CN202900539U - 一种上拽式狭管聚风发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种上拽式狭管聚风发电系统涉及的是一种狭管聚风、固相旋转结构、基础基台、建筑造型、空气动力学、烟囱效应、尾流回收、结构力学等综合性学科的重大核心技术，属于风力发电系统技术领域。由吮吸窗、主柱、圈梁、平台、调向装置、圆弧柱、交汇固定座、避雷器、安全墙、规整板壳体、壳体、风力发动机、引风筒、防护网、航标灯、轮毂支撑、塔体、塔座、启闭封盖、支撑架、基台、发电机、附柱、球状本体、狭管本体、机械房、狭管基台组成；狭管本体上部敞口处向上设置在平台中心开口处，下部窄口段与规整板壳体一头对接；引风筒另一头固定连接在塔座环向开口处；壳体内设置有风力发动机；发电机设置在机械房内地基上。

Description

一种上拽式狭管聚风发电系统

技术领域

本实用新型一种上拽式狭管聚风发电系统涉及的是一种狭管聚风、固相旋转结构、基础基台、建筑造型、空气动力学、烟囱效应、尾流回收、结构力学等综合性学科的重大核心技术，属于风力发电系统技术领域。 

背景技术

加快发展新兴产业是国家重要经济战略之一。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中指出，到2015年新能源等战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重力争达到8.6%，到2020年这一比重将力争达到15%左右。此外，按照有关发展规划，“十二五”时期我国风电仍将保持年均新增1500万千瓦左右的发展速度，市场需求潜力巨大。但是另外一个不争的事实又不得不承认，我国目前很多风电企业都是从国外拿图纸来进行生产，没有自己的自主知识产权，比如金风科技的直驱技术来自于德国的Vensys，湘电风能的技术离不开荷兰ZephyroBV公司，东方电气、运达风电的技术则来自于Repower等公司。有的中国企业得到了对方技术授权用于制造风机，有的则签约之初就规定该技术是自己的。这是目前风电产业存在的主要问题。国外最先进的风电技术是不会卖给我们的，很多卖给我们的都是他们落后的技术，所以我们必须加快风电的技术研究和核心技术的储备。在自主研发中选择最有利的技术路径，尽快确立本土优势，参与国际竞争。 

经对社会调查和进一步检索，未见与本实用新型完全一致或类似的专家文献及专利报告。 

发明内容

本实用新型的目的是针对国内外风电产业的巨大市场潜力，特别是针对上拽式狭管聚风发电新型风力发电模式核心技术储备和拥有自主知识产权作为本实用新型的目的。 

本实用新型一种上拽式狭管聚风发电系统是采用以下技术方案实现的: 

一种上拽式狭管聚风发电系统由吮吸窗、主柱、圈梁、平台、调向装置、圆弧柱、交汇固定座、避雷器、安全墙、规整板壳体、壳体、风力发动机、引风筒、防护网、航标灯、轮毂支撑、塔体、塔座、启闭封盖、支撑架、基台、发电机、附柱、球状本体、狭管本体、机械房、狭管基台组成。狭管本体上部敞口段设置在平台中心开口处，狭管本体下部窄口处与规整板壳体一头对接；规整板壳体另一头设置在壳体一头；壳体另一头与引风筒一头固定连接；引风筒另一头固定连接在塔座环向开口处；壳体内设置有风力发动机；发电机设置在机械房内地基上；壳体、规整板壳体、引风筒设置在机械房内基台上；基台、狭管基台设置在附柱上；而附柱设置在地基上，可提高承重能力和消除震动；机械房设置在地基上，以增强抗台风和地震能力；球状本体通过向下延伸段的筒圈成活动状嵌入狭管本体上部敞口处；球状本体外侧环向固定设置有圆弧柱；交汇固定座设置在圆弧柱顶部交汇处；狭管本体外侧环向设置有主柱；主柱、圆弧柱纵向间隔一段距离固定设置有圈梁，以提高整体抗风、抗震能力；狭管本体向下平直段固定设置在狭管基台上；球状本体内侧环向、狭管本体内壁环向、塔体内腔环向固定设置有轮毂支撑，可起到防吸瘪和外部重力袭击；塔体顶部、球状本体环向开口处固定设置有防护网，起到防裂作用的同时，又可防止鸟类和杂物进入；塔座设置在地基上，塔体设置在塔座上；航标灯环向设置在塔体顶部；交汇固定座顶部和塔体顶部固定设置有避雷器，有利于引雷、防雷击；吮吸窗环向设置在狭管本体上合适位置；平台固定设置在主柱上，调向装置设置在平台上，平台外侧环向设置有安全墙，可有效保护施工、维护人员安全；启闭封盖设置在塔座中心空隙处，并固定在塔座内地基上；支撑架成支撑方式设置在风力发动机轴头下方或向心一侧下方，并固定在基台上；风力发动机中心轴通过齿轮传动发电机中心轴，发电机输出电力。从而形成完整的一种上拽式狭管聚风发电系统。

