CN1512061A - 改进的风力回收装置 - Google Patents

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Abstract

这种改进由一结构构成，该结构由一其横截面为圆形或多边形的加固混凝土体所形成，其内部具有诸通道，通道的横截面是逐渐缩小，以迫使风切向作用于垂直轴中心旋转体的诸叶片，所述通风体借助一通过电子可调的设置在其侧表面周围的金属百叶窗得到保护，而通风体的底面和顶面是弯曲的。位于也是由加固混凝土制成的低高度塔的塔顶的、含有有用机械构件和发电机的通风体具有一周边凸起和一除设置旋转体的中心区域之外弯曲的覆盖件，该中心区域由一透明的覆盖件所保护，使得太阳光线作用于经过适当抛光的叶片的边缘和平的底部。

Description

改进的风力回收装置
(1)技术领域
本发明涉及对风力回收装置、尤其是垂直轴类型的改进，因此获得较高的机械性能。这些改进的特点在下面的说明中有完整的叙述。
(2)背景技术
在已有技术中，当前现有的那些用于回收风力和将它转变成机械或电能的装置，根据其轴的位置被分类成水平轴或垂直轴，这两类都具有一些缺陷，本专利就是旨在克服这些缺陷。
人们知道，当今的水平轴装置有相当的高度，且位于一很高的地区上，并几乎总是在山的斜坡、山脉或山丘的很分散的平面中，结果出现了不希望有的视觉干扰。它们还会对野生动植物、尤其是飞禽类由于它们的大的飞翼而引起严重的伤害。这些负面效应是因为如今安装了风力发电站，这有违生物学家的要求。本发明的改进能够制造风力回收程度高、但其高度低、对飞禽类没有危害的装置。
当今的水平和垂直轴装置在组件的叶片转动时还出现特有的噪音，考虑到安装的风力发电站具有许多动力装置，这种噪音就会变得很严重。上述的改进能够获得一种低噪音装置，因此，当在一特定的区域上安装一些这样的装置，那么对周围的环境不会造成噪声污染。
在决定当今风力回收装置的位置时，必须考虑周期的风力随季节变化的特征根据地点、时间、季节、某一时刻的气象状态和场地的地貌而不同的这一事实。但是，经过本发明改进的装置的特征在毫无困难或不降低性能的情况下能够将其安置在风速可高可低的区域，也不用考虑方向。
本发明的改进能够降低垂直轴风涡轮的主要缺陷，诸如机械疲劳、存在固有共振频率以及每一循环的旋转接合出现变化的事实。垂直轴装置的另一问题是它们需要机械化以克服大的起步转矩(breakaway torque)，这一问题由于采用了本发明而达到了缓解。
专利P 9300316“风涡轮发电机”具有一应用于水平轴风涡轮的大进入斗，使它也可用于低速风，但由于采用如此大的进入斗，产生了很大视觉和声音干扰。
专利P 055984“增加垂直轴风力发电机性能的系统”由于其高度比经过上述改进的装置的高度要高也产生严重的视觉干扰，以及其性能下降。
(3)发明内容
本发明所涉及的改进包括采用加固混凝土结构的一组位于内部的风力回收装置，这样的结构包括一垂直轴体和一组通道以及特别设置的并适当地位于装置中的可调节的百叶窗，该垂直轴体位于一高度相当低的并也最好由加固混凝土制成的塔的顶部。
该装置能够最佳地使用风能，这是因为它能适当地回收和引导风力，能够通过发电机提供电能，或通过直接应用于齿轮箱的装置提供机械能，能够操纵有关农业、工业以及其它社会和城市应用的各种各样机器。
因此，本发明的目的是以一有利的和有益的方式使用风力，即使该风力根据蒲福风力等级其风的强度很低也是如此。
此外，这种使用可以一明显对环境有利的方式完成，这是因为经本发明改进的风力回收是清洁的、安静并具有很高的机械性能。
(4)附图说明
为了描述本发明改进部分的各个不同构件，附上一组附图，但不是作为限制性的例子，而是代表其中的一个实用的实施例，在附图中，
图1是装置的外部正视图，它包括了本发明的改进；
图2是沿前图装置的轴向平面截取的该装置的一个视图，它示出了包括本发明改进的不同部分的布局；
图3是沿前图的AA平面截取的一圆形轮廓实施例的剖视图；
图4是一类似于前图的一四边形轮廓实施例的剖视图；
图5是一类似于图3和4的三角形轮廓实施例的剖视图；
图6也是一类似于前面三个附图的另一六边形轮廓实施例的剖视图；以及
图7是一类似于前面四个附图的另一八边形轮廓实施例的剖视图。
(5)具体实施方式
根据附图，对垂直轴风力回收装置的改进包括一加固混凝土塔1，在塔顶有一通风体2，该通风体2有一敞开的侧面，但其整个的轮廓被可调的百叶窗3所限定。
通风体2呈伞形，具有一如图3至7所示的圆或多边形平面，其表面面积大于塔1的表面，其直立的通风体高度2最好是约2.5和3米(8.2-10英尺)。
所述改进的实用实施例基本上示出了根据能够达到塔1和通风体2所形成的结构的高度的三种选择。
第一选择，具有一高度在10与15米之间的结构，具体根据它要安置的场地和期望的风力回收来决定。
第二选择是一高度在5与10米之间的结构，具体根据前述相同的因素。
为了例如直接安装在工厂房屋、住处和甚至供水池上面的屋顶上，最后的第三选择是高度在5米以下。
根据上面的描述，高度在5与15米之间的式样的最佳工作层包括在5与21米/秒(18与75.6千米/小时)之间的风速，能够获得显著的性能。这些风况最有可能出现在沿海地区以及山谷和高原。
至于高度较低的形式，最佳性能可在4至8米/秒(14.4和28.8千米/小时)的风速之间获得，高一低值通常出现在城市和开放的内陆地区。
上述通风体2的内部有加固混凝土制成的薄壁4，它们提供了如图3至7所示的诸通道5，使得来自外界的风被引导到垂直轴旋转体6，该旋转体6最好位于通风体2的中心，这样的旋转体通常采用5、6或8个叶片7。通道5的特定布局使风能够切向作用于所述叶片7，因此有助于所述旋转体6的转动。由于它们靠近旋转体6运动，各通道5的横截面不断缩小，使得进入区域8的表面比通道9的出口部分大。该部分的缩小迫使在进入区域8中回收的风速增加。这些沿通风体2周边的进入区域8的布局使风的回收与其方向无关。
考虑到上述风速因素，应该要提到例如15平方米的进入区域表面8能够回收约每秒60立方米空气的事实，这些空气被迫经4平方米横截面的通道出口9退出，产生约3.75倍的相当大的速度增加，使得风用一大于70公斤米/秒2(kgm/s2)的压力作用于叶片7，一旦空气阻力损失被扣除，引起旋转体6在1.5与1.7转/秒(rps)之间的旋转。
从图2中可以注意到，通风体2内部的底面10和顶面11都不是水平的，都略微朝旋转体区域6弯曲，其目的是减少通道9的出口截面，而因此增加作用于叶片7的风速。
经过百叶窗3的缝隙的外来物体由于它们自身的重量和上述的底面10的倾斜以及所述百叶窗3的下部3’不完全封闭的事实而从通风体2排出，如图1和2所示。此外，该特定的布局能够很好地回收出现在强狂风结束时的低速风。
用一设置有一尖锐的周边凸起13的伞形覆盖件12保护上述的通风体2，这样做的目的是避免百叶窗3受到诸如雪和水的室外物体的侵袭。覆盖件12设置有使太阳光线能够透到旋转体6的透明的上中心区域或帽14，因而能使叶片7和被适当抛光的平的底部7’的边缘变温暖。这种温暖使位于那儿的风的温度上升，其结果是朝旋转体6的上部移动，这样自动形成一从装置的外面朝上述旋转体6的气流。以此方法，可降低垂直轴风力回收装置的较高的起步转矩。
旋转体6通过轴16连接于一增速齿轮箱15。适当油冷却的和行星齿轮、电和自动类的增速齿轮箱15获得一能够以额定速度旋转并输送约300千瓦功率的发电机17。又可较好地用水或乙二醇对所述发电机17进行冷却。在另一种图中未示出的布局中，增速齿轮箱15操纵有关农业、工业工厂或其它社会和城市应用的各种各样机器。
所有的过程都可通过微处理器控制，最好是通过人造卫星控制，因而设置有一系列用于振动、诸如风速计、风标翼和温度计的气象学控制、速度、温度和水压以及其它的传感器，它们基本上控制旋转体6、轴16、发电机17、增速齿轮箱15和制动器的不同的工作情况。
该控制系统也能够操纵可调百叶窗3，使得它们能够适当地改变它们的缝隙。此外，所述可调百叶窗3能够防止外来物体诸如树枝或通过进入而引起对旋转体6的叶片7的破坏的其它物质。一门18使人能够进入混凝土塔1，以进行必要的维修保养和清洁工作。
尽管已经充分描述了应用于风力回收装置的改进的主要特征、本发明的目的，但要指出的是，在实际实施中的任何改变、改动尺寸、非必要的形状、外观和外部修饰以及所用材料类型，都不会改变(下面的权利要求所概括的)本发明的主要方面。

