CN203130366U - 一种塔式上拽风力回收型发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种塔式上拽风力回收型发电装置涉及风力上拽塔、狭管发电尾风回收利用、工质增量窗口建立、风力机叶片制造、空气动力、电能转换等重大核心技术，属于塔式上拽风力回收型发电装置技术领域。由气流上拽塔体、安全栅、避雷装置、航标灯、轮式防护圈、加固柱、塔体开口、风力机壳体、法兰、变速箱、引风筒、聚风筒体、支撑固定基台、塔基平台、齿轮A、扇形叶片A、旋式规整板A、支撑筋A、轴承A、防护罩、向心环A、环向窗口、固定环A、发电机、发电机中心轴、轴承B、基桩、齿轮B、环形圈、封盖、弯臂、变速齿轮、轮式支撑、防护网、旋式规整板B、向心环B、支撑筋B、固定环B、扇形叶片B、动力轴、连接环A、连接环B组成。

Description

一种塔式上拽风力回收型发电装置

技术领域

本实用新型一种塔式上拽风力回收型发电装置涉及的是风力上拽塔、狭管发电尾风回收利用、工质增量窗口建立、风力机叶片制造、空气动力、电能转换等重大核心技术，属于一种塔式上拽风力回收型发电装置技术领域。 

背景技术

纵观现有国内外风力发电市场，水平轴风力机占整个大市场的主导地位已是不争的事实。虽然还有垂直轴风力机挤进市场，但仅仅只是凤毛麟角，难以与水平轴一争高低，走向主位，共享天下。无论是水平轴或垂直轴风力机均存在不同程度的棘手难题，阻碍水平轴、垂直轴风力机向深度、广度发展。水平轴风力机因其重心高、重量大、转向困难、遇险无法避让、投资回报低、工作效率低、且运输安装、日常维护、安全运行均有不尽人意之处，而垂直轴风力机又有功率低、阻力大、效率低、难以集中布场，只在一家一户或小范围内施展拳脚，形不成大气侯之难言之隐。 

投资大、效率低、安全性差、使用寿命短、维护难是其共性问题。各国专家、科研人员、行业热心人士均在开动脑筋，力争寻找到更为安全、高效、便利、免维护、使用寿命长的优秀机型。经检索，此类新颖机型无论是论文，还是成熟机型均很难找到，特别是针对狭管聚风涡轮式发电的尾流利用再发电更是闻所未闻。 

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现有的风力发电市场所获悉的各种风力发电机型和严重缺乏第三种风力发电的专家文献和专利报告，提供一种塔式上拽风力回收型发电装置，特别针对配合新颖狭管聚风涡轮式发电，实行对高速工质余流合理回收利用再发电为本实用新型的目的。 

本实用新型经本企业核心技术人员在查阅大量技术资料的基础上，又经国内顶级专职风力发电专家模拟，采用有限元分析等多种技术手段，得出狭管聚风涡轮式风力发电余量可利用率在25%左右，风速高达20米/秒以上，因此本实用新型向全社会提供一种塔式上拽风力回收型发电装置，以填补国内外空白。 

本实用新型特点之一是窗式吸风增流技术耦合风力旋式整流板技术，根据伯努利定律，速度快的流体压强较小，附近流速慢的流体就会被吸进来，以此理论特别设计的环向窗口，在狭管出口20米/秒左右风速的情况下，引风筒周围的风能从环向窗口吸入，从而提高了原有风量。根据航空理论设计的旋状规整板，及时将乱流、涡流分割成螺旋状层流，使风能有规则地冲撞叶片重点部位并产生旋转力，带动中心轴旋转。 

特点之二是双级串联组合驼背式扇面叶片技术，按航空理论和第三强度理论为设计依据，同时结合空气动力学为指导，采用闭式法，以筒体内置前、后各一级，串联并同轴设置新颖驼背形扇面叶片，在达到阻力面宽的同时又增大了上拽面。前后扇面叶片错位布局，在空气运动、流畅性得以提高的同时又使做功能力有了进一步提升25%，解决了传统风力机来风一次过效率低的问题。 

