向迎风方向延伸、形成与左风道或右风道相连的延伸部，延伸部上开设有与左风道或右风道连通的通风口。本发明具有自适应性高、可靠性高、安全性好、可移动性强、应用范围广、单位土地面积发电效率高、使用寿命长、维护成本低、环保等优点。

Description

一种蝶型微风发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电机，具体地说是一种蝶型微风发电装置。

背景技术

目前，常见的发电方式有火力发电、水力发电、核能发电以及风力发电。火力发电需要大量的矿产资源，而且对环境污染严重。水力和风力发电需要一定的地理条件，核能发电技术要求高，而且会产生核辐射。近年来，国际社会统一达成共识：应用清洁能源，防止地球升温，使得风力发电装置的应用越来越广泛；其中微风发电系统是应用范围最广的。

现有微风发电装置的结构具有下述缺点：

1．没有集风结构；如于2008年1月30日公开、公开号为CN101113719A的“一种超低速微风发电机装置”，其没有集风装置，发电效率低。

2．集风结构不合理；如于2014年7月16日公开、公开号为CN103925150A的“一种基于文丘里效应的万向聚风落地式微风发电机”，其集风结构不具可调节性，集风的效果差。

3．集风结构没有自适应性，安全性差，在强风条件下非常容易损坏；如于2020年11月3日公开、公开号为CN111878301A的“一种用于微风发电的聚风导流装置”，就是需要大量的固定装置来保证其在强风条件下的安全性，同时由于其聚风罩过大且不可以调节，造成了其结构复杂、安全性低、维护成本高的缺点。

发明内容

针对现有微风发电装置存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种蝶型微风发电装置。该蝶型微风发电装置能够收集并利用自然界的微风，并使之生成电能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括叶片保护框、左风道、右风道、叶片组件、风栅、发电机组件、主轴及扭力弹簧，其中主轴的下端安装于支架上，所述主轴的上端设有扭力弹簧，所述扭力弹簧的上下两端分别与左风道的一端及右风道的一端相连，所述左风道的另一端及右风道的另一端均连接有叶片保护框；每个所述叶片保护框迎风面的一侧均安装有风栅，每个所述叶片保护框背风面的一侧均安装有发电机组件，所述发电机组件的输入轴上沿圆周方向均匀连接有多个叶片组件；所述叶片保护框迎风面一侧向迎风方向延伸、形成与左风道或右风道相连的延伸部，所述延伸部上开设有与左风道或右风道连通的通风口；所述左风道及右风道在风力作用下绕主轴摆动，并在无风状态通过所述扭力弹簧复位，所述左风道及右风道收集的风通过通风口，经所述风栅改变风向后吹动各所述叶片组件，进而带动所述发电机组件发电。

其中：所述叶片组件包括叶片、连接轴及叶片弹簧，所述发电机组件的输入轴上沿圆周方向均匀设有多根连接轴，每根所述连接轴的一端均通过连接法兰与输入轴连接，每根所述连接轴的另一端均转动连接有叶片，所述连接轴上套设有叶片弹簧，所述叶片弹簧的两端分别与叶片及连接法兰相连。

所述右风道与左风道上下设置，所述左风道一端的背风面及右风道一端的背风面均安装有防止左风道与右风道摆动相撞的限位棒，所述右风道上的限位棒的下端由右风道的下部穿出，所述左风道上的限位棒由左风道的上部穿出，所述左风道上限位棒的上端面位于右风道上限位棒的下端面上方。

所述左风道一端端部的背风面及右风道一端端部的背风面均安装有配重块。

所述左风道及右风道的端面均为“工”字型、“C”字型或“U”字型，所述左风道及右风道的背风面均沿长度方向设有加强筋。

所述扭力弹簧的上下两端均固接有连接块，所述扭力弹簧的上下两端分别通过连接块与左风道、右风道固接。

所述支架包括支腿及固定圈，所述支腿为多根，各根所述支腿的上端固接在一起，所述固定圈位于各根所述支腿的内部，并分别与各根所述支腿固接。

所述扭力弹簧为一个或为依次串联的多个。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明解决了现有微风发电装置自适应能力低、集风效率低、防强风能力低、发电效率不稳定等问题；解决了现有微风发电装置为了防止强风对发电装置的破坏作用，保证发电装置的牢固和安全需要安装较大的地下桩基来防止强风的破坏的问题；同时，本发明提高了单位土地面积发电效率，降低了微风发电装置结构复杂程度，降低了成本和故障率，大幅降低维修成本。