所述的球状本体特征是环向开有聚风进口，并在聚风进口设置有防护网，向下开有流体工质出口，在出口环向壁面上增加往下延伸的圈筒，另外在球状本体顶部外弧面中心设置有中心限位轴筒。 

所述的调向装置由变速箱、齿圈、刹车块、刹车基板组成。刹车基板成环向设置在球状本体向下延伸段的筒圈上；刹车块成活动 ] 形状卡在刹车基板上，并通过固定件固定；齿圈设置在刹车基板下方，成环向固定在球状本体向下延伸段的筒圈上；变速箱设置在平台上；变速箱内向外伸出的齿轮与齿圈啮合。必要时可及时作出调向作用，规避风险。 

所述的狭管本体上部敞口段朝上成L形逐步缩小，通常采用10:1、8:1、6:1、4:1的比例缩小，狭管本体合适位置增加吮吸窗，并成环向间隔建立。 

所述的狭管本体采用市售的钢筋混凝土、玻璃纤维增强聚酯或玻璃纤维增强环氧树脂作为建造材料，也可采用金属薄板卷制、铆焊、拼接组成。当然采用强度高、质轻、耐腐蚀的新型复合型材料制造也是合理选择。 

所述的风力发动机采用大功率多级串联风力涡轮发动机，也可采用特斯拉式无叶片风力发动机，当然采用功率高，使用稳定，长寿命的新颖风力发动机也是完全可行的选择。 

所述的风力发动机采用一至三组同轴串联，也可分前后两组分段设立，根据风量利用后的尾流大小来确定，但至少是前后各一组。 

所述的塔体、塔座采用钢筋混凝土材料制造，也可采用钢制圈筒通过铆焊连接固定高10-300米的塔体，在必要时采用301-600米也是可行的选择。 

所述的规整板壳体采用钢板或玻璃纤维制作成圆筒体或异形筒体，在规整板壳体内设置有螺旋状固相结构，可使工质流动时产生龙卷风效应，也可采用非螺旋式的平面型多层层流板，有利消除乱流。 

所述的发电机采用市售同步发电机、异步发电机、永磁直驱发电机、永磁直流发电机或其他更优秀、更高效的发电机也是合理的选择。使用时不管采用任何一种发电机，可采用大功率的单台机独立使用，也可采用中小型多台联合使用。 