特点之三是直筒式“烟囱”上拽增力技术，空气经高速挤压、摩擦和风轮机高速转动时产生的热量双温加热，使空气与环境气流产生温度差。根据物体热胀冷缩原理，温度高的气体密度小，密度差的存在必然产生向上的升力，以此形成强大的上拽力，从而达到微风也能发电的目的。特别可在工矿或居民小区内用电口直接建站，省略了大量的输变电设备和费用，同时又保障了后置风轮叶片的正常工作。 

本实用新型一种塔式上拽风力回收发电装置是采用以下技术方案实现的： 

一种塔式上拽风力回收发电装置由气流上拽塔体、安全栅、避雷装置、航标灯、轮式防护圈、加固柱、塔体开口、风力机壳体、法兰、变速箱、引风筒、聚风筒体、支撑固定基台、塔基平台、齿轮A、扇形叶片A、旋式整流板A、支撑筋A、轴承A、防护罩、向心环A、环向窗口、固定环A、发电机、发电机中心轴、轴承B、基桩、齿轮B、环形圈、封盖、弯臂、变速齿轮、轮式支撑、防护网、旋式整流板B、向心环B、支撑筋B、固定环B、扇形叶片B、动力轴、连接环A、连接环B组成。

气流上拽塔体设置在发电机下风处；气流上拽塔体顶部设置有安全栅；避雷装置设置在气流上拽塔体顶部；气流上拽塔体顶部环向设置有航标灯；气流上拽塔体腔内设置有轮式防护圈；加固柱设置在气流上拽塔体环向外侧竖面上，增加塔体强度，提升抗震、抗风能力；气流上拽塔体下部环向设置有塔体开口，便于风力机壳体尾端嵌入固定对接；风力机壳体设置在支撑固定基台上；支撑固定基台设置在地基上；气流上拽塔体设置在塔基平台上；塔基平台设置在基桩上；聚风筒体一端设置有引风筒，另一端设置在风力机壳体上；环形圈设置在引风筒与聚风筒体结合处；环向窗口设置在环形圈上；弯臂设置在变速齿轮与封盖之间，可随时调节启闭窗口；变速箱固定在聚风筒体下方一侧；防护网设置在环向窗口内侧，便于阻滤进风中杂物；轮式支撑设置在引风筒内环壁上；发电机固定设置在地基上；发电机居中设置有发电机中心轴；发电机中心轴向上一端设置有齿轮B；动力轴二头设置有轴承A、轴承B；轴承A环向外侧设置有支撑筋A；轴承B环向外侧设置有支撑筋B；动力轴顶端设置有防护罩；旋式整流板A设置在向心环A与固定环A之间；固定环A环向设置在聚风筒体内壁上；旋式整流板B设置在向心环B与固定环B之间；固定环B设置在风力机壳体周向内壁上；扇形叶片A固定在连接环A上；连接环A设置在动力轴上；扇形叶片B固定在连接环B上；连接环B设置在旋式整流板B后的动力轴上；扇形叶片A与旋式整流板B之间的动力轴上设置有齿轮A，便于与齿轮B紧密咬合，将动能转换成电能；法兰设置在聚风筒体与风力机壳体之间，通过螺钉固定。通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的塔式上拽风力回收型发电装置。 

所述的环形圈采用玻璃纤维，或环氧复合材料，也可采用金属板材或钢筋混凝土。其特征是在环形圈环面上开孔，尺寸为500-2000毫米宽，1000-3000毫米长的长方孔，或1000-2000毫米直径的圆孔。 

所述的扇形叶片A、扇形叶片B采用玻璃纤维，或环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维增强。 

所述的扇形叶片A、扇形叶片B采用尺寸长度为0.5-15米，叶片最宽处为1-5米，其最大特征是成扇面状布局，叶背中心成驼背状并向两边顺延，叶背中心厚度为0.2-1.5米，叶片正面与背面之间为中空状，并配置龙骨增强。 

