CN203114527U - 一种狭管聚风发电的功能性主体架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种狭管聚风发电的功能性主体架构涉及结构效应、力学性能、建筑构造、建筑承载、抗风抗震理论、狭管效应等核心技术，属于风力发电机狭管聚风发电的功能性主体架构技术领域。由吮吸窗、轮式护环A、狭管本体、环形平台、轴承安装座A、圈梁、圆顶、圆顶主柱、轴承安装座B、避雷针、中心限位基座、安全墙、主柱、轮式护环B、螺旋引导板、机械房、风力发动机基台、泄风通道、边柱、泄水通道、中柱、狭管基台组成；吮吸窗设置在狭管本体上；狭管本体下部设置在狭管基台上；环形平台设置在狭管本体上部，同时与主柱固定连接；轴承安装座A设置在狭管本体上部环向内壁面上；圆顶安装在环形平台上部，螺旋引导板设置在狭管本体环向内壁。

Description

一种狭管聚风发电的功能性主体架构

技术领域

本实用新型一种狭管聚风发电的功能性主体架构涉及的是一种结构效应、力学性能、建筑构造、建筑承载、抗风抗震理论、狭管效应等多学科重大科技核心技术，属于风力发电机狭管聚风发电的功能性主体架构技术领域。 

背景技术

目前市场上所能看到的无论是水平轴风力发电机还是垂直轴风力发电机已有些年月了，由最初的帆布式、木桨式发展到现今的高分子复合材料，也由原来的几瓦发展到现在的兆瓦级。人们一路走来，努力探索风能的利用，希望能给人类自己带来更大的便利。但无论是水平轴风力发电机还是垂直轴风力发电机均存在很大的技术、制造、材料、安全性问题。行业内人士也知道有些重大问题无法解决，如在遇强暴风突袭时避险装置很难立即作出反应，叶片所承受的阻力和主机扭动时需要的力点并不在同一轴线上。同时还存在对风力资源要求高，年平均风速需要在7米/秒以上。这样一来投资回收时间长达十几年，而发电成本高，上网电价高是无法回避的不争事实。行业内专家明了这种局面一定要改变，但一直以来却找不到更好的风力发电方式。当人们集中精力把叶片制造得又大又长时，有发展眼光的科技型企业已经把目光聚焦在未来世界风力发电的第三种模式——狭管聚风发电上。 

经进一步检索及市场调查，未见与本实用新型完全一致或相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已知的风力发电市场及年增长态势，特别是针对上述所述的技术难题，提供一种狭管聚风发电的功能性主体架构和拥有自主知识产权作为本实用新型的目的。 

本实用新型最大的特点之一是：充分运用建筑科学理论，结合杰出的圆形设计避免了巨大的狭管在输送工质过程中带来的不稳定性，同时又增强了系统整体抗震抗风暴能力；特点之二是：充分运用狭管增速理论，对狭管进口到出口经精密计算后进行最佳的逐缩尺度匹配，在风能利用减少损耗同时，提升风速，解决了采风在空中，引风到地面的核心技术难题；特点之三是：充分运用龙卷风成因理论，在狭管内壁面增设螺旋引导板，理由这种螺旋引导板迫使管内快速流动的工质沿螺旋引导板旋转，从而形成中心呈负压的高速气旋，由此产生龙卷风效应；特点之四是：充分运用伯努利理论，在狭管相应段面开设若干可启闭的窗，以高速龙卷风前进的旋力来吮吸窗外的风加入，从而在提高风量的同时，高速旋转的气流还能产生巨大的扭力。 