工作原理： 

根据伯努利定律，流速快的流体压强小，附近流速慢的流体就会被压强差吸过来，所以当风从聚风进口进入时，同时会带动路经聚风进口周围的漫散游离风量一起进入。由于低速空气近似不可压缩，所以受逐缩的狭管作用，流速不断加快，当狭管本体内流体经过吮吸窗时，由于快速流动的工质流把窗外的风能带进狭管本体内，从而又一次增大了流体的能量。在经过螺旋导流板时，在螺旋导流板特殊的固相结构引导下，形成旋转式龙卷风姿态，在狭管综合效应下，由原来三级风速的5米/秒左右增加到狭管出口处风速的70-80米/秒时产生20吨左右的推动力，推动风力发动机快速旋转，进而带动了设置在轴头上的动力输出涡齿，同时连同发电机中心轴头齿轮转动，带动发电机运转，由此将风能转换成机械能，进而将机械能转换成电能。

在工质高速流动与物体表面摩擦过程中和动力轴高速旋转运行时都会产生大量的热量，提升了工质的温度，使工质温度长期保持在高于环境温度30-40°以上，从而在烟囱效应的作用下产生了极强的上升力，可以不小于20米/秒的速度上升。而经过冲撞前置风力发动机叶轮后携带剩余能量的尾风，仍然具有18-25米/秒的风速，又一次撞击后置风力发动机，在连撞带拽的双重作用下，产生10-15%的电能。尾风随拽力和自然升力一路向上，顺利地从塔顶部排出，回归大自然，周而复始，循环无穷。 

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本实用新型前述的和其他目的、特征和优点将变得更为清晰。 

图1是一种上拽式狭管聚风发电系统的结构立体图。 

图2是一种上拽式狭管聚风发电系统剖面图。

图中序号：1、吮吸窗，2、主柱，3、圈梁，4、平台，5、调向装置，6、圆弧柱，7、交汇固定座，8、避雷器，9、安全墙，10、规整板壳体，11、壳体，12、风力发动机，13、引风筒，14、防护网，15、航标灯，16、轮毂支撑，17、塔体，18、塔座，19、启闭封盖，20、支撑架，21、基台，22、发电机，23、附柱，24、球状本体，25、狭管本体，26、机械房，27、狭管基台。 

具体实施方式

参照附图1、图2所示，本实用新型一种上拽式狭管聚风发电系统是采用以下技术方案实现的： 

本实用新型一种上拽式狭管聚风发电系统由吮吸窗1、主柱2、圈梁3、平台4、调向装置5、圆弧柱6、交汇固定座7、避雷器8、安全墙9、规整板壳体10、壳体11、风力发动机12、引风筒13、防护网14、航标灯15、轮毂支撑16、塔体17、塔座18、启闭封盖19、支撑架20、基台21、发电机22、附柱23、球状本体24、狭管本体25、机械房26、狭管基台27组成。狭管本体25上部敞口段向上设置在平台4中心开口处，狭管本体25下部窄口处与规整板壳体10一头对接；规整板壳体10另一头设置在壳体11一头；壳体11另一头与引风筒13一头固定连接；引风筒13另一头固定连接在塔座18环向开口处；壳体11内设置有风力发动机12；发电机22设置在机械房26内地基上；壳体11、规整板壳体10、引风筒13设置在基台21上；基台21、狭管基台27设置在附柱23上；附柱23设置在地基上，可提高承重能力和消除震动；机械房26设置在地基上，以增强抗台风和地震能力；球状本体24通过向下延伸段的筒圈成活动状嵌入狭管本体25上部敞口处；球状本体24外侧环向固定设置有圆弧柱6；交汇固定座7设置在圆弧柱6顶部交汇处；狭管本体25外侧环向设置有主柱2；主柱2、圆弧柱6纵向间隔一段距离固定设置有圈梁3，以提高整体抗风、抗震能力；狭管本体25向下平直段固定设置在狭管基台27上；球状本体24内侧环向、狭管本体25内壁环向、塔体17内腔环向固定设置有轮毂支撑16，可起到防吸瘪和外部重力袭击；塔体17顶部、球状本体24环向开口处固定设置有防护网14，起到防裂作用的同时，又可防止鸟类和杂物进入；塔座18设置在地基上，塔体17设置在塔座18上；航标灯15环向设置在塔体17顶部；交汇固定座7顶部和塔体17顶部固定设置有避雷器8，有利于引雷、防雷击；吮吸窗1环向设置在狭管本体25上合适位置；平台4固定设置在主柱2上；调向装置5设置在平台4上，平台4外侧环向设置有安全墙9，可有效保护施工、维护人员安全；启闭封盖19设置在塔座18中心空隙处，并固定在塔座18内地基上；支撑架20成支撑方式设置在风力发动机12轴头下方或向心一侧下方，并固定在基台21上；风力发动机12中心轴通过齿轮传动发电机22中心轴，发电机22输出电力。从而形成完整的一种上拽式狭管聚风发电系统。