所述的旋式整流板A、旋式整流板B采用玻璃纤维，或环氧材料，或金属材料。其最大特征是，板面根部成15-38°角设置。 

所述的聚风筒体采用玻璃纤维，或环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维，也可采用金属板材焊接制成圆筒体，成形尺寸在直径2-25米。 

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与之相匹配的发电机。不管采用任何一种发电机，使用时，可采用大功率的单台机独立使用，也可中、小功率多台联合使用。 

所述的气流上拽塔体采用钢筋混凝土材料或钢制圈筒叠加焊接成直径5-25米的直立烟囱塔体。其特征是在塔体下端环向开有3-22米直径的洞，在洞口处布置有塔体开口，塔体高度在10-300米之间取最可取的高度。 

所述的发电机可以与动力轴平行设置，也可在动力轴中段通过齿轮，如：行星齿轮、涡齿式齿轮或变速齿轮紧密啮合，达到机械能到电能的转换。 

所述的支撑筋A、支撑筋B，采用金属圆形、方形、扁方形中空管材，壁厚在1.5-5毫米。下端均设置有轴承座，上端环向有环圈并焊、铆在风力机壳体内壁上。其最大特征是，无论是支撑筋A或支撑筋B均采用3-9根组合成轮毂状环向设置。 

所述的轮式防护圈采用钢筋混凝土材料，一次性灌制成形为轮毂状，延伸辐条为圆形，直径300-1000毫米，特征是每10-30米设置一组轮式防护圈，与气流上拽塔体内环壁面连成一体。 

工作原理

当狭管发电尾风从泄风通道以18-22米/秒的速度成喷射状经引风筒进入聚风筒体时，环向窗口打开，环境风从窗口进入。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”理论，使得风量进一步提升，流速加快，在旋式整流板的分层引导作用下，指定冲撞叶片动能转换最佳部位，产生顺时针方向旋转，并带动发电机中心轴转动，输出电力，完成风能到机械能，机械能到电能的转换过程。由于经第一级风能冲撞后，风能转换和损失共45%左右，但是余量甚大，可继续发挥作用，因此风能再经旋式整流板规整后，又一次冲撞第二级叶片，使动力轴保证旺盛强劲的旋转能力。同时根据热力学设计的气流上拽塔，利用空气受热之后密度低，能够产生上升的浮力，因此增强了上拽力，促使扇形叶片在微风下也能正常带动动力轴旋转。同时起到消除尾风倒流，环境风逆向突袭之扰。最后的尾风顺气流上拽塔上升至顶部出口排出，回归大自然。以此往复循环。

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是本实用新型一种塔式上拽风力回收型发电装置的结构立体图。 

图2是本实用新型一种塔式上拽风力回收型发电装置剖面图。 

图3是本实用新型一种塔式上拽风力回收型发电装置A部放大图。 

图中序号：1、气流上拽塔体；2、安全栅；3、避雷装置；4、航标灯；5、轮式防护圈；6、加固柱；7、塔体开口；8、风力机壳体；9、法兰；10、变速箱；11、引风筒；12、聚风筒体；13、支撑固定基台；14、塔基平台；15、齿轮A；16、扇形叶片A；17、旋式整流板A；18、支撑筋A；19、轴承A；20、防护罩；21、向心环A；22、环向窗口；23、固定环A；24、发电机；25、发电机中心轴；26、轴承B；27、基桩；28、齿轮B；29、环形圈；30、封盖；31、弯臂；32、变速齿轮；33.、轮式支撑；34、防护网；35、旋式整流板B；36、向心环B；37、支撑筋B；38、固定环B；39、扇形叶片B；40、动力轴；41、连接环A；42、连接环B。 