本实用新型一种狭管聚风发电的功能性主体架构是采用以下技术方案实现的： 

一种狭管聚风发电的功能性主体架构由吮吸窗、轮式护环A、狭管本体、环形平台、轴承安装座A、圈梁、圆顶、圆顶主柱、轴承安装座B、避雷针、中心限位基座、安全墙、主柱、轮式护环B、螺旋引导板、机械房、风力发动机基台、泄风通道、边柱、泄水通道、中柱、狭管基台组成。吮吸窗设置在狭管本体上适当位置，有利于管内流速加快时顺利从窗外吮吸增补空气流；轮式护环A设置在狭管本体环向内壁上；狭管本体下部设置在狭管基台上，中部用轮式护环B连接固定；环形平台设置在狭管本体上部，同时与主柱固定连接；轴承安装座A设置在狭管本体上部环向内壁面上，轴承安装在轴承安装座A上；圆顶安装在环形平台上部，圆顶安装有圆顶主柱，圈梁设置在圆顶主柱环向，以增强横向拉力；圆顶主柱一头设置在环形平台上，另一头固定在中心限位基座环向外侧面上，形成圆拱形；轴承安装座B设置在中心限位基座环向内侧，有利于轴承安装，轴承B安装在轴承安装座B 上，可与圆顶的中心限位轴筒成活动状对接；避雷针设置在中心限位基座顶部，可起到引雷、防雷作用；安全墙设置在环形平台环向外侧；主柱一头设置在环形平台下方，以起到支撑作用，主柱另一头设置在地基下，与大地浑然一体，可有效抗震、抗强暴风；轮式护环B一头设置在狭管本体上，另一头形成圈设置在主柱上，可提高主柱的稳定性，同时又增强了狭管本体的抗震性；螺旋引导板设置在狭管本体环向内壁，通过螺旋引导板强迫工质流形成旋转状，形成龙卷风；狭管本体下部出风口与风力发动机相连，机械房设置在地面上；风力发动机基台设置在机械房内边柱上，靠前设置；泄风通道则设置在机械房出风口上；边柱一头设置在风力发动机基台上，边柱另一头设置在地基下，可起到支撑作用，有利消除机械振动；泄水通道设置在狭管本体的最下端环向一侧；狭管基台设置在狭管本体下端下方，以托举状分担重力；中柱一头设置在狭管基台上，中柱另一头设置到地基下，可有效把狭管本体重力顺利转移到地下。通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的狭管聚风发电的功能性主体架构。

所述的吮吸窗是环狭管本体成外凸斜面设置有10-50个孔，孔径尺寸为300-1000毫米，或采用宽300-600毫米，长800-1500毫米长方形孔也是合理的选择。 

所述的狭管本体采用钢制卷筒焊装拼接组成，也可采用玻璃纤维管材结合竹或木型材作为龙骨，同时配以玻璃纤维增强聚酯或玻璃纤维增强环氧树脂作为贴面复合制成。 

所述的狭管本体采用钢筋混凝土制作更是合理的选择，制作时尽可能与轮式护环B连成一体。 

所述的狭管本体其主要特征是：不管采用其中任何一种材料制作，其大开口段朝上，自然顺弯向下，缩口段与机械房侧面开口处封接。上端开口处尺寸为2-100米，缩口段直径为0.3-15米。 

所述的螺旋引导板采用不锈钢、碳钢、铝合金薄壁材料，无论采用何种材质均需制成螺旋形，铆焊固定在狭管本体出口前段内壁面上，形成旋转状螺旋引导板。 

所述的螺旋引导板采用市售的玻璃纤维增强聚酯树脂或玻璃纤维增强环氧树脂，当然采用碳纤维/E玻璃纤维与树脂混杂也是合理的选择。 

所述的主柱采用钢制卷筒，通过焊接获得，也可直接采用市售见证用钢筋混凝土，无论采用何种材质，均需按照建筑标准规范来建造。 

所述的中心限位基座采用金属材料制成O形圈，也可用钢筋混凝土预制，特征是在O形圈外侧环向设置6-12块金属安装块，便于对接圆形主柱，而在O形圈内环向预留有10-30个轴承安装座B，便于轴承安装。 

所述的机械房采用常规建材以砖混结构建造，其特征为半圆弧顶，墙体朝向狭管本体出口开有一个1-15米的孔，同轴方向开泄风通道孔，其尺寸为2-25米。在墙体另一侧也同时开一个2-25米的泄风通道孔，并在墙体泄风通道孔处安装有可启闭的电动门。 

工作原理： 

根据伯努利原理“速度快的流体压强小，附近速度慢的流体就会被吸过来”，本实用新型作为狭管聚风的主装备，在与另一主体装置“一种圆顶聚风装置”嵌入式结合后形成一个整体。当聚风进口面向来风方向时，受风速影响，聚风罩附近的游离风能会一同随主工质流进入聚风屏障，经短暂变向，经狭管本体上部进入狭管内。一路顺弯向前，工质流受到挤压，在逐缩圆筒螺旋引导板的强迫模式下，流速由原来的几米/秒提升到几十米/秒。此时，产生较多湍流和乱流，在强大的工质流进入螺旋形引导板时，所有工质流进行了一次螺旋状螺旋引导板规范，逐步形成另一种风姿，龙卷风由此成形。又一次提升了风速由原来的几十米/秒提升到上百米/秒，并产生了极强的扭力，带动发电机工作。

按建筑科学理论建筑的本实用新型主体架构可消除当遇强暴风地震时能通过各柱梁、桩基、基础平台和结构墙体的结构效应主动承担水平载荷引起的弯剪变形，受压变形等带来的危害。确保作用在建筑物上的各种载荷，在结构系统各连接构件之间的有效传递，以及确保结构的整体性和结构构件机器连接部位的延性。 