所述的球状本体24特征是环向开有聚风进口，并在聚风进口设置有防护网14，向下开有流体工质出口，在出口环向壁面上增加往下延伸的圈筒，另外在球状本体24顶部外弧面中心设置有中心限位轴筒。 

所述的调向装置5由变速箱、齿圈、刹车块、刹车基板组成。刹车基板成环向设置在球状本体24向下延伸段的筒圈上；刹车块成活动 ] 形状卡在刹车基板上，并通过固定件固定；齿圈设置在刹车基板下方，成环向固定在球状本体24向下延伸段的筒圈上；变速箱设置在平台4上；变速箱内向外伸出的齿轮与齿圈啮合。必要时可及时作出调向作用，规避风险。 

所述的狭管本体25上部敞口段朝上成L形逐步缩小，通常采用10:1、8:1、6:1、4:1的比例缩小，狭管本体25合适位置增加吮吸窗1，并成环向间隔建立。 

所述的狭管本体25采用市售的钢筋混凝土、玻璃纤维增强聚酯或玻璃纤维增强环氧树脂作为建造材料，也可采用金属薄板卷制、铆焊、拼接组成。当然采用强度高、质轻、耐腐蚀的新型复合型材料制造也是合理选择。 

所述的风力发动机12采用大功率多级串联风力涡轮发动机，也可采用特斯拉式无叶片风力发动机，当然采用功率高，使用稳定，长寿命的新颖风力发动机也是完全可行的选择。 

所述的风力发动机12采用一至三组同轴串联，也可分前后两组分段设立，根据风量利用后的尾流大小来确定，但至少是前后各一组。 

所述的塔体17、塔座18采用钢筋混凝土材料制造，也可采用钢制圈筒通过铆焊连接固定高10-300米的塔体，在必要时采用301-600米也是可行的选择。 

所述的规整板壳体10采用钢板或玻璃纤维制作成圆筒体或异形筒体，在规整板壳体10内设置有螺旋状固相结构，可使工质流动时产生龙卷风效应，也可采用非螺旋式的平面型多层层流板，有利消除乱流。 

所述的发电机22采用市售同步发电机、异步发电机、永磁直驱发电机、永磁直流发电机或其他更优秀、更高效的发电机也是合理的选择。使用时不管采用任何一种发电机，可采用大功率的单台机独立使用，也可采用中小型多台联合使用。 

本实用新型一种上拽式狭管聚风发电系统具有多项卓越的核心技术和优异的性价优势，具体如下： 

1、规避强暴偏转闭合技术，使聚风发电自我保护意识有了实质性的提升。

众所周知，现有风力发电无论是水平轴还是垂直轴风力机在规避突然袭来的风暴、台风时，很难作出快速反应，叶片断裂，主机扭不动是家常便饭，因此几年下来损坏严重、维修也难，令投资者叫苦不迭。本实用新型利用球状本体耦合延伸圈并进行一系列的优化设置，增强机械动能的同时，启用熟练的碟刹功能，通过感知手段对各种复杂的环境进行科学预测，当遇到雷暴、台风时可立马扭头规避凶险，同时关闭启闭封盖，做到安全保障，万无一失。大大提高了整个大系统的安全性，也为未来狭管聚风发电在安全领域打下了良好基础。 