具体实施方式

参照附图1～3，所示，本实用新型一种塔式上拽风力回收发电装置是采取以下技术方案实现的： 

一种塔式上拽风力回收发电装置由气流上拽塔体1、安全栅2、避雷装置3、航标灯4、轮式防护圈5、加固柱6、塔体开口7、风力机壳体8、法兰9、变速箱10、引风筒11、聚风筒体12、支撑固定基台13、塔基平台14、齿轮A 15、扇形叶片A 16、旋式整流板A 17、支撑筋A 18、轴承A 19、防护罩20、向心环A 21、环向窗口22、固定环A 23、发电机24、发电机中心轴25、轴承B 26、基桩27、齿轮B 28、环形圈29、封盖30、弯臂31、变速齿轮32、轮式支撑33、防护网34、旋式整流板B 35、向心环B 36、支撑筋B 37、固定环B 38、扇形叶片B 39、动力轴40、连接环A 41、连接环B 42组成。

气流上拽塔体1设置在发电机24下风处；气流上拽塔体1顶部设置有安全栅2；避雷装置3设置在气流上拽塔体1顶部；气流上拽塔体1顶部环向设置有航标灯4；气流上拽塔体1腔内设置有轮式防护圈5；加固柱6设置在气流上拽塔体1环向外侧竖面上，增加塔体强度，提升抗震、抗风能力；气流上拽塔体1下部环向设置有塔体开口7，便于风力机壳体8尾端嵌入固定对接；风力机壳体8设置在支撑固定基台13上；支撑固定基台13设置在地基上；气流上拽塔体1设置在塔基平台14上；塔基平台14设置在基桩27上；聚风筒体12一端设置有引风筒11，另一端设置在风力机壳体8上；环形圈29设置在引风筒11与聚风筒体12结合处；环向窗口22设置在环形圈29上；弯臂31设置在变速齿轮32与封盖30之间，可随时调节启闭窗口；变速箱10固定在聚风筒体12下方一侧；防护网34设置在环向窗口22内侧，便于阻滤进风中杂物；轮式支撑33设置在引风筒11内环壁上；发电机24固定设置在地基上；发电机24居中设置有发电机中心轴25；发电机中心轴25向上一端设置有齿轮B 28；动力轴40二头设置有轴承A 19、轴承B 26；轴承A 19环向外侧设置有支撑筋A 18；轴承B 26环向外侧设置有支撑筋B 37；动力轴40顶端设置有防护罩20；旋式整流板A 17设置在向心环A 21与固定环A 23之间；固定环A 23环向设置在聚风筒体12内壁上；旋式整流板B 35设置在向心环B 36与固定环B 38之间；固定环B 38设置在风力机壳体8周向内壁上；扇形叶片A 16固定在连接环A 41上；连接环A 41设置在动力轴40上；扇形叶片B 39固定在连接环B 42上；连接环B 42设置在旋式整流板B 35后的动力轴40上；扇形叶片A 16与旋式整流板B 35之间的动力轴40上设置有齿轮A 15，便于与齿轮B 28紧密咬合，将动能转换成电能；法兰9设置在聚风筒体12与风力机壳体8之间，通过螺钉固定。通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的塔式上拽风力回收型发电装置。 

所述的环形圈29采用玻璃纤维，或环氧复合材料，也可采用金属板材或钢筋混凝土。其特征是在环形圈29环面上开孔，尺寸为500-2000毫米宽，1000-3000毫米长的长方孔，或1000-2000毫米直径的圆孔。 

所述的扇形叶片A 16、扇形叶片B 39采用玻璃纤维，或环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维增强。 

所述的扇形叶片A 16、扇形叶片B 39采用尺寸长度为0.5-15米，叶片最宽处为1-5米，其最大特征是成扇面状布局，叶背中心成驼背状并向两边顺延，叶背中心厚度为0.2-1.5米，叶片正面与背面之间为中空状，并配置龙骨增强。 