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1.一种狭管聚风发电的功能性主体架构剖面图； 

图中序号：1.吮吸窗；2.轮式护环A；3.狭管本体；4.环形平台；5.轴承安装座A；6.圈梁；7.圆顶主柱；8.轴承安装座B；9.避雷针；10.中心限位基座；11.安全墙；12.主柱；13.轮式护环B；14.螺旋引导板；15.机械房；16. 风力发动机基台；17.泄风通道；18.边柱；19.泄水通道；20.中柱；21.狭管基台；22.圆顶。

具体实施方式

参照附图1所示，本实用新型一种狭管聚风发电的功能性主体架构是采用以下技术方案实现的： 

一种狭管聚风发电的功能性主体架构是由吮吸窗1、轮式护环A 2、狭管本体3、环形平台4、轴承安装座A5、圈梁6、圆顶22、圆顶主柱7、轴承安装座B 8、避雷针9、中心限位基座10、安全墙11、主柱12、轮式护环B 13、螺旋引导板14、机械房15、风力发动机基台16、泄风通道17、边柱18、泄水通道19、中柱20、狭管基台21组成。吮吸窗1设置在狭管本体3上适当位置，有利于管内流速加快时顺利从窗外吮吸增补空气流；轮式护环A 2设置在狭管本体3环向内壁上；狭管本体3下部设置在狭管基台21上，中部用轮式护环B 13连接固定；环形平台4设置在狭管本体3上部，同时与主柱12固定连接；轴承安装座A 5设置在狭管本体3上部环向内壁面上，轴承A安装在轴承安装座A 5上；圆顶22安装在环形平台4上部，圆顶22安装有圆顶主柱7，圈梁6设置在圆顶主柱7环向，以增强横向拉力；圆顶主柱7一头设置在环形平台4上，另一头固定在中心限位基座10环向外侧面上，形成圆拱形；轴承安装座B 8设置在中心限位基座10环向内侧，有利于轴承安装，轴承B安装在轴承安装座B 8上，可与圆顶的中心限位轴筒成活动状对接；避雷针9设置在中心限位基座10顶部，可起到引雷、防雷作用；安全墙11设置在环形平台4环向外侧；主柱12一头设置在环形平台4下方，以起到支撑作用，主柱12另一头设置在地基下，与大地浑然一体，可有效抗震、抗强暴风；轮式护环B 13一头设置在狭管本体3上，另一头形成圈设置在主柱12上，可提高主柱12的稳定性，同时又增强了狭管本体3的抗震性；螺旋引导板14设置在狭管本体3环向内壁，通过螺旋引导板强迫工质流形成旋转状，形成龙卷风；狭管本体3下部出风口与风力发动机相连，机械房15设置在地面上；发动机基台16设置在机械房15内边柱18上，靠前设置；泄风通道17则设置在机械房15出风口上；边柱18一头设置在风力发动机基台16上，边柱18另一头设置在地基下，可起到支撑作用，有利消除机械振动；泄水通道19设置在狭管本体3的最下端环向一侧；狭管基台21设置在狭管本体3下端下方，以托举状分担重力；中柱20一头设置在狭管基台21上，中柱20另一头设置到地基下，可有效把狭管本体3重力顺利转移到地下。通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的狭管聚风发电的功能性主体架构。

所述的吮吸窗1主要的结构是，环狭管本体3成外凸斜面设置有10-50个孔，孔径尺寸以300-1000毫米圆孔为宜，或采用宽300-600毫米，长800-1500毫米长方形孔也是合理的选择。 

所述的狭管本体3采用钢制卷筒焊装拼接组成，也可采用玻璃纤维管材结合竹或木型材作为龙骨，同时配以玻璃纤维增强聚酯或玻璃纤维增强环氧树脂作为贴面复合制成。 

所述的狭管本体3采用钢筋混凝土制作更是合理的选择，制作时尽可能与轮式护环B13连成一体。 

所述的狭管本体3其主要特征是：不管采用其中任何一种材料制作，其大开口段朝上，自然顺弯向下，缩口段与机械房侧面开口处封接。上端开口处尺寸为2-100米，缩口段直径为0.3-15米。 