2、狭管工质增速耦合螺旋固相结构，开创新颖风力发电模式。 

根据风速低于0.3马赫时空气近似不可压缩原理和通过在狭管内关键段设置固相螺旋结构，使工质流形成高速旋转的龙卷风姿态，加上吮吸窗作用和烟囱效应，使风能从聚风进口进入时的三级风5米/秒左右，经过逐缩式狭管效应，螺旋固相结构所产生的龙卷风效应，吮吸窗增量功能和热气流上升烟囱效应的一系列优化提增，最后到狭管出口时风速达到70-80米/秒，同时产生20吨左右的推动力和强大的扭力，使发电效率得到极大的提升，风能利用率达到70%以上。 

3、卓越的工作效率，优异的绿能创造能力，具有极大的投资价值的高质量项目。 

本实用新型不但有上述众多的核心技术，而且同时具备制造容易，可在用电口建站，微风启动，使用寿命长和卓越的性价比，可观可喜的投资回报率；在维护地球环境，改造高污染、高能耗发电行业，创建高效发电零排放新颖产业，保证人类社会可持续发展具有重大意义。 

本实用新型与现有新能源电力系统及传统火电系统价格比：

本实用新型与现有新能源电力系统及传统火电系统综合性能比：

类型	综合性能比较
		火力发电	火力发电需要大量燃煤、燃油，造成环境污染；热效率低下，导致发电效率低；后期成本较高。
核电	投资成本大；发电热效率较低，热污染较严重；会产生高低阶放射性废料；不适宜做尖峰、离峰的随载运转；核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成巨大危害 。
		水电	需筑坝移民等，基础建设投资大；建厂期间长；因设于天然河川或湖沼地带，易受风水的灾害，并且影响其他水利事业；电力输出易受天候旱雨的影响；对大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物生长都带来影响；后期水中杂物清理工程大。
风电	实际发电效率低；造价昂贵；技术有待改进；维护不放便；运行时有噪声；占用大片土地；成本较高。
		太阳能光伏发电（单晶硅）	前期硅棒提炼及硅片制作能耗及污染大；发电效率受气候及峰值功率温度系数影响，并随着使用年限的增长，光电转换率逐年下降；选址要求较高，需常年有日照的地区，发电力很小，很难稳定性的大规模持续供电。
太阳能塔式发电	项目前期投入高；发电效率低，而且受气候影响，电力供应不稳定；需占用大量土地资源；技术不成熟，现有太阳能塔式发电项目也仅是实验项目。
		太阳能槽式热发电	导热油传热工质的使用限制了运行温度只能达到400 °C，只停留在中温阶段；汽轮机发电效率低；发电量不稳定；占用土地面积大。
太阳能塔热气流发电系统	项目造价高；发电效率低，电力不能持续供应；集热棚采用塑料、玻璃或PC材质制成，集热效果差，抗冻、抗风暴、抗冰雹能力差，一般使用3-5年就需更换；运营成本高。
		本实用新型	增进低速风能应用，极大的提高了系统的输出功率，电力输出稳定、时间长，投资回报率高；系统安装简易，维护方便、抗自然灾害性能强；可广泛应用于任何陆地风力系统建设。同时，本实用新型还可海建使用，或与建筑物匹配应用。

通过上述比较可知：相较于现有可再生能源电力和传统电力系统，本实用新型极具高效稳定的电力输出能力，运营成本低、占地面积少，投资回报高，回收期短，抗风险能力强，特别作为第三种新颖风力发电模式，有着巨大的市场价值，增强我国跻身世界风电产业，参与国际竞争，从此一改我国在风力发电行业无核心技术的局面。

Claims (10)