所述的旋式整流板A 17、旋式整流板B 35采用玻璃纤维，或环氧材料，或金属材料。其最大特征是，板面根部成15-38°角设置。 

所述的聚风筒体12采用玻璃纤维，或环氧材料，或采用碳纤维/玻璃混杂纤维，也可采用金属板材焊接制成圆筒体，成形尺寸在直径2-25米。 

所述的发电机24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与之相匹配的发电机。不管采用任何一种发电机，使用时，可采用大功率的单台机独立使用，也可中、小功率多台联合使用。 

所述的气流上拽塔体1采用钢筋混凝土材料或钢制圈筒叠加焊接成直径5-25米的直立烟囱塔体。其特征是在塔体下端环向开有3-22米直径的洞，在洞口处布置有塔体开口7，塔体高度在10-300米之间取最可取的高度。 

所述的发电机24可以与动力轴40平行设置，也可在动力轴40中段通过齿轮，如：行星齿轮、涡齿式齿轮或变速齿轮紧密啮合，达到机械能到电能的转换。 

所述的支撑筋A 18、支撑筋B 37，采用金属圆形、方形、扁方形中空管材，壁厚在1.5-5毫米。下端均设置有轴承座，上端环向有环圈并焊、铆在风力机壳体8内壁上。其最大特征是，无论是支撑筋A 18或支撑筋B 37均采用3-9根组合成轮毂状环向设置。 

所述的轮式防护圈5采用钢筋混凝土材料，一次性灌制成形为轮毂状，延伸辐条为圆形，直径300-1000毫米，特征是每10-30米设置一组轮式防护圈，与气流上拽塔体1内环壁面连成一体。 

本实用新型一种塔式上拽风力回收发电装置具有杰出的技术特征和全方位市场竞争优势，具体如下： 

1、充分利用有限的风能资源，提高新颖造电能力。

众所周知，无论是水平轴还是垂直轴风力机，多无法实现风能的二次利用，而多次利用更是闻所未闻。本实用新型配合狭管聚风风力发电就实现了风能的多次利用，以狭管发电后尾风出口风速计算得出，大约在8级，风速在18-22米。由于是管流式，因此可以回收流出的25%左右的风能，加上上拽气流塔效应，尾流可利用率提高45%以上，可多发电12-15%，极大的提高了投资回报率。本实用新型同时又可作为塔式热气流发电主力装置应用。 

2、环向窗口工质增量技术，开启吸入式采风新模式。 

根据伯努利原理设计的环向窗口，当狭管尾流以18-22米/秒速度成喷射状快速流过时，窗口周围漫散游离的空气被吸引进入聚风筒体内，在原有主流体带动下一起向前冲，在增加风量的同时促使流速加快，冲撞叶片，并带走风力机发电时所产生的热量，起到降温作用的同时，又一次提高了工作效率。 

3、扇面式耦合驼背叶片优化技术，提升叶面冲撞强度和后拽力。 

传统风力机为了提高功率，增加扫风面积而把叶片做得又长又大，又笨重，结果是给运输、安装、日后维护均带来一系列问题。本实用新型采用旋式整流板和离心式扇面形叶片增加阻力面，同时耦合背部驼背造型，使后拽力得到了很大的提高。特别是采用复合材料进一步优化组合，使叶片做得更适应风动效应和流体迁移物理特性。重量轻、强度高、使用寿命25年以上，因此是一款极具发展潜力的风力发电核心装备技术之一。 

Claims (10)

1.一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：由气流上拽塔体、安全栅、避雷装置、航标灯、轮式防护圈、加固柱、塔体开口、风力机壳体、法兰、变速箱、引风筒、聚风筒体、支撑固定基台、塔基平台、齿轮A、扇形叶片A、旋式整流板A、支撑筋A、轴承A、防护罩、向心环A、环向窗口、固定环A、发电机、发电机中心轴、轴承B、基桩、齿轮B、环形圈、封盖、弯臂、变速齿轮、轮式支撑、防护网、旋式整流板B、向心环B、支撑筋B、固定环B、扇形叶片B、动力轴、连接环A和连接环B组成；