所述的螺旋引导板14采用不锈钢、碳钢、铝合金薄壁材料，无论采用何种材质均需制成螺旋形，铆焊固定在狭管本体3出口前段内壁面上，形成旋转状螺旋引导板。 

所述的螺旋引导板14采用市售的玻璃纤维增强聚酯树脂或玻璃纤维增强环氧树脂，当然采用碳纤维/E玻璃纤维与树脂混杂也是合理的选择。 

所述的主柱12采用钢制卷筒，通过焊接获得，也可直接采用市售见证用钢筋混凝土，无论采用何种材质，均需按照建筑标准规范来建造。 

所述的中心限位基座10采用金属材料制成O形圈，也可用钢筋混凝土预制，特征是在O形圈外侧环向设置6-12块金属安装块，便于对接圆形主柱12，而在O形圈内环向预留有10-30个轴承安装座B 8，便于轴承安装。 

所述的机械房15采用常规建材以砖混结构建造，其特征为半圆弧顶，墙体朝向狭管本体3出口开有一个1-15米的孔，同轴方向开泄风通道孔，其尺寸为2-25米。在墙体另一侧也同时开一个2-25米的泄风通道孔，并在墙体泄风通道孔处安装有可启闭的电动门。 

本实用新型一种狭管聚风发电的功能性主体架构具有科学合理的技术特征和优异的性价优势，具体如下： 

1、科学合理的设计理念，完美无瑕的结构造型。

本实用新型在整个大系统的设计造型上做足了文章，始终遵循一个原则：牢、简、特、实、广五字方针。一为牢靠，通过采用圆面设计使地下、地上、左邻右舍相互之间的紧密连接关系得到强化，从而达到一个完美组合体，充分体现了其架构基础牢靠，功能卓越的强大力量；二是简单，化繁为简，不做作，不浮夸，简单实用，充分彰显其藏在深处的功力和技术涵养，特别是打破了水平轴“单打独斗”的架构；三是特别，自古到今，从国内到国外，未见风力发电采用这等模式，因此一举跨越进入世界强列，为后人作出标杆；四是实在，从造型到实际应用，无论从工程造价、工程制作、工程维护、后期保养均一目了然，实实在在，无半点弄虚作假；五是广大，无论采用何种材料，何种方式建造，选择任何地址建站，海上、绿地、荒郊、湖中岛上、山顶，甚至城市小区，都迎风发挥，精准发电，连接关系之间精确到位，具有抗10级以上大风和8级以上地震的能力。 

2、运用狭管增速理论，获得开启第三种风力发电的金钥匙。 

长久以来，在国内外风电大佬们眼中，所有人的眼球都紧盯水平轴做大做长上，以尽可能增大扫风面积来满足多发电。却忽略了一个细节“峣峣者易折”。本实用新型采用另类思考方式来思考同一问题，多发电而又要脚踏实地，遵循这一原则，充分运用逐缩管筒螺旋引导板耦合圆顶礼帽聚风装置，不但把低风速5米/秒通过特殊引导逐缩管筒增速到几十米/秒，甚至上百米/秒。以采风在空中，引风到地面的强制性过程来完成，而在外观上又找不到一片风叶。牢不可破坚固架构支撑着整个系统的安全稳态发挥，从而寻找到了开启人类社会二十一世纪风力发展第三种类型之门的金钥匙，也是对狭管增速理论的一次最有成效的践行。 

3、运用龙卷风成因理论，促使风能从量变到质变的完美转身。 

龙卷风这个大自然的怪物，人们在电视、电影、科教片里可以随时见到，生活中很少见到，也怕见到。而人造龙卷风作用在风力发电上更是闻所未闻。本实用新型大胆采用龙卷风成因理论作指导，通过在狭管管内增设螺旋引导板这种螺旋引导板，迫使管内快速流动的工质沿螺旋引导板旋转，从而形成中心呈负压的高速气旋，由此产生龙卷风效应。在高速气旋的作用下，同时带来巨大的扭力，圆满完成风能从量变到质变的全过程。这种龙卷风应用方式是水平轴、垂直轴风力发电无法获得，同时又是非常不愿看到的。经我科研人员精准计算同时采用有限元分析手段获得的一手资料来看，极大地超越原想象，即使在三级风5米/秒情况下，狭管出发口风力足以推动一辆20吨重的汽车。本实用新型独一无二的创新技术，必将为未来狭管风力发电“添塑金身”，发挥更大作用。 