2．本发明具有自适应性高、可靠性高、安全性好、可移动性强、应用范围广、单位土地面积发电效率高、使用寿命长、维护成本低、环保等优点。

附图说明

图1为本发明迎风面的立体结构示意图；

图2为本发明背风面的立体结构示意图；

图3为本发明背风面的结构主视图；

图4为本发明叶片保护框及风叶组件的立体结构示意图；

图5为本发明主轴与左、右风道连接处的局部放大图；

图6为本发明叶片保护框、风叶组件与左风道连接处的局部放大图；

图7为图6中A处的局部放大图；

其中：1为叶片保护框，2为左风道，3为右风道，4为加强筋，5为支腿，6为固定圈，7为叶片，8为风栅，9为支架梁，10为发电机组件，11为叶片弹簧，12为连接法兰，13为输入轴，14为限位棒，15为主轴，16为连接块，17为扭力弹簧，18为配重块，19为锁紧螺栓，20为连接轴，21为通风口，22为延伸部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～7所示，本发明包括叶片保护框1、左风道2、右风道3、叶片组件、风栅8、发电机组件10、主轴15及扭力弹簧17，其中主轴15的下端安装于支架上，主轴15的上端设有扭力弹簧17，扭力弹簧17的上下两端分别与左风道2的一端及右风道3的一端相连，左风道2的另一端及右风道3的另一端均连接有叶片保护框1。本实施例的支架包括支腿5及固定圈6，支腿5为多根（本实施例为三根），各根支腿5的上端固接在一起，固定圈6位于各根支腿5的内部，并分别与各根支腿5固接。主轴15的下端与各根支腿5的上端固接在一起。每个叶片保护框1迎风面的一侧均安装有多个平行布置的风栅8，能够使风力在风栅8的作用下改变风向，达到最佳的风力发电效果；每个叶片保护框1背风面的一侧均安装有发电机组件10，发电机组件10通过“十”字型的支架梁9固接在叶片保护框1的背风面一侧，发电机组件10的输入轴13上沿圆周方向均匀连接有多个叶片组件。

本实施例的叶片保护框1为圆环状，迎风面一侧朝向左风道2或右风道3的部分向迎风方向延伸、形成与左风道2或右风道3相连的延伸部22，本实施例的延伸部22为弧形，延伸部22上开设有与左风道2或右风道3连通的通风口21。

本实施例的右风道3与左风道2上下设置，左风道2及右风道3的端面均为“工”字型、“C”字型或“U”字型（本实施例为“工”字型），左风道2及右风道3“工”字形迎风面一侧的槽用于收集微风，收集的微风沿左风道、右风道吹至叶片保护框1上的通风口21；左风道2及右风道3“工”字形背风面一侧的槽内均沿长度方向设有加强筋4。

本实施例发电机组件10的输入轴13上沿圆周方向安装了四组叶片组件，叶片组件包括叶片7、连接轴20及叶片弹簧11，发电机组件10的输入轴13上沿圆周方向均匀设有四根连接轴20，每根连接轴20的一端均通过连接法兰12与输入轴13连接，每根连接轴20的另一端均转动连接有一个叶片7，每根连接轴20上均套设有叶片弹簧11，叶片弹簧11的一端通过锁紧螺栓19与叶片7连接，另一端与连接法兰12相连；叶片弹簧11的设置使叶片7在强风的作用下可以在0～90℃的范围内自动偏转，避免叶片7遮挡风的流动，自动调节叶片7所受风压，使风压保持在相对恒定的状态，保持叶片组件相对恒定的转速，提高发电的稳定性，提高了风力发电的质量。

本实施例左风道2一端的背风面及右风道3一端的背风面均安装有防止左风道2与右风道3摆动相撞的限位棒14，右风道3上的限位棒14的下端由右风道3的下部穿出，左风道2上的限位棒14由左风道2的上部穿出，左风道2上限位棒14的上端面位于右风道3上限位棒14的下端面上方。本实施例的限位棒14为橡胶材质，左风道2上的限位棒14与右风道3上的限位棒14位于主轴15的两侧。

本实施例左风道2一端端部的背风面及右风道3一端端部的背风面均安装有配重块18。左风道2上的限位棒14与配重块18位于扭力弹簧17的两侧，右风道3上的限位棒14与配重块18位于扭力弹簧17的两侧。

本实施例扭力弹簧17的上下两端均固接有连接块16，扭力弹簧17的上下两端分别通过连接块16与左风道2、右风道3固接。扭力弹簧17可为一个或为依次串联的多个。

本发明的工作原理为：

左风道2及右风道3在风力作用下绕主轴15摆动，并在无风状态通过扭力弹簧17复位，左风道2及右风道3收集的风通过通风口21，平行布置的风栅8能够使风力改变风向后吹动各叶片组件，进而带动发电机组件10发电，达到最佳的风力发电效果。

本发明左风道2及其上安装的叶片保护框1、风栅8、叶片组件与右风道3及右风道3上安装的叶片保护框1、风栅8、叶片组件，以扭力弹簧17为中心轴线仿蝴蝶翅膀结构对称布置，发电装置整体采用三角形的三支根5的可移动结构，配合压块可实现不破坏土壤地表，移动浮置。