气流上拽塔体设置在发电机下风处；气流上拽塔体顶部设置有安全栅；避雷装置设置在气流上拽塔体顶部；气流上拽塔体顶部环向设置有航标灯；气流上拽塔体腔内设置有轮式防护圈；加固柱设置在气流上拽塔体环向外侧竖面上，增加塔体强度，提升抗震、抗风能力；气流上拽塔体下部环向设置有塔体开口，便于风力机壳体尾端嵌入固定对接；风力机壳体设置在支撑固定基台上；支撑固定基台设置在地基上；气流上拽塔体设置在塔基平台上；塔基平台设置在基桩上；聚风筒体一端设置有引风筒，另一端设置在风力机壳体上；环形圈设置在引风筒与聚风筒体结合处；环向窗口设置在环形圈上；弯臂设置在变速齿轮与封盖之间，可随时调节启闭窗口；变速箱固定在聚风筒体下方一侧；防护网设置在环向窗口内侧，便于阻滤进风中杂物；轮式支撑设置在引风筒内环壁上；发电机固定设置在地基上；发电机居中设置有发电机中心轴；发电机中心轴向上一端设置有齿轮B；动力轴二头设置有轴承A、轴承B；轴承A环向外侧设置有支撑筋A；轴承B环向外侧设置有支撑筋B；动力轴顶端设置有防护罩；旋式整流板A设置在向心环A与固定环A之间；固定环A环向设置在聚风筒体内壁上；旋式整流板B设置在向心环B与固定环B之间；固定环B设置在风力机壳体周向内壁上；扇形叶片A固定在连接环A上；连接环A设置在动力轴上；扇形叶片B固定在连接环B上；连接环B设置在旋式整流板B后的动力轴上；扇形叶片A与旋式整流板B之间的动力轴上设置有齿轮A，便于与齿轮B紧密咬合，将动能转换成电能；法兰设置在聚风筒体与风力机壳体之间，通过螺钉固定，通过上述组件组合安装，从而形成一套完整的塔式上拽风力回收型发电装置。

2.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的环形圈采用玻璃纤维，或环氧复合材料，或采用金属板材或钢筋混凝土；在环形圈环面上开孔，尺寸为500-2000毫米宽，1000-3000毫米长的长方孔，或1000-2000毫米直径的圆孔。

3.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的扇形叶片A、扇形叶片B采用玻璃纤维，或环氧材料。

4.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的扇形叶片A、扇形叶片B采用尺寸长度为0.5-15米，叶片最宽处为1-5米，成扇面状布局，叶背中心厚度为0.2-1.5米，叶片正面与背面之间为中空状，并配置龙骨增强。

5.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的旋式整流板A、旋式整流板B采用玻璃纤维，或环氧材料，或金属材料，板面根部成15-38°角设置。

6.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的聚风筒体采用玻璃纤维，或环氧材料，或采用金属板材焊接制成圆筒体，成形尺寸在直径2-25米。

7.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，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中、小功率多台联合使用。

8.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的气流上拽塔体采用钢筋混凝土材料或钢制圈筒叠加焊接成直径5-25米的直立烟囱塔体，在塔体下端环向开有3-22米直径的洞，在洞口处布置有塔体开口，塔体高度为10-300米。

9.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的发电机与动力轴平行设置，或在动力轴中段通过齿轮啮合，达到机械能到电能的转换。

10.根据权利要求1所述的一种塔式上拽风力回收发电装置，其特征在于：所述的支撑筋A、支撑筋B，采用金属圆形、方形、扁方形中空管材，壁厚在1.5-5毫米，下端均设置有轴承座，上端环向有环圈并焊、铆在风力机壳体内壁上，支撑筋A或支撑筋B均采用3-9根组合成轮毂状环向设置；

所述的轮式防护圈采用钢筋混凝土材料，一次性灌制成形为轮毂状，延伸辐条为圆形，直径300-1000毫米，每10-30米设置一组轮式防护圈，与气流上拽塔体内环壁面连成一体。

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