4、运用伯努利理论作先导，开窗引风提增风量关键技术。 

本实用新型另一创新技术，在狭管本体有效段面环向增设了岗位性窗口，此类岗位性窗口根据狭管聚风发电的特性，在充分运用伯努利理论作先导的前提下，做出的又一大创举。“速度快的流体压强小，附近流速慢的流体就会被吸过来”吮吸理论从娘胎里出来就会的人类活命理论，应用到狭管增风结构性原理上，更具其功能价值。就像人们坐在快速飞驰的汽车里一样，如果有人打开车窗，风就会毫不留情冲进车内。本实用新型巧妙地运用了这一理论，并将加以实施，在狭管相应段面开设环向进风窗口，高速前进的龙卷风在产生旋转的同时把窗外的游离散漫风能吮吸进旋流之中，从而增大能量，填实了龙卷风风柱。加强旋转力同时又产生了强大的扭力，带动中心轴输出机械能量。 

综上所述，不难看出本实用新型卓越的核心技术和未来无限的商业价值，特别作为狭管聚风发电的主力装置架构必然会引起同行们的重视和世界各国风力利用专家的好评，也是未来第三种风力发电模式，狭管聚风发电主装备架构的不二选择。 

Claims (10)

1.一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：由吮吸窗、轮式护环A、狭管本体、环形平台、轴承安装座A、圈梁、圆顶、圆顶主柱、轴承安装座B、避雷针、中心限位基座、安全墙、主柱、轮式护环B、螺旋引导板、机械房、风力发动机基台、泄风通道、边柱、泄水通道、中柱和狭管基台组成；吮吸窗设置在狭管本体上，有利于管内流速加快时顺利从窗外吮吸增补空气流；轮式护环A设置在狭管本体环向内壁上；狭管本体下部设置在狭管基台上，中部用轮式护环B连接固定；环形平台设置在狭管本体上部，同时与主柱固定连接；轴承安装座A设置在狭管本体上部环向内壁面上，轴承安装在轴承安装座A上；圆顶安装在环形平台上部，圆顶安装有圆顶主柱，圈梁设置在圆顶主柱环向，以增强横向拉力；圆顶主柱一头设置在环形平台上，另一头固定在中心限位基座环向外侧面上，形成圆拱形；轴承安装座B设置在中心限位基座环向内侧，有利于轴承安装，轴承B安装在轴承安装座B 上，与圆顶的中心限位轴筒成活动状对接；避雷针设置在中心限位基座顶部；安全墙设置在环形平台环向外侧；主柱一头设置在环形平台下方，以起到支撑作用，主柱另一头设置在地基下；轮式护环B一头设置在狭管本体上，另一头形成圈设置在主柱上；螺旋引导板设置在狭管本体环向内壁，通过螺旋引导板强迫工质流形成旋转状，形成龙卷风；狭管本体下部出风口与风力发动机相连，机械房设置在地面上；风力发动机基台设置在机械房内边柱上，靠前设置；泄风通道则设置在机械房出风口上；边柱一头设置在风力发动机基台上，边柱另一头设置在地基下；泄水通道设置在狭管本体的最下端环向一侧；狭管基台设置在狭管本体下端下方；中柱一头设置在狭管基台上，中柱另一头设置到地基下；通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的狭管聚风发电的功能性主体架构。

2.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的吮吸窗是环狭管本体成外凸斜面设置有10-50个孔，孔径尺寸为300-1000毫米，或采用宽300-600毫米，长800-1500毫米长方形孔。

3.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的狭管本体采用钢制卷筒焊装拼接组成，同时配以玻璃纤维增强聚酯或玻璃纤维增强环氧树脂作为贴面复合制成。

4.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的狭管本体采用钢筋混凝土制作，与轮式护环B连成一体。

5.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的狭管本体其大开口段朝上，自然顺弯向下，缩口段与机械房侧面开口处封接，上端开口处尺寸为2-100米，缩口段直径为0.3-15米。

6.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的螺旋引导板采用不锈钢、碳钢、铝合金薄壁材料，制成螺旋形，铆焊固定在狭管本体出口前段内壁面上，形成旋转状螺旋引导板。

7.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的螺旋引导板采用玻璃纤维增强聚酯树脂或玻璃纤维增强环氧树脂。

8.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的主柱采用钢制卷筒通过焊接获得，或直接采用钢筋混凝土结构。

9.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的中心限位基座采用金属材料制成O形圈，或采用钢筋混凝土预制，在O形圈外侧环向设置6-12块金属安装块，便于对接圆形主柱，而在O形圈内环向预留有10-30个轴承安装座B，便于轴承安装。

10.根据权利要求1所述的一种狭管聚风发电的功能性主体架构，其特征在于：所述的机械房采用砖混结构建造，为半圆弧顶，墙体朝向狭管本体出口开有一个1-15米的孔，同轴方向开泄风通道孔，其尺寸为2-25米；在墙体另一侧也同时开一个2-25米的泄风通道孔，并在墙体泄风通道孔处安装有可启闭的电动门。

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