本发明的扭力弹簧17及叶片弹簧11可以有效地保证发电装置在强风环境下有效地降低风阻，同时根据风力的大小依靠弹簧的变形量来调节叶片7承受风阻的面积，使叶片组件的转动速度基本恒定，维持风力在设定范围内变化条件下发电装置发电效率的稳定和高效，提高风力发电装置的自适应性。

本发明发电装置中的左风道2及右风道3采用仿生学原理，左风道2与右风道3通过位于中心的扭力弹簧17连接，在扭力弹簧17回弹力和风压差形成的扭转力的相互作用下，对称布置的左风道2与右风道3始终在迎风面最大的方向保持动平衡状态，为了防止左风道2与右风道3在极限位置发生碰撞，在左风道2、右风道3的背风面设置了防撞的限位棒14，提高了发电装置的安全性；本发明的发电装置不再需要导风鳍来控制方向，简化了风力发电装置的结构设计，形似蝴蝶在风中飞舞。左风道2与右风道3的主要作用是集中风力并传达到叶片组件上，达到在微风（风速在4级以下）条件下充分发电的效果和强风条件下自动调节的效果。

本发明可以广泛应用于田野、草原、庭院、道路、林地、内陆水域、近海水面、沼泽、滩涂、盐田、农田、建筑屋顶等地，尤其适用于光伏发电场的周边可以达到降低光伏电厂横向风力强度，减小太阳能发电板承受的横向风阻，同时达到风光互补的目的，提高新能源发电场发电效率的稳定性，将对全球“双碳”达标起到非常积极的作用和贡献。

Claims (8)

1.一种蝶型微风发电装置，其特征在于：包括叶片保护框（1）、左风道（2）、右风道（3）、叶片组件、风栅（8）、发电机组件（10）、主轴（15）及扭力弹簧（17），其中主轴（15）的下端安装于支架上，所述主轴（15）的上端设有扭力弹簧（17），所述扭力弹簧（17）的上下两端分别与左风道（2）的一端及右风道（3）的一端相连，所述左风道（2）的另一端及右风道（3）的另一端均连接有叶片保护框（1）；每个所述叶片保护框（1）迎风面的一侧均安装有风栅（8），每个所述叶片保护框（1）背风面的一侧均安装有发电机组件（10），所述发电机组件（10）的输入轴（13）上沿圆周方向均匀连接有多个叶片组件；所述叶片保护框（1）迎风面一侧向迎风方向延伸、形成与左风道（2）或右风道（3）相连的延伸部（22），所述延伸部（22）上开设有与左风道（2）或右风道（3）连通的通风口（21）；所述左风道（2）及右风道（3）在风力作用下绕主轴（15）摆动，并在无风状态通过所述扭力弹簧（17）复位，所述左风道（2）及右风道（3）收集的风通过通风口（21），经所述风栅（8）改变风向后吹动各所述叶片组件，进而带动所述发电机组件（10）发电。

2.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述叶片组件包括叶片（7）、连接轴（20）及叶片弹簧（11），所述发电机组件（10）的输入轴（13）上沿圆周方向均匀设有多根连接轴（20），每根所述连接轴（20）的一端均通过连接法兰（12）与输入轴（13）连接，每根所述连接轴（20）的另一端均转动连接有叶片（7），所述连接轴（20）上套设有叶片弹簧（11），所述叶片弹簧（11）的两端分别与叶片（7）及连接法兰（12）相连。

3.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述右风道（3）与左风道（2）上下设置，所述左风道（2）一端的背风面及右风道（3）一端的背风面均安装有防止左风道（2）与右风道（3）摆动相撞的限位棒（14），所述右风道（3）上的限位棒（14）的下端由右风道（3）的下部穿出，所述左风道（2）上的限位棒（14）由左风道（2）的上部穿出，所述左风道（2）上限位棒（14）的上端面位于右风道（3）上限位棒（14）的下端面上方。

4.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述左风道（2）一端端部的背风面及右风道（3）一端端部的背风面均安装有配重块（18）。

5.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述左风道（2）及右风道（3）的端面均为“工”字型、“C”字型或“U”字型，所述左风道（2）及右风道（3）的背风面均沿长度方向设有加强筋（4）。

6.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述扭力弹簧（17）的上下两端均固接有连接块（16），所述扭力弹簧（17）的上下两端分别通过连接块（16）与左风道（2）、右风道（3）固接。

7.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述支架包括支腿（5）及固定圈（6），所述支腿（5）为多根，各根所述支腿（5）的上端固接在一起，所述固定圈（6）位于各根所述支腿（5）的内部，并分别与各根所述支腿（5）固接。

8.根据权利要求1所述的蝶型微风发电装置，其特征在于：所述扭力弹簧（17）为一个或为依次串联的多个。

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