Claims (4)

1.一种改进的风力回收装置，尤其是垂直轴类型的，所述装置包括一系列叶片(7)形成的一旋转体(6)，这些叶片在风的作用下旋转，所述旋转通过一轴(16)和其相应的增速齿轮箱(15)被传递到一发电机(17)或一机械机构，其基本特征在于，它们包括一由加固混凝土制成的具有一圆形或多边形横截面的通风体(2)，它们内部采用一系列以倾斜角固定和设置的直壁(4)，以形成诸通道(5)，通道的横截面逐渐减小，以迫使风进入通风体而以大于所述通风体(2)入口处的速度切向作用于中心旋转体(6)的诸叶片(7)，上述通风体有一敞开的侧表面(8)，但由一可调金属百叶窗(3)保护，其组件位于高度较低的也由加固混凝土制成的塔(1)的顶部。
2.如前述权利要求所述的改进的风力回收装置，尤其是垂直轴类型的，其特征在于，通风体(2)具有围绕其整个周边设置的通道(5)的进入区域(8)，使得旋转体(6)的旋转总是与风的方向无关，而所述通风体的底面(10)和顶面(11)适当地朝内弯曲，以便增加旋转体(6)的叶片(7)上的风速。
3.如前述权利要求所述的改进的风力回收装置，尤其是垂直轴类型的，其特征在于，通风体(2)有一周边凸起(13)和一其中心区域除外如伞的弯曲覆盖件(12)，在该中心区域，一允许太阳光经过朝向旋转体(6)的透明覆盖件(14)保护所述通风体，所述光线作用于经过适当抛光的叶片(7)的边缘和平的底部(7’)。
4.如前述权利要求所述的改进的风力回收装置，尤其是垂直轴类型的，其特征在于，可调百叶窗(3)根据风速通过电子装置自动改变缝隙，而且所述百叶窗(3)不会完全关闭它们的对应于通风体(2)的底面(10)的下部(3’)。
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