1.一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：由吮吸窗、主柱、圈梁、平台、调向装置、圆弧柱、交汇固定座、避雷器、安全墙、规整板壳体、壳体、风力发动机、引风筒、防护网、航标灯、轮毂支撑、塔体、塔座、启闭封盖、支撑架、基台、发电机、附柱、球状本体、狭管本体、机械房和狭管基台组成；狭管本体上部敞口段向上设置在平台中心开口处，狭管本体下部窄口处与规整板壳体一头对接；规整板壳体另一头设置在壳体一头；壳体另一头与引风筒一头固定连接；引风筒另一头固定连接在塔座环向开口处；壳体内设置有风力发动机；发电机设置在机械房内地基上；壳体、规整板壳体、引风筒设置在机械房内基台上；基台、狭管基台设置在附柱上；而附柱设置在地基上，提高承重能力和消除震动；机械房设置在地基上，以增强抗台风和地震能力；球状本体通过向下延伸段的筒圈成活动状嵌入狭管本体上部敞口处；球状本体外侧环向固定设置有圆弧柱，交汇固定座设置在圆弧柱顶部交汇处；狭管本体外侧环向设置有主柱，主柱、圆弧柱纵向间隔一段距离固定设置有圈梁，以提高整体抗风、抗震能力；狭管本体向下平直段固定设置在狭管基台上；球状本体内侧环向、狭管本体内壁环向、塔体内腔环向固定设置有轮毂支撑，起到防吸瘪和外部重力袭击；塔体顶部、球状本体环向开口处固定设置有防护网，起到防裂作用的同时，又防止鸟类和杂物进入；塔座设置在地基上，塔体设置在塔座上；航标灯环向设置在塔体顶部；交汇固定座顶部和塔体顶部固定设置有避雷器，有利于引雷、防雷击；吮吸窗环向设置在狭管本体上；平台固定设置在主柱上，调向装置设置在平台上，平台外侧环向设置有安全墙，有效保护施工、维护人员安全；启闭封盖设置在塔座中心空隙处，并固定在塔座内地基上；支撑架成支撑方式设置在风力发动机轴头下方或向心一侧下方，并固定在基台上；风力发动机中心轴通过齿轮传动发电机中心轴，发电机输出电力，从而形成完整的一种上拽式狭管聚风发电系统。

2.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的球状本体环向开有聚风进口，并在聚风进口设置有防护网，向下开有流体工质出口，在出口环向壁面上增加往下延伸的圈筒，另外在球状本体顶部外弧面中心设置有中心限位轴筒。

3.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的调向装置由变速箱、齿圈、刹车块、刹车基板组成，刹车基板成环向设置在球状本体向下延伸段的筒圈上；刹车块成活动 ] 形状卡在刹车基板上，并通过固定件固定；齿圈设置在刹车基板下方，成环向固定在球状本体向下延伸段的筒圈上；变速箱设置在平台上。

4.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的狭管本体上部敞口段朝上成L形逐步缩小，通常采用10:1、8:1、6:1、4:1的比例缩小。

5.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的狭管本体采用钢筋混凝土、玻璃纤维增强聚酯或玻璃纤维增强环氧树脂作为建造材料，或采用金属薄板卷制、铆焊、拼接组成。

6.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的风力发动机采用大功率多级串联风力涡轮发动机，或采用特斯拉式无叶片风力发动机。

7.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的风力发动机采用一至三组同轴串联或分前后两组分段设立。

8.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的塔体、塔座采用钢筋混凝土材料制造，或采用钢制圈筒通过铆焊连接固定高10-300米或301-600米的塔体。

9.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的规整板壳体采用钢板或玻璃纤维制作成圆筒体或异形筒体，在规整板壳体内设置有螺旋状固相结构，使工质流动时产生龙卷风效应，或采用非螺旋式的平面型多层层流板，有利消除乱流。

10.根据权利要求1所述的一种上拽式狭管聚风发电系统，其特征在于：所述的发电机采用同步发电机、异步发电机、永磁直驱发电机或永磁直流发电机，采用大功率的单台机独立使用或采用中小型多台联合使